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SIMBOLOGA Y MANEJO DE INSTRUMENTOS

1.- INTRODUCCIN

En el laboratorio de electromagnetismo como en cualquier otro , es importante y fundamental

conocer los instrumentos de medida bsicos que se utilizarn durante el desarrollo de lasactividades acadmicas, as como los mtodos generales de experimentacin y las medidas de

seguridad que deben observar los docentes, auxiliares de docencia y estudiantes, para evitar

accidentes o el deterioro innecesario de equipos e instrumentos, los cuales son costosos y en

muchos casos importados, consecuentemente muy difciles de ser reemplazados o ser reparados.

Los equipos e instrumentos que se emplean en el laboratorio de electromagnetismo son diversos

y dependen de las mediciones que se realizan: fuentes de alimentacin, galvanmetros,

condensadores, bobinas, termmetros, generadores, frecuencmetros, resistencias fijas y

variables, etc. Pero el voltmetro y el ampermetro, se consideran de mayor uso.

Es tambin muy importante reconocer la simbologa general que se emplea en todo tipo de

laboratorio dentro del rea del electromagnetismo, para as identificar convenientemente los

diferentes elementos que intervienen en los circuitos y que pueden representarse en diagramas

de circuitos.

2.- OBJETIVOS

Familiarizar al alumno con el laboratorio de electromagnetismo y con las normas deseguridad que deben observar en cada prctica.

Conocer la simbologa general con la que se trabaja en el laboratorio deelectromagnetismo.

Manejar y medir correctamente, la tensin e intensidad de corriente con los instrumentosde medicin elctrica correspondientes.

Reconocimiento y montaje de circuitos, con la conexin de ampermetros y voltmetros,resistencias variables, divisores de tensin y otros elementos de circuitos.

3.- NORMAS DE SEGURIDAD PARA EL TRABAJO EXPERIMENTAL EN EL LABORATORIO DE

ELECTROMAGNETISMO.

En todo laboratorio y durante la realizacin de las prcticas experimentales donde intervengan

equipos que funciones con fluido elctrico, siempre est presente el riesgo de electrocucin. Si

una persona toca dos conductores entre los cuales existe una diferencia de potencial superior a los

24 voltios, puede establecerse a travs de su cuerpo o una parte de este una corriente elctrica

peligrosa para la salud, al extremo de poder resultar de fatales consecuencias para el accidentado.

Para evitar todos estos problemas que no son ms que por falta de cuidado y conocimiento, se

deben guardar rigurosamente las siguientes medidas de seguridad:

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a) Colocar el interruptor de encendido y apagado del sistema (siempre y cuando la fuente nolo tenga) entre la fuente de alimentacin de energa elctrica y el circuito objeto de la

prctica, el cual debe estar siempre abierto (apagado) cuando no se est trabajando con el

circuito.

b) Conectar al circuito (encender) la fuente una vez revisado por el docente o el auxiliar dedocencia y adems, cuando ninguna persona este manipulando los elementos del circuito.

c) No tocar los conductores, instrumentos o accesorios del sistema o circuito sino estndebidamente aislados y ms an en pleno funcionamiento.

d) No realizar cambios de elementos o cambios en las conexiones, cambios de escala en losinstrumentos de medida, sin haber desconectado previamente la fuente de energa.

e) Desconectar los circuitos con grandes reactancias inductivas como: bobinas, devanados ytransformadores con sumo cuidado. As mismo descargar los condensadores, en caso de

estar cargados, antes de utilizar en las prcticas y despus de haberlos utilizado.

f) No tocar, sin necesidad, las paredes metlicas de mquinas elctricas, cajas de las fuentesde energa u otros instrumentos aunque estn debidamente conectados a tierra.

g) No trabajar con ropa hmeda en el laboratorio.h) En caso de observar cualquier desperfecto de funcionamiento o deterioro en los equipos,

causados por otros grupos as como los que se hayan podido cometer en la realizacin de

la prctica, comunicar inmediatamente al docente o responsable, para que puedan tomar

nota del incidente.

4.- SIMBOLOGA

Dependiendo del circuito y los elementos a utilizar, los smbolos se agrupan de la siguiente forma:

4.1.- SMBOLOS REPRESENTATIVOS DE LA NATURALEZA DE CORRIENTE

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4.2.- SMBOLOS ELCTRICOS

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5.- DESCRIPCIN DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDIDA.

La intensidad de corriente elctricaes la magnitud que indica la cantidad de carga elctrica Q

que atraviesa la seccin transversal de un conductor en la unidad de tiempo t es decir:

(1)

La intensidad de corriente es una magnitud escalar que no se puede medir segn la definicin, es

decir, midiendo la cantidad de carga que fluye por la seccin transversal del conductor en la

unidad de tiempo. Para medir esta magnitud se emplean instrumentos cuyo funcionamiento se

basa en algn efecto de la corriente elctrica. Estos instrumentos son los Ampermetros.

