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PRÁCTICA 1. INTRODUCCIÓN. APARATOS DE MEDIDA
En el puesto de trabajo tenéis que identificar los diferentes aparatos de medida y otros materiales
que en él se encuentran: Encontraréis:
Cables, una caja de conexiones y resistencias.
Generadores de corriente continua
Generadores de señales
Multímetros o polímetros
Osciloscopios (1 analógico, 1 digital)
1 Voltímetro
1 Ordenador
En el ordenador y en la página web de la asignatura (http/:personales.upv.es/fjromero),
encontraréis un fichero con el código de colores que os permitirá identificar cada resistencia.
1.1 IDENTIFICACIÓN Y MEDIDA DIRECTA DE RESISTENCIAS
CUESTIÓN 1. Haciendo uso del código de colores identificad una resistencia de 15000Ω y otra
de 6800Ω
Los multímetros son aparatos que permiten medir diferentes magnitudes. En particular, los que disponéis en
el puesto de trabajo permiten medir varias magnitudes eléctricas: tensiones, intensidades y resistencias. Entonces, cada multímetre, hace la función de un voltímetro, de un amperímetro y de un óhmmetro.
CUESTIÓN 2. Medid el valor de las dos resistencias
anteriores con un multímetro. Para hacerlo, seleccionaréis la
opción de medida de ohmios, y conectaréis los dos terminales
de la resistencia a las dos entradas del multímetro que están
señaladas para la medida de resistencias. (En la pantalla del
aparato están perfectamente señaladas las entradas a utilizar).
Coloca los valores medidos, junto con los valores previstos en
la tabla siguiente:
UNIDADES
Una tabla es un espacio donde
introducimos información que ha de
ser leída e interpretada. Por eso
tenemos que facilitar la lectura e
interpretación de los datos procurando, entre otras cosas:
- Que los datos de una misma
magnitud vengan dados, siempre que
sea posible, en las mismas unidades.
- Hay que introducir con claridad las
unidades utilizadas, por ejemplo,
junto a la magnitud a que hacen
referencia, tal como están escritas en
la tabla.
- Recordad que tenéis que indicar siempre las unidades en que habéis realizado las medidas.
- Observad si hay diferencias relevantes entre el valor que da el fabricante (valor nominal) y el medido. Os
tendríais que preguntar el por qué.
CUESTIÓN 3. Si colocamos las dos resistencias en serie (una a continuación de la otra), la
resistencia del conjunto tiene que ser la suma de ambas
resistencias. Podemos verificar este hecho instalando en la
caja de conexiones ambas resistencia en serie y midiendo la
resistencia del conjunto:
(*)
(*)
(*) Rellenar con datos de la cuestión anterior
- La resistencia medida del dispositivo en serie, ¿es la suma de las
resistencias medidas a la cuestión 2? En caso contrario, consultad al
profesor.
- ¿Qué pasaría si en vez de disponer las resistencias en serie lo
hubiésemos hecho en paralelo? Podéis pensar sobre esta cuestión o
verificarlo experimentalmente. Si no sabéis que es una disposición en
paralelo... consulteu al profesor.
MEDIDA CON EL ÓHMMETRO
Para medir el valor de una resistencia,
tenemos que separar la resistencia del
resto del circuito y aplicar el óhmmetro
tal como lo hemos hecho en las
cuestiones anteriores. En caso
contrario, nos podríamos encontrar que
estamos obteniendo un valor que no
tiene nada que ver con el que queremos
medir, puesto que el resto del circuito
podría afectar a nuestro resultado.
1.2 MONTAJE DE UN CIRCUITO. MEDIDA DE LA DIFERENCIA DE POTENCIAL
Si a partir del montaje de la cuestión 3, sustituimos el multímetro por una fuente de tensión
continua, tendremos un circuito cerrado formato por la fuente y por ambas resistencias: Por este circuito
circulará una intensidad y entre dos puntos cualquiera habrá una diferencia de potencial.
