FISICA i

Laboratorio N 2 FISICA Ii

Experimento N2Manejo de Instrumentos

I. OBJETIVOS

Familiarizar al estudiante en el manejo y utilizacin de los instrumentos de medicin, equipos y dispositivos elctricos. Determinar la sensibilidad de cada instrumento de medicin. Calcular y clasificar los errores en las mediciones realizadas con estos instrumentos. Introducir al estudio de circuitos elctricos fundamentales.

II. EXPERIMENTO

A. Modelo Fsico:MATERIALES E INSTRUMENTOS ELECTRICOS UTILIZADOS EN EL LABORATORIO DE FISICA IIILA FUENTE DE VOLTAJEEs undispositivoque convierte la tensin alterna de la red de suministro, en una o varias tensiones, prcticamente continuas, que alimentan los distintos circuitos del aparato electrnico al que se conecta (ordenador,televisor, impresora,router, etc.). Las fuentes de alimentacin, para dispositivos electrnicos, pueden clasificarse bsicamente como fuentes de alimentaciones lineales y conmutadas. Las lineales tienen un diseo relativamente simple, que puede llegar a ser ms complejo cuanto mayor es la corriente que deben suministrar, sin embargo su regulacin de tensin es poco eficiente. Una fuente conmutada, de la misma potencia que una lineal, ser ms pequea y normalmente ms eficiente, pero ser ms complejo y por tanto ms susceptible a averas.La fuente se compone de cuatro bloques principalmente:Transformador, Rectificador, Filtro y Regulador o Estabilizador.

Figura N1 Una Fuente de Voltaje en circuitos

EL VOLTIMETROInstrumento que mide la tensin elctrica o voltaje aplicada en sus terminales (cuantos voltios o fuerza electromotriz hay en los puntos del circuito donde se conectan los terminales del instrumento).

Figura N2 El voltmetro en circuito y analgicoEL AMPERIMETROInstrumento que mide la intensidad de corriente elctrica que circula por su interior en amperes A (cuanta corriente hay en el circuito o cuantos electrones circulan por unidad de tiempo).

Figura N3 El Ampermetro en circuito y analgicoLA RESISTENCIASe denominaresistoralcomponente electrnicodiseado para introducir unaresistencia elctricadeterminada entre dos puntos de uncircuito. En el propio argot elctrico y electrnico, son conocidos simplemente comoresistencias. En otros casos, como en las planchas, calentadores, etc., se emplean resistencias para producircaloraprovechando elefecto Joule.Es un material formado por carbn y otros elementos resistivos para disminuir la corriente que pasa. Se opone al paso de la corriente. La corrientemxima en un resistor viene condicionada por la mximapotenciaque pueda disipar su cuerpo. Esta potencia se puede identificar visualmente a partir del dimetro sin que sea necesaria otra indicacin. Los valores ms comunes son 0,25W, 0,5Wy 1W.

EL REOSTATOUnrestatoes unresistorde resistencia variable. Es por tanto un tipo constructivo concreto depotencimetroque recibe comnmente este nombre en vez del de potencimetro al tratarse de un dispositivo capaz de soportar tensiones y corrientes muchsimo mayores, y de disipar potencias muy grandes.Los restatos son usados enIngeniera Elctricaen tareas tales como el arranque demotoreso cualquier tipo de tarea que requiera variacin deresistenciaen condiciones de elevada tensin o corriente.

B. Diseo:

Fig.4 Prototipo

C. Materiales:

Figura N5Fuente de voltaje de cc de 1.5 voltios.

Figura N6Voltmetro

Figura N7El Ampermetro

Figura N8Resistencia

Figura N9Restato de 20 a 50 .

Figura N107 Cables de Conexin

Figura N11Un Multimetro o Multistester

D. Rango de Trabajo: Fuente de alimentacin: 1.5 2 V. Resistencia: 20 48 . Voltmetro: 3 6 V. Ampermetro: 0.03 1.2 A.E. Variables Independientes:En este caso sern las lecturas tomadas por el ampermetro y voltmetro; de su buen estado y una buena calibracin depender los resultados esperados (resultados muy cercanos a los tericos). Las variables sern voltaje e intensidad de corriente.F. Variables dependientes:En este caso sern los valores de resistencia que obtengamos al hacer las respectivas mediciones indirectas.La variable ser la resistencia obtenida a partir de V/I.

