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Divisor de tensión y puente de Wheatstone

EExpexperirienencciiaa 44

1.- OBJETIVOS1. Derivar pequeñas tensiones a partir de una tensión disponible.2. Si se conecta una carga al divisor de tensión (resistencia de carga RL),

se habrá sometido a cargar el divisor de tensión.3. El circuito puente se compone de la conexión en paralelo de dos divisores de tensión.

22. -. - MATERIALES VISTOS EN CLASE VISTOS EN CLASE

GalvanómetroGalvanómetro

Fuente

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Caja de resistenciaCaja de resistencia

33.-.- FUNFUNDDAAMMEENTONTO TTEEÓRICOÓRICO

COMPROBACIÓN ANALÓGICA DEL

“PUENTE DE WHEASTSTONE”

Se utiliza cuando deseamos medir resistencias eléctricas por comparación con otras que están calibradas.

Se instalan cuatro resistencias R1, R2, R3 y R4, tal como se muestra en la figura 1. Los puntos A y B se unen a los polos de una fuente de voltaje V, uniendo los puntos C y D a través de un galvanómetro G.

Las resistencias R1 y R3, están conectadas en serie, así como también lo están las resistencias R2 y R4. Estas dos ramas están conectadas en paralelo.

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En el tipo de puente que se utiliza en esta experiencia (puente unifamiliar), las resistencias R2yR4son sustituidas por un alambre homogéneo cilíndrico de sección perfectamente constante.Un cursor se desplaza sobre el puente hace las veces del punto D. Al cerrar el circuito con la llave S, se origina una corriente I, que al llegar al punto A se bifurca en dos:una parte pasa por las resistencias R1(corriente I 1) y el resto a través de la resistencia R2(corriente I 2)

Entonces se tiene: I=I 1+ I 2

En la figura dos se puede observar que la diferencia de potencial entre los puntos A y B, es común para las dos ramas: rama formado R1 y R3 y la rama formada por las resistencias R2 y R4.

Se consigue el equilibrio del puente dando un valor fijo a R1, y desplazando el cursor Dhasta que el galvanómetro marque 0, es decir, corriente nula.

Entonces la ecuación toma la forma:

R1

R3

=R2

R4

………………………………1

R3=Rx=(R4

R2)R1……………2

La resistencia de un conductor homogéneo en función a su resistividad. ρ está dado por la relación:

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R=ρ( LA )………………………….3

Si reemplazamos (3) en (2) obtenemos:

R x=( L4

L2)R1…………………….4

Con este resultado podemos determinar fácilmente el valor de la resistencia desconocida Rx.

44..-- PPRROOCCEEDIDIMMIIEENNTTO.O.

1. Arme el circuito de la figura 2. Considere una resistencia R1 del tablero de resistencias y seleccione otra resistencia Rx de la caja de resistencias.

2. Varíe la posición de contacto deslizante D, a lo largo del hilo hasta que la lectura del galvanómetro sea cero

3. Anote los valores de longitudes del hilo L2 y L4 así como también el valor de R1 en la tabla 1.

4. Utilizando la ecuación halle el valor de la resistencia Rx luego compárelo con el valor que indica la caja de resistencias (década).

5. Repita los pasos 1, 2, 3 y 4 para otras resistencias anotándolas en la tabla 1

6. Complete la tabla 1.

Caja de ResistenciaR1 (Ohm)

Longitud del Hilo Resistencia Medida (Ohm)

Porcentaje de Error

¿ x 100%

L2

(cm)L4

(cm)Con el Equipo

Puente de Wheatstone

50 Ω 47.6 52.4 56 Ω 55.04 Ω 1.7%50 Ω 48.3 51.7 54 Ω 53.52 Ω 0.9%50 Ω 45.6 54.4 60 Ω 59.65 Ω 0.6%50 Ω 51.4 48.6 48 Ω 47.28 Ω 1.5%50 Ω 46.7 53.3 58 Ω 57.07 Ω 1.6%50 Ω 49.4 50.6 52 Ω 51.21 Ω 1.5%

5. - CUESTIONARIO.

1.- ¿Cuáles cree que han sido las posibles fuentes de error en la experiencia realizada?

El uso constante de las resistencias hace que estas presenten variaciones.

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La agudeza de visión del observador para hallar las medidas de las longitudes de L2 y L4. Además de la mala alineación del alambre a través de la regla. Esto último podría afectar los resultados buscados.

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Alambre mal alineado

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2.- ¿Cómo cree que podría evitar estas fuentes de error?

Verificar que los instrumentos a utilizar estén en buen estado.

Es necesario realizar más de una medida de las longitudes de L2 y L4 para

así obtener un resultado más cercano al verdadero.

3.- Explique Ud. qué condiciones físicas existen cuando no pasa corriente por el galvanómetro.

Esto se da porque físicamente no existe un cable o un material conductor que una los nodos en los que se mide el voltaje solo existe aire entre estos nodos.

