PRACTICA 5

Instituto Politcnico NacionalCentros de Estudios Cientficos y Tecnolgicos No.7 Cuauhtmoc

Alumnos:

Barron Jaramillo Alejandro

Castaeda Salazar Jos Andrs

Flores Alemn Diego Alejandro

Ortiz Meja Marcos Andrs

Ochoa Bocker Luis Angel

Rivas Garca Jess Rafael

Rojas Gmez Luis Enrique

Grupo: 6IMF

Especialidad: Aeronutica

Materia: Fsica IV

(Practica 5)

Introduccin

El galvanmetro fue inventado por Schweigger poco despus del descubrimiento de Oersted, en el ao de 1820 en laUniversidad de Halle-Wittenberg en Alemania.Es un dispositivo electromecnico capaz de medir corrientes elctricas de hasta un microamperio, como en el caso del galvanmetro DArsonval utilizados en los laboratorios de fsica. El principio de funcionamiento del galvanmetro es el par motor y puede moverse una aguja acoplada a una bobina o a un imn, sobre la escala para indicarnos una medicin. Dependiendo del acoplamiento con la aguja, el galvanmetro puede ser un imn mvil o una bobina mvil, a la vez cada tipo del medidor se puede llamar de acuerdo a sus caractersticas propias, como por ejemplo el galvanmetro DArsonval de cuadro mvil, o de bobina mvil, el electrodinammetro; etc. En esta prctica usaremos uno de cuadro mvil. Este galvanmetro consta fundamentalmente de una bobina devanada en un ncleo de hierro y colocado en el entrehierro de un imn cilndrico. En el entrehierro el campo magntico es uniforme. La bobina esta pivoteada por el centro y sostiene en su cuerpo una aguja de aluminio, esta ltima acoplada a una escala donde se lee el valor de la corriente. El consiste en que cuando circula corriente por la bobina aparece un campo magntico al interior de esta, que al interaccionar con el campo del imn permanente, por efecto motor aparece un par de fuerzas en la primera a causa del giro. El giro es proporcional al par de fuerzas y este a la intensidad e la corriente de la bobina.Todo empez gracias al cientfico Hans Christian Oersted que comprob cmo colocando una espira alrededor de una brjula, si haca pasar una corriente por la espira, la aguja de la brjula (el imn) se mova.Demostr as, la relacin que haba entre laelectricidad y el magnetismo. Con este experimento se demostr que la espira al ser atravesada por una corriente generaba un campo magntico (fuerzas magnticas) que interactuaban con la fuerza magntica de la aguja imantada, produciendo en esta un giro.Los motores elctricossonmquinas elctricasrotatorias. Transforman una energa elctrica en energa mecnica. Tienen mltiples ventajas, entre las que cabe citar su economa, limpieza, comodidad y seguridad de funcionamiento, el motor elctrico ha reemplazado en gran parte a otras fuentes de energa, tanto en la industria como en el transporte, las minas, el comercio, o el hogar.

INSTITUTO POLITECNICO NACIONALC. E. C. y T. "CUAUHTEMOC"ACADEMIA DE FISICALABORATORIO DE FISICA IV

PRACTICA 5

I.-NOMBRE: GALVANMETRO Y MOTOR ELECTRICO

II.-OBJETIVOS:a) Reproducir los fenmenos fsicos relativos a la prctica.b) Adaptara un galvanmetro para que funcione como voltmetro.c) Convertir un galvanmetro en ampermetro.d) Implementara un motor de C.D. y lo har funcionar.

III.-CONSIDERACIONES TERICAS.

GALVANMETRO es un dispositivo electromecnico capas de medir corrientes elctricas de hasta un microampere, como es el caso del galvanmetro DArsonval utilizados en laboratorios de fsica.

El principio del funcionamiento del galvanmetro es el par motor y puede moverse una aguja acoplada a una bobina o a un imn, sobre una escala para indicarnos una medicin.

Dependiendo del acoplamiento con la aguja, el galvanmetro puede ser de un imn mvil o de una bobina mvil, a la vez cada tipo de medidor se puede llamar de acuerdo a sus caractersticas propias, como por ejemplo el galvanmetro de DArsonval, de cuadro mvil o bobina mvil, el electrodinammetro; etc.

En esta prctica usaremos uno de cuadro mvil. Este galvanmetro consta fundamentalmente de una bobina devanada en un ncleo de hierro y colocado en el entrehierro de un imn cilndrico.

En el entrehierro el campo magntico es uniforme. La bobina esta pivoteada por el centro y sostiene en su cuerpo una aguja de aluminio, esta ultima acoplada a una escala donde se lee el valor de la corriente, tal como se muestra en la figura 1.

El funcionamiento consiste en que cuando circula corriente por la bobina aparece un campo magntico al interior de esta, que al interaccionar con el campo del imn permanente, por efecto motor aparece un par de fuerzas en la primera, causa de su giro. El giro es proporcional al par de fuerzas y este a la intensidad de corriente en la bobina.