G. Datos Directos e Indirectos:DATOS DIRECTOS Datos tomados de diez resistores medidos:TABLA 1NCdigo de coloresValor realMedicin% Error

R1Marrn, negro, marrn, oro100 98.1 1.93

R2Rojo, rojo, marrn, oro220 217.2 1.29

R3Negro, negro, marrn, oro330 329.1 0.27

R4Negro, blanco, marrn, oro390 386.7 0.85

R5Verde, azul, marrn, oro560 0.5 k 12

R6Azul, gris, marrn, oro680 668 1.79

R7Violeta, verde, marrn, oro750 754 -0.53

R8Gris, rojo, marrn, oro820 810 1.23

R9Blanco, marrn, marrn, oro910 901 0.99

R10Marrn, negro, rojo, oro1k 987 1.32

R1=10 , fcc=1.5 V TABLA 2ESCALA123456PROMEDIO

Voltios6: 1.526: 1.556: 1.563: 1.553: 1.583: 1.531.55 V

Intensidad1.2: 0.1520.6: 0.1550.03: 0.1551.2: 0.1540.6: 0.1570.03: 0.1520.154 A

Tabla 3R2=30 , fcc=1.5 VESCALA123456PROMEDIO

Voltios6: 1.556: 1.536: 1.543: 1.553: 1.513: 1.501.53 V

Intensidad0.06: 0.0550.12: 0.0520.3: 0.0540.06: 0.0540.12: 0.0520.3: 0.050.053 A

DATOS INDIRECTOSError Absoluto (x): x = x Error Porcentual (xp): xp= (x/).100%

Tablas de errores de las tablas 2 y 3 respectivamente:

Tabla 5: Resultados obtenidos a partir de la tabla 2Error Absoluto (x)Error Porcentual (xp)

Voltios-0.05-3%

Intensidad-0.004-2.6%

Tabla 6: Resultados obtenidos a partir de la tabla 3Error Absoluto (x)Error Porcentual (xp)

Voltios-0.03-1.96%

Intensidad-0.003-5.66%

Tablas de valores de la resistencia

Tabla 7: Resultados obtenidos a partir de la tabla 2 ESCALA123456PROMEDIOxxp

Ohmios101010.0610.0610.0610.0710.04 -0.04-0.4%

Tabla 8: Resultados obtenidos a partir de la tabla 3ESCALA123456PROMEDIOxxp

Ohmios28.1829.4228.5128.7029.043028.97 1.033.56%

H. Anlisis

a. Graficar V(I) y ajustar mediante mnimos cuadrados

Fig.12 Grfica de datos de la tabla 2 CALCULO DEL PRIMER AJUSTE LINEAL:

Donde: Y=V; X=I N=6

Remplazando los valores se obtiene: m = 10.7, b = -0.1

CALCULO DEL SEGUNDO AJUSTE LINEAL:

Fig.5 Grfica de datos de la tabla 3

Obteniendo: m = 13.51, b = 0.96 b. Comparar con los resultados hallados con la resistencia. ExpliqueDe los resultados obtenidos en los grficos el valor de la pendiente (m) es la resistencia en cada caso vindose un considerable error en el caso de la resistencia de 30 , esto debido a una mala calibracin en el restato en el ajuste.

I. Cuestionario 1. Qu fuentes de error han afectado sus resultados? Clasificarlos.Por la causa que los produce se clasifican: Errores sistemticos.- Son aquellos de valor constante o que responden a una ley conocida, y por lo tanto son corregibles. La nica manera de detectar y corregirlos es comparar nuestras mediciones con otros mtodos alternativos y realizando un anlisis crtico y cuidadoso de los instrumentos y procedimientos empleados. Errores de paralaje.- Si hay una cierta distancia entre el objeto que se est midiendo y la regla, y adems, la lnea visual no es perpendicular a la regla, la medicin obtenida es incorrecta. Se puede reducir colocando el objeto o puntero tan prximo a la escala como sea posible, o bien colocando un espejo paralelo a la escala. Errores estadsticos o aleatorios.- Son aquellos que se producen al azar. En general se deben s causas mltiples y fortuitas. Errores espurios o ilegtimos.- Son los que cometemos por equivocacin o descuido.

2. Por qu debe conectarse un voltmetro en paralelo a una porcin del circuito cuya diferencia de potencial se desea medir?Porque la resistencia interna del voltmetro es muy grande que la resistencia a colocar, la corriente circula principalmente por la resistencia y por el voltmetro pasa solamente una pequea fraccin.

3. Por qu debe conectarse un ampermetro en serie a un circuito?Porque la resistencia interna del ampermetro es muy pequea, la mayor parte de la corriente circula por la resistencia a colocar lo cual no altera el valor de la corriente del circuito.

4. Qu tipo de perturbacin inducir a un circuito un ampermetro cuya resistencia sea alta? Sera exacta la medicin? Por qu? Tendra la perturbacin estacionaria, no sera exacto ya que su presencia disminuira la corriente a medir cuando se conecta a un circuito.