Antes de conectar la fuente fijaremos la diferencia de
potencial a la salida de la fuente en un valor comprendido entre 3 y 5
V. Para hacer esto, conectaremos a los dos terminales de salida de la
fuente un multímetro, donde habremos seleccionado la opción de
medida de voltios en corriente continua (voltímetro) y conectado los
cables en los terminales apropiados del aparato de medida.
Modificaremos la señal de salida hasta que el voltímetro marque la
tensión deseada. Si bien la fuente de tensión tiene una pantalla que
indica la tensión suministrada, no nos fiaremos de este valor
(desconocemos las características y fiabilidad de esta información) y
haremos uso del voltímetro.
(ANTES DE CONECTAR El APARATO DE MEDIDA ES
IMPORTANTE SELECCIONAR LA OPCIÓN “VOLTÍMETRO” EN
EL MULTÍMETRO. EN CASO DE ERROR SE PUEDEN FUNDIR
LOS FUSIBLES).
¿Cuál es el valor de la tensión que habéis fijado para la fuente
de tensión?
V=
Una vez se ha fijado la tensión de la fuente, se monta el circuito de la
figura:
COMO HACER UN CIRCUITO?
Un circuito está formado por al menos
un generador (que aporta la energía) y
un conjunto de elementos conectados
de tal manera que conforman un
camino cerrado. ¿Qué quiere decir
esto? Que si consideramos una carga
eléctrica que sale por uno de los
terminales de la fuente y vamos
recorriendo todo el circuito, llegaremos
al otro terminal de la fuente.
La intensidad tendrá que atravesar los
diferentes elementos que hemos
dispuesto. Si uno de ellos, por ejemplo
una resistencia, tuviera los dos
terminales conectados entre sí o un
terminal sin conectar en ninguna parte,
la intensidad no lo atravesaría y por lo
tanto el resultado sería el mismo que si
no tuviésemos la resistencia instalada
en el circuito.
¿Cómo conectamos los diferentes
dispositivos? Haremos uso de los
cables y de la caja de conexiones. En
ésta, los puntos de conexión,
"agujeros", que están conectados
eléctricamente entre sí, están unidos
por una línea negra. Entonces, para
conectar un terminal de la fuente a un
terminal de una resistencia, por
ejemplo, bastará con conectarlos a dos
"agujeros" unidos por una línea negra.
CUESTIÓN 4: Medíd con el voltímetro la diferencia de potencial (d.d.p.) existente entre los
terminales de cada una de las resistencias y del conjunto formado por ambas resistencias puestas
en serie:
a)
b)
c)
Cambiando de posición el voltímetro tenéis que medir la diferencia de potencial en bornes de una
resistencia, de la otra o del conjunto, tal como se muestra en la figura anterior.
Completad la tabla siguiente:
(*) Rellenar con datos de las cuestiones anteriores
Observad si la d.d.p. medida para el conjunto de las dos resistencias tiene un valor similar al fijado a la
salida de la fuente. En caso contrario tendríais que preguntaros porqué.
Por otro lado, la suma de las d.d.p. entre los terminales de cada resistencia tendría que coincidir con la
medida hecha del conjunto de ambas resistencias. En caso contrario, verificad los resultados obtenidos y
consultad al profesor.
1.3 MEDIDA DE LA INTENSIDAD APLICANDO LA LEY DE OHM
Para medir la d.d.p. entre dos puntos de un circuito, habéis colocado los terminales del voltímetro haciendo
contacto en ambos puntos. Parece lógico! Si queremos medir la intensidad con un amperímetro, tenemos
que hacer que la intensidad que queremos medir atraviese el aparato de medida (también parece lógico). En
los circuitos anteriores, si despreciamos las cargas que entran en el voltímetro, la intensidad que atraviesa
las dos ressitèncias ha de ser la misma (las cargas que salen de la fuente han de atravesar las dos resistencias para volver a la fuente). Entonces, medir la intensidad con un amperímetro nos obliga a colocar el
parato de manera que sea atravesado por la intensidad que queremos medir, es decir, a abrir el circuito
para conectar los dos terminales del amperímetro entre los dos extremos abiertos del circuito. Pero esto
implica romper el circuito y no siempre es conveniente o posible hacerlo. Una alternativa para medir una
intensidad está en aplicar la ley de Ohm entre los terminales de una resistencia conocida tras medir la
ddp entre dichos terminales. Eso es lo que hemos hecho en el apratdao anterior.