0 Escala 0 Escala Pieza polar

N S

Bobina bobina

Figura 1

Voltmetro o voltmetro es un dispositivo electromecnico utilizado para medir diferencias de potencial elctrico o FEM, est compuesto esencialmente de un galvanmetro conectado en serie con una resistencia elctrica como se muestra en la figura 2, este resistor conocido como multiplicadora sirve propiamente para limitar la corriente que circulara por la bobina del galvanmetro durante la medicin; la resistencia de este resistor limitador debe ser de mayor valor que la resistencia del galvanmetro. El valor de la resistencia multiplicadora puede calcularse con la expresin:

donde V es el voltaje que medir el galvanmetro a plena escala, Ig la sensibilidad del galvanmetro o corriente necesaria en el galvanmetro para que la aguja se desvi toda la escala y Rg es la resistencia de la bobina del galvanmetro. RL es un resistor de carga y es de un circuito externo al voltmetro que acabamos de armar.

Rg

Ig G Rm

- +

RL

Figura 2

AMPERMETRO O AMPERMETRO mide la Intensidad de corriente elctrica, fundamentalmente est compuesto de un galvanmetro y un resistor conectado en paralelo con el primero. Al resistor tambin se le llama resistencia Shunt, aqu le llamaremos resistor derivador de corriente, porque propiamente esta en su funcin, derivar la mayor parte de la corriente que se va a medir, para evitar que el exceso de corriente en la bobina del galvanmetro lo averi. Es comn que la resistencia del resistor derivador sea muy pequea respecto a la resistencia del galvanmetro, ver figura 3.

Rg

Ig Rsh

+ - RL

Figura 3

-4 / P-5 / F4-

La resistencia derivadora se puede calcular con la expresin:

Donde Ig es la sensibilidad del galvanmetro, Rg la resistencia del galvanmetro e I la corriente mxima que se pretende medir con el ampermetro.

MOTOR ELECTRICO es un dispositivo electromecnico que convierte energa elctrica en energa mecnica, su principio de funcionamiento es el efecto motor. Consta fundamentalmente de un campo magntico uniforme, proporcionado por un imn o una bobina fija llamada estator y una bobina mvil en el interior del estator llamada rotor, cmo su nombre lo indica el rotor, tiene la posibilidad de girar ya que est suspendido de dos soportes.

Su principio de funcionamiento es el efecto motor, semejante al descrito para el galvanmetro, solo que en este se usan procedimientos mecnicos o elctricos para mantener el momento del par en la misma direccin, a fin que el giro del rotor se de 2 radianes.

Los motores elementales pueden ser de corriente directa o de corriente alterna y solo se diferencian en la forma de alimentacin del rotor, por conmutador o anillos rozantes respectivamente, tal como se muestra en la figura 4.

+-

-+ConmutadorAnillos Rozantes

Figura 4

IV.- MATERIAL Y EQUIPO EMPLEADO.

i. Un galvanmetro de Rg =1 K, Ig =400 Aii. Un multimetroiii. Una fuente de tensin elctrica de 0-12 V.C.D.iv. Un resistor de 43 , 2W ( shunt c.c. 10mA )v. Un resistor de 1 K, 2 Wvi. Un resistor de 24x103 , 2 W ( o uno de 22K y 2.2K )vii. Un motor elemental de C.D./C.A. con accesorios.viii. Un tablero para conexiones.ix. Cables para conexin.

V.- DESARROLLO DE LA PRCTICA

EXPERIMENTO 1. CONVERSIN DE UN GALVANMETRO A UN VOLTMETRO.

A.-El galvanmetro que se le proporciono es capaz de medir una diferencia de potencial de 0.4 V a plena escala, segn lo muestran las caractersticas asentadas. Vamos a convertirlo en un voltmetro capaz de medir 10 Volts mximo. Para esto, calculemos con la ecuacin correspondiente la resistencia multiplicadora.

B.- Con su multmetro verifique que la fuente le este proporcionando una fem de 9 V.C.D.

C.-Arme el dispositivo en su tablero conforme al circuito mostrado en la figura 5, donde aparece la resistencia multiplicadora.

- - G voltmetro convertido V + + Rm voltmetro comercial + -

figura 5-6 / P-5 / F4-

Observe la imagen que a continuacin se presenta.

D.-Cierre el interruptor de la fuente. Si su conexin est bien hecha, el voltaje medido en el voltmetro comercial utilizado debe ser igual al medido en el voltmetro convertido.

Conteste:

1. (B) Para convertir un galvanmetro en un voltmetro se requiere conectarle un resistor adecuado en: a) paralelob)seriec)serie paralelod) mixto2. (B) El resistor conectado es en magnitud: a) mayor a RLb) mayor a Rg c) menor a RLd) igual a Rg

EXPERIMENTO 2. CONVERSIN DE UN GALVANMETRO EN UN AMPERMETRO.

A.-El galvanmetro del equipo puede medir solo hasta 400x10-6 A, tal como lo especifican sus caractersticas. Ahora lo convertiremos en un ampermetro capaz de medir hasta 10mA, 25 veces su sensibilidad. Para esto, calculemos la resistencia derivadora (shunt) usando la ecuacin correspondiente.