La diferencia de potencial o la tensin en una porcin de circuito, es el trabajo que por

unidad de carga realizan las fuerzas elctricas al trasladar la carga entre dos puntos que limitan la

porcin de circuito dado, es decir:

(2)

De forma similar a la intensidad de corriente, esta medicin se realiza mediante algn efecto de la

corriente elctrica, para ello se utilizan los instrumentos de medicin llamadosVoltmetros.

El uso de estos instrumentos requiere de ciertos cuidados y conocimientos sobre el correcto

empleo de sus diferentes escalas, rangos y, sobre todo, la forma de conexin de cada uno de ellos

en un circuito.

Los instrumentos de medida en general y en particular el ampermetro como el voltmetro, tienen

una resistencia elctrica interna que al conectarse al circuito afecta las corrientes y tensiones que

con dichos instrumentos pretenden medir. Es por esto que la resistencia interna en estos

instrumentos debe ser tal que afecte menos posible la resistencia elctrica de los circuitos objeto

de experimentacin en las diferentes prcticas a desarrollar.

5.1.- EL AMPERMETRO

El ampermetro mide la intensidad de corriente en

la rama del circuito donde se instala; su conexin

se realiza en serie con el elemento de circuito a

travs del cual se desea medir la intensidad decorriente que circula, ver Figura 1. De manera que

su resistencia interna debe ser muy pequea en

comparacin con la resistencia del elemento por el

que circula la corriente a medir, garantizando de

esta manera, que se altere muy poco la resistencia

de la rama en cuestin

=

=

Figura 1.- Conexin del ampermetro

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Se entiende por conexin en serie aquella en la cual slo puede considerarse una trayectoria de

circulacin de corriente.

5.2.- EL VOLTMETRO

El voltmetro mide la tensin o diferencia de

potencial existente entre los extremos de una

porcin de circuito. Su conexin es en paralelo al

elemento de circuito donde se desea medir la

tensin, ver Figura 2. De manera que su resistencia

interna es grande en comparacin con la

resistencia del elemento donde se desea medir,

con lo cual se garantiza alterar poco la resistencia

de esa porcin de circuito.

La conexin simultanea de un Ampermetro y un Voltmetro se muestra en la Figura 3.

En todos los casos debe tomarse en cuenta la polaridad de los equipos y de la fuente de

alimentacin, principalmente si la corriente es continua, lo cual es indispensable en todo circuito

elctrico donde la corriente tiene un slo sentido de circulacin. Tambin debe tomarse en cuenta

los rangos de tolerancia mxima que se especifican en los instrumentos tanto analgicos como en

los digitales.

6.- ESCALAS DE LECTURA DE DATOS

Otro de los problemas importantes en el uso de equipos del laboratorio de electromagnetismo, es

la seleccin adecuada de las escalas y la lectura de datos indicados por el instrumento de medida,

segn la posicin donde se ubic el indicador en la escala del dispositivo.

Generalmente en el laboratorio de electromagnetismo, se encuentran equipos de medicin

elctrica con mltiples escalas, de ah que surge la necesidad de seleccionar la ms adecuada para

realizar una medicin determinada del fenmeno a estudiar.

Figura 2.- Conexin del Voltmetro

Figura 3.- Conexin simultanea de dos

instrumentos en un mismo circuito.

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En primer lugar, la seleccin correcta de la escala permite evitar problemas de sobrecarga que se

ocasionan cuando la magnitud medida es una cantidad muy superior a la escala elegida del

instrumento. Cuando esto sucede, la aguja del equipo (en los analgicos) se deflecta

violentamente hasta el tope final y ello puede motivar que la aguja se flexione o rompa, as como

se queme la bobina que posee este equipo, debido a que circula una corriente mucho mayor que

la corriente admitida por la bobina. En los digitales lo ms probable es que se queme el integrado,

consecuentemente el instrumento se inutiliza.

En segundo lugar, una correcta seleccin de la escala permite una medicin con el menor error

posible, de acuerdo a las posibilidades del instrumento. Cada escala de estos equipos tiene un

nivel de sensibilidad distinto y, por tanto, la precisin de las mediciones con ellas es distinta. Ver

Figura 4-

Figura 4.- Multmetro digital, sus funciones y escalas

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Al realizar la medicin se debe colocar en la escala mayor del instrumento, es decir, aquella donde

el equipo mide el mayor valor de la magnitud.

Este procedimiento es de vital importancia, no solamente para los instrumentos analgicos sino

tambin en los digitales, adems de los que se consideran auto rango, y debe constituir una

habilidad que se desarrolla en el uso correcto de estos instrumentos.

7.- OTROS INSTRUMENTOS DE USO COMN

Entre los instrumentos que ms se utilizan al margen del Voltmetro y el Ampermetro son las

fuentes de alimentacin, los restatos y las cajas de resistencia, cuya descripcin se detalla a

continuacin

7.1.- LAS FUENTES DE ALIMENTACIN

Cuando se hace circular una corriente permanente a travs de un conductor, se debe mantener

continuamente un campo o gradiente de potencial dentro de este. Si el campo tiene siempre elmismo sentido, aunque pueda variar la intensidad de corriente, se denomina corriente continua

(DC). Si el campo se invierte peridicamente, el flujo de carga se invierte igual y la corriente es

alterna (AC)

Hay cierto nmero de dispositivos elctricos que tienen la propiedad de mantener constante sus

bornes a potenciales diferentes. Entre estos tenemos la pila seca, la batera de acumuladores, etc.