5. Un voltmetro cuya resistencia es baja, podra medir con precisin la diferencia de potencial en los extremos de una resistencia alta? Explicar.No, porque esa diferencia de potencial ya no sera tal ya que el voltmetro consumira corriente elctrica y gracias a ello el instrumento influira en el valor de la medicin.

6. Qu sucede internamente en un voltmetro cuando se cambia la escala de voltaje mediante el selector de escalas? Explicar.En caso de aumentar la escala su resistencia interna aumenta, esto debido a que debe soportar mayor tensin. En caso de disminuir la escala su resistencia interna disminuye hasta la resistencia misma del galvanmetro.

7. Qu sucede internamente en un ampermetro cuando se cambia su escala mediante el selector de escala? En caso de aumentar la escala su resistencia interna aumenta, esto debido a que debe soportar mayor intensidad de corriente. En caso de disminuir la escala su resistencia interna disminuye hasta la resistencia misma del galvanmetro.

8. Sealar tres precauciones ms importantes que consideran conveniente tener en cuenta al realizar los laboratorios de Fsica II. Las improvisaciones con frecuencia causan accidentes. Se debe planear el trabajo antes de iniciarlo. Es necesario asegurarse de que los equipos que se van a usar estn armados correctamente y que funcionen bien, como tambin conocer las caractersticas de los productos que van a manejarse. No deben realizarse procedimientos nuevos ni cambios a los existentes a menos que se encuentren debidamente aprobados. La falta de orden y limpieza es una de las causas ms comunes de accidentes en los laboratorios. Aclarar con el profesor las dudas y mantenerle informado de cualquier hecho que ocurra.

9. Determinar el valor de las resistencias (en ohmios), cuyos colores son:a) Marrn - negro - rojo - plateadoc) Amarillo - verde - dorado - dorado b) Verde - negro - doradod) Marrn - negro - plateado

Solucin:a) 1000 +10% ohmios.b) 5 +20% ohmios.c) 4.5 +5% ohmios.d) 1 +20% ohmios.

10. Si la aguja del voltmetro analgico est indicando 7.5 lneas y luego 112 lneas, Cules son las posibles lecturas de medicin, si las escalas mximas de voltaje estn en las posiciones 0.75, 3, 15, y 75?

Tabla 9Considerando: ESCALASINTERVALOS

0 - 0.7575

0 - 330

0 - 1560

0 - 7575

Se tendran los siguientes valores:

Tabla 10

7.5 LNEAS112 LNEAS

0 0.750.01875 V0.28 V

0 3 0.75 V1.12V

0 15 0.375 V5.6 V

0 75 1.875 V28 V

11. Se conecta un alambre a un terminal de una batera y el otro extremo se deja libre Pasara corriente por el alambre? Explique su respuesta.No pasar corriente, esto fue visto en la clase de laboratorio, para que se genere paso de corriente de debe tener dos cargas elctricas opuestas en los extremos del conductor (alambre) de otro modo no circula corriente.

12. Por qu debe estar cerrado un circuito para que fluya una corriente constante? Si un circuito se abre en algn punto, la carga elctrica se reunir en la abertura? Por qu? El circuito al estar alimentado por una fuente de energa tendr una diferencia de potencial entre sus terminales, para que exista circulacin de corriente de polo a polo debe existir una carga (resistencia) conectada a sus terminales, es decir un circuito cerrado.

III. CONCLUSION Antes de hacer medidas, se debe tener conocimientos previos del equipo a utilizar en este caso los diversos instrumentos de medicin (voltmetro, ampermetro, multmetro) ya que son herramientas bsicas de todo ingeniero electrnico.

Es importante poner la escala del instrumento de medicin en el nivel ms alto para las medidas de corriente y voltaje. Una vez que se aplica tensin elctrica al circuito, se debe ajustar la escala de medida.

Tener en cuenta la conexin para el voltmetro se conecta siempre en paralelo, y para el ampermetro en serie.IV. BIBLIOGRAFIA

COOPER HELFRICK. Instrumentacin Electrnica Moderna y Tcnicas de Medicin. Primera edicin. 1991. Mxico. Pg. 57-63. Gua de Laboratorio de Fsico III. Primera Edicin. 2009. Per. Pg. 4-12.

V. ENLACES

http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/12623317/Fuente-de-Voltaje-_Teoria-y-Practica_.html http://es.wikipedia.org/wiki/Resistorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Reostato

Universidad Nacional del Callao - Facultad de Ingeniera Elctrica y Electrnica Escuela Profesional de Ingeniera Electrnica2