B.-Con su multimetro verifique que su fuente de alimentacin le est proporcionando 9 V.C.D. Apguela y aplique a un resistor de 1 K y un ampermetro comercial como se muestra en la figura 6a. Cierre el interruptor, mida la corriente y regstrela.

I= 8.82 A

C.-Aplicando la ley de Ohm, calcule la corriente que circula por el circuito.

I== 9= 9 x10-3

1K

D.- Arme en su tablero el circuito mostrado en la figura 6b, donde aparecen dos ampermetro, uno comercial y otro convertido con un galvanmetro y una resistencia derivadora calculada. Cierre el interruptor de la fuente y verifique que los dos ampermetros miden la misma corriente.

Conteste:

1. (A) Para convertir un galvanmetro en un ampermetro se requiere conectarle un resistor adecuado en: a) paralelob) seriec) serie paralelod)mixto2. (D) El resistor conectado es en magnitud: a) mayor en Rdb) Infinitoc) igual a Rg d) menor a Rg3. (B) La corriente en los resistores es:a) mayor en Rg b) menor en Rg c) igual en ambosd) igual a R

R=1 k R=1 k Rd +

A A G - + - -

+ -

+ - V=9 volt figura 6a figura 6b

EXPERIMENTO 3. MOTOR DE C.D.

A.-El motor proporcionado funciona como motor de C.D. si las escobillas de este se colocan en el centro del cilindro, lugar donde se localiza el conmutador. Coloque las escobillas en su lugar y alimente al motor con una fuente de tensin de 4.5 V.C.D..Encienda la fuente por 10 seg. y apguela.

B.-Coloque la perilla de la fuente de alimentacin en posicin de 1.5 V.C.D., aplique la fuente al motor y encienda. Funcionando, incremente 1.5 V.C.D. la alimentacin hasta llegar a 6 V.C.D.; por cada incremento de tensin deje funcionando el motor 5 segundos.

Apague la fuente.

Conteste:

1. (A) Al aumentar la fem con la que se alimenta un motor de C.D., su rapidez angular:a) Disminuyeb) aumentac) no cambiad) se anula

2. (A) El dispositivo en que el motor elemental de C.D. se utiliza para hacer que el momento del par mecnico conserve su sentido del giro durante 2 radianes se llama: a) rotorb) estatorc) anillo rozanted) conmutador

C.- Verifique que la fuente esta apagada. Invierta las terminales de alimentacin y con la perilla selectora de tensin de 6 V.C.D. encienda la fuente. Observe el sentido del giro.

Conteste

1. (C) Se puede cambiar el sentido del giro del motor de C.D. simplemente:a) aumentando la fem de alimentacinb) disminuyendo la fem de alimentacinc) invirtiendo su alimentacind) invirtiendo su alimentacin y el sentido del campo

D.-Verifique que la fuente este apagada. Invierta la posicin de los imanes y con la perilla selectora de 6 V.C.D. encienda la fuente. Observe el sentido del giro.

Conteste:

1. (C) Se puede cambiar el sentido de giro del rotor de un motor de C.D. simplemente:a) aumentando la fem de alimentacinb) disminuyendo la fem de alimentacinc) invirtiendo su alimentacin y el sentido del campod) invirtiendo el sentido del campo

Conclusin

Los motores elctricos se utilizan en la gran mayora de las mquinas modernas. Su reducido tamao permite introducir motores potentes en mquinas de pequeo tamao, por ejemplo taladros o batidoras. Su elevadopar motory alta eficiencia lo convierten en el motor ideal para la traccin de transportes pesados comotrenes; as como la propulsin debarcos,submarinosy dmperes de minera, a travs del sistema Disel-elctrico.Para efectuar el cambio de sentido de giro de los motores elctricos de corriente alterna se siguen unos simples pasos tales como:

Para motores monofsicos nicamente es necesario invertir las terminales del devanado de arranque, esto se puede realizar manualmente o con rels conmutadores. Para motores trifsicos nicamente es necesario invertir dos de las conexiones de alimentacin correspondientes a dos fases de acuerdo a la secuencia de trifases.Para motores de corriente alterna es necesario invertir los contactos del par de arranque.Sncronos trifsicos existen dos formas de poder variar la velocidad, una es variando la frecuencia mediante un equipo electrnico especial y la otra es variando la polaridad gracias al diseo del motor. Esto ltimo es posible en los motores de devanado separado o los motores de conexin Dahlander,pero slo es posible tener un cambio de polaridad limitado, por ejemplo: 2 y 4 polos.

Elgalvanmetroha sido mayormente usado para medir la corriente elctrica que pasa a travs de un circuito electrnico. A lo largo del tiempo ha experimentado diversos usos, en los primeros aos de su invencin fue utilizado para encontrar fallas en los cables de telecomunicaciones. Su uso moderno se encuentra en los sistemas de posicionamiento y control, unos ejemplos clsicos en este uso son los sistema de escaneo lser, las pantallas lser, soldadura por rayo lser, entre otros.