Cualquier dispositivo en el cual pueda producirse una transformacin reversible entre energa

elctrica y otra forma de energa, se denomina generador de fuerza electromotriz (fem)

El valor de la fem de un generador puede definirse como energa convertida de la forma elctricaa la forma no elctrica, o viceversa, por unidad de carga que pasa a travs de una seccin del

generador. La fem se representa por el smbolo (esta fem no es una fuerza, sino energa por

unidad de carga)

Por consiguiente, si es la carga que atraviesa una seccin del generador durante el tiempo y

es la energa transformada en este tiempo, la fem ser:

=

Debido a que la fem es energa por unidad de carga transportada, la unidad de fem en el S.I. es elJoule sobre Columbio. Su forma abreviada es el Voltio (V).

7.2.- RESTATO

Uno de los dispositivos por medio del cual es posible aumentar o disminuir la resistencia en un

circuito elctrico y en consecuencia, variar la intensidad de corriente se denomina restato

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Hay diferentes tipos de restatos, siendo uno de los ms usados el de cursor o contactos

deslizantes, El restato consta esencialmente de una resistencia y un contacto mvil a lo largo de

sta, ubicado en la parte superior.

Los restatos tienen tres terminales, dos en los extremos de la resistencia y uno en el contacto

mvil. Para regular corriente se utiliza la conexin en serie ver Figura 5a. El restato puedeemplearse tambin como divisor de tensin ver Figura 5b. La resistencia R total del restato est

conectada a los bornes de la fuente fem, por lo que la tensin total de la fuente se reparte

proporcionalmente a lo largo de la resistencia.

8.- MONTAJE Y REALIZACIN

En la realizacin experimental se utilizar el siguiente material y equipo:

1 multmetro digital (voltmetro y ohmmetro)

1 interruptor

1 condensador de 1 cronmetro digital

1 resistencia de 100 k

Cables de conexin

Prepare el circuito segn la Figura. 6,

colocando adecuadamente los

instrumentos indicados como voltmetros,

condensadores, resistencias y fuentes de

alimentacin, no encienda el sistema hasta

mientras no haya sido revisado por el

docente o auxiliar de docencia. Una vez

supervisado la instalacin, haga las lecturas

correspondientes segn instrucciones

recibidas.

Figura 5a.- Conexin del divisor de corriente Figura 5b.- Conexin del divisor de corriente

Figura 6.- Circuito para la realizacin

de la descarga del condensador

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Una vez revisado el circuito, proceda a cerrarlo mediante el interruptor K regule la fuente de

alimentacin hasta que en el condensador se observe una diferencia de potencial de 12 V.

Abriendo el interruptor descargue el condensador desde un valor inicial previamente determinado

y obtenga los valores del tiempo de descarga del condensador, repita las veces que sea necesario

hasta tener el tiempo ms aproximado posible. En la obtencin de datos cambie los instrumentos

analgicos por los digitales y conserve las diferencias de mediciones.

9.- TAREAS

9.1.- Mida con el voltmetro la tensin inicial de descarga V0 (por ejemplo 12 V), obtenga los

tiempos de descarga del condensador en intervalos de 1 V (de 12 a 11), de 11 a 10, de 10 a 9

9.2.- Grafique los valores de la tensin de descarga vs. tiempo, en escala milimetrada y

semilogartmica, realice los ajustes de curva respectiva y de la pendiente en escala semilogartmica

obtenga el valor de la resistencia de descarga.

9.3.- De la siguiente expresin matemtica, calcule tericamente el valor de la resistencia dedescarga RD, compare los resultados con el obtenido de la grfica semilogartmica, realice el

clculo de error correspondiente.

=

10.- OBTENCIN Y ORGANIZACIN DE DATOS

TABLA N 1.- VALORES INICIALES

N Magnitud Smbolo Valor Unidad

1 Voltaje inicial2 Capacidad del condensador

3 Resistencia

TABLA 2.- TIEMPO DE DESCARGA DEL CONDENSADOR

N

1 11

2 10

3 94 8

5 7

6 6

7 5

8 4

9 3

10 2

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11.- PROCESAMIENTO DE DATOS

12.- CUESTIONARIO

12.1.- Explique las diferencias entre un voltmetro y un ampermetro desde el punto de vista de su

resistencia interna y sus conexiones respectivas en un circuito

12.2.- Explique las caractersticas de la intensidad de corriente, Potencial elctrico y Diferencia de

Potencial.

12.3.- Mencione las caractersticas den una resistencia elctrica y cul es el reciproco del mismo,

explique

12.4.- Explique las caractersticas que se encuentra al graficar los datos de la tensin y el tiempo

en escala milimetrada respecto de la escala semmilogaritmica.

13.- CONCLUSIONES