4.- ¿Cuáles son los factores que influyen en la precisión del puente de Wheaststone al tratar de conocer el valor de una resistencia desconocida? ¿Por qué?

Los factores que influyen son: en primera instancia la calibración del instrumento porque este me ayudara a conocer cuando el voltaje entre cada par de resistencias sea cero y es por esto que es importante el que este calibrado y funcionando correctamente, también el correcto funcionamiento de la fuente y por último la

conexión porque una mala conexión entre las resistencias, la fuente y/o el voltímetro provocara obtener valores inadecuados o nulos

5.- ¿Cuál sería la máxima resistencia que se podría medir con el puente de Wheaststone?

La máxima resistencia que puede medirse con el circuito tipo puente es

La máxima resistencia que puede medirse con el circuito tipo puente es dependiente de los valores de las resistencias obtenidas por la distancias en el hilo, el cual se debe medir (en longitud), esto es:

R x=R1

L2

L1

De esta ecuación, se desprende que para que el valor de la resistencia Rx logre su valor máximo, el valor de R1 debe ser lo más grande posible, y que a su vez, el valor de L2 y L1 deben ser lo más grande y más pequeño posible respectivamente, y ya que:

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R=ρ LA

Se deduce entonces que los valores de L2 y L1 son directamente proporcionales a la distancia medida en el hilo, esto es, cuando mayor sea dicha longitud, mayor será la resistencia del mismo. Todo lo anterior se cumple desde el punto de vista matemático, ya que

desde el punto de vista físico, debemos expresar que el valor del voltaje que entrega la fuente debe ser relativamente alto, en tanto que los valores de las resistencias no deben exceder un determinado rango, ya que de ser el valor de RX muy grande, éste puede actuar dentro del circuito como un aislante, de modo que el circuito quede abierto eléctricamente.

En conclusión no existe un valor numérico máximo con el cual mediaríamos Rx.

6.- ¿Por qué circula corriente por el galvanómetro cuando el puente no está en condiciones de equilibrio? Explique detalladamente.

Veamos el esquema del puente de Wheaststone:

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Pero en vez del galvanómetro colocaremos una resistencia puesto que supuestamente pasara corriente por ahí:

Tres de las resistencias R1, R2 y R3 son patrones de alta estabilidad y baja tolerancia y una de ellas variable. La cuarta es la resistencia incógnita, a determinar su valor Rx. Observar que entre el punto A y B hemos conectado un galvanómetro, que es un instrumento de medida de alta sensibilidad, el cual nos indicará si hay paso de corriente a través de él.Ajustando los patrones R1, R2 y R3 hasta que nuestro galvanómetro indique que no hay paso de corriente, en cuyo momento, claro está, el potencial en el punto A es igual al potencial en el punto B.

Pero en nuestro caso, existe una corriente que pasa por el cable CB, entonces si colocamos una resistencia habrá una caída de voltaje que hará que V c ≠V b con lo que alteraría todo el equilibro del puente de Wheaststone, por lo tanto ya no habría un cortocircuito o circuito abierto entre esos puntos, al contrario habrá una diferencia de potencial existente y no quedaría de otra que resolver el circuito por otro método distinto pues no habría equilibrio.

7.- ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de usar el puente? ¿Por qué?

Ventajas: Mayor precisión para hallar el valor de la resistencia desconocida. Mayor rapidez para h

Desventaja: La medida de la resistencia desconocida nunca será exacta ya que

existen factores que harán que sea imposible hallar el valor exacto de la resistencia desconocida. (Ver pregunta 1)

CONCLUSIONES

Se demostró experimentalmente que existe una proporción entre cada para de resistencias para llegar al voltaje 0. Cuando conectamos el galvanómetro y este marcaba cero los voltajes de las resistencias en serie eran iguales en magnitud, pero con distinta polaridad. Esto

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corrobora la ley de mallas de Kirchhoff en donde la suma de voltajes en una malla es igual a cero.No hay paso de corriente entre el par de nodos en donde se conecta el galvanómetro.Como síntesis del experimento, podemos deducir que un hilo conductor también puede funcionar como un par de resistencias en serie, y la resistencia será equivalente a una longitud del hilo y son directamente proporcionales, haciendo que por el galvanómetro no fluya corriente y por lo tanto el circuito tipo puente de Wheaststone este en equilibrio, de esta manera es sencillo hallar la resistencia Rx.

RECOMENDACIONES

Mantener una distancia del cable que se usó como resistencia, para evitar quemaduras, ya que este libera calor por la corriente que transita por él.

Usar la escala de los 500µA. Para mayor precisión.

Que la diferencia entre la resistencia de valor constante y variable sea menos de 10 ohm.

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En las figuras se hacen variar los valores de las resistencias de tal forma que su diferencia sea menor a 10 ohm.

Una vez más se recomienda corroborar la conexión entre cada componente del circuito.

.Mover con sumo cuidado la palanca que esté anclada al soporte que lleva el cable, ya que la sensibilidad del galvanómetro lo demanda.