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UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE INGENIERÍA PRÁCTICA UNO: INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN Y LEY DE OHM Laboratorio de Circuitos Eléctricos Pablo Barriga León [email protected] 03 de octubre de 2016 RESUMEN: El día lunes 26 de septiembre de, acudimos al laboratorio de circuitos eléctricos, con el propósito de realizar la primera práctica propuesta en el silabo del laboratorio. La misma comprende en conocer el funcionamiento de los instrumentos de medición eléctrica como el amperímetro, voltímetro y el osciloscopio, así como también comprobar experimentalmente la Ley de Ohm en circuito sencillo armable en el protoboard. Los datos de la práctica se obtuvieron mediante el empleo del multímetro debido a que se fueron midiendo con ello las diversas corrientes y voltajes del circuito. Los resultados obtenidos y análisis de los mismos se mostraran a lo largo del informe, de la cual calculamos tanto corriente como tensión atravez de cada resistor. PALABRAS Amperímetro, Resistencias.

CLAVE: Voltímetro,

Ley

de Ohm, Osciloscopio,

Ilustración I- Ley de Ohm Un amperímetro es un instrumento que se utiliza para medir la intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico. Un micro amperímetro está calibrado en millonésimas de amperio y un miliamperímetro en milésimas de amperio.

I.INTRODUCCIÓN La ley de Ohm, postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm, es una ley de la electricidad. Establece que la diferencia de potencial V que aparece entre los extremos de un conductor determinado es proporcional a la intensidad de la corriente I que circula por el citado conductor. Ohm completó la ley introduciendo la noción de resistencia eléctrica R; que es el factor de proporcionalidad que aparece en la relación entre el voltaje y la corriente, la relación que presenta es de forma lineal.

v  I R

Ilustración II- Amperímetro Un voltímetro es un instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico.

R1  100 K  R2  75K  R3  10 K  Una vez colocado el multímetro se obtuvieron los siguientes valores de tensión: Tabla 1- Valores de Tensiones

Ilustración III- Voltímetro Un osciloscopio es un instrumento de visualización electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Es muy usado en electrónica de señal, frecuentemente junto a un analizador de espectro. Presenta los valores de las señales eléctricas en forma de coordenadas en una pantalla, en la que normalmente el eje X (horizontal) representa tiempos y el eje Y (vertical) representa tensiones.

VOLTAJE V1 Vab Vac Vbd Vba Vca