La ley de Ohm nos dice que conocida la diferencia de potencial existente entre los terminales de una
resistencia, se puede calcular la intensidad que circula por ella a partir de la operación: I=V/R.
CUESTIÓN 5: Cómo en la cuestión 4 ya hemos medido la d.d.p. entre los terminales de
resistencias conocidas, para resolver esta cuestión no os hará falta realizar otra medida
experimental. Entonces, calculad la intensidad en los tres casos considerados en la cuestión
anterior, aplicando la ley de Ohm. Utilizad los valores medidos de las resistencias (no los dados
por el fabricante) y completad la tabla siguiente:
(*) Rellenar con datos de las cuestiones anteriores
Tened en cuenta las unidades de cada una de las magnitudes para escribir correctamente las unidades de la
intensidad.
- Observad los resultados obtenidos. ¿Los tres valores son más bien similares o diferentes? En el caso de
existir una diferencia significativa entre ellos, tratad de adivinar la causa y, en caso de duda, consultad al
profesor.
1.4 MEDIDA DE LA RESISTENCIA APLICANDO LA LEY DE OHM
Hemos visto que podemos conocer la intensidad que circula por un circuito, a partir de la medida de la
diferencia de potencial entre los terminales de una resistencia conocida y aplicando la ley de Ohm. Pero
también existe la posibilidad de medir directamente la intensidad que atraviesa una resistencia con un
amperímetro y, si medimos también la diferencia de potencial, obtener el valor de la resistencia aplicando la
ley de Ohm: R==V/I
CUESTIÓN 6. Mediremos la resistencia de 15 KΩ. Por lo cual sustituyéramos en el montaje c)
del último circuito la resistencia de 6,8 KΩ por un amperímetro:
En estas condiciones, la intensidad que atraviesa la resistencia,
atraviesa el amperímetro que la medirá. El voltímetro mide la ddp del
conjunto amperímetro + resistencia. Cómo la resistencia del
amperímetro es muy exigua, la podemos considerar despreciable y,
por lo tanto, la aplicación de la ley de Ohm da lugar a la medida de la
resistencia de 15 KΩ. Aplicaremos 6 tensiones de 2V, 4V, 6V, 8V,
10V y 12V aproximadamente, y completaremos la siguiente tabla:
Cómo el valor de R es independiente del voltaje aplicado y de la intensidad que circula, los valor de R
tienen que ser muy similares entre ellos y al valor medido con el òhmmetre (Cuestión 2)
CUESTIÓN 7. Ahora bien, el valor experimental resuiltadode estas 6 medidas será su media
aritmética: R=ΣRi/6, que podría compensar varias desviaciones de carácter aleatorio presentes en
las medidas individuales.
Pero, problemas de carácter no aleatorio, como puede ser una mala calibración de los aparatos,
podrían dar lugar a desviaciones que desplacen los vaklores en un mismo sentido, por ejemplo.
Entonces, podemos medir la resistencia a partir del trazado de la recta V=RI, donde R es la
pendiente de la recta. Para hacerlo, calcularemos, la recta de regresión (la que mejor se ajusta a
los puntos obtenidos) haciendo uso de una hoja de cálculo Excel.
En la página web de la asignatura (materiales prácticas) tenéis una hoja cálculo preparada
de tal manera que al introducir los valor en lataula, obtendréis la gráfica y la recta de regresión en
la forma: y=mx+n. La pendiente de la recta (coeficiente m) se corresponde con la resistencia y el
término independiente (el valor n), que en el caso ideal tendría que ser cero, nos indicará la
existencia o no de un problema asociado a alguna desviación constante de los valores medidos. El
valor R2 es el coeficiente de correlación e indica hasta qué punto la relación entre la tensión y la
intensidad es lineal.
A continuación, completad la tabla siguiente con los resultados obtenidos:
Un análisis cuidadoso de los resultados obtenidos nos tendría que permitir llegar a algunas conclusiones
relativas a los sistemas de medida que hemos hecho uso y a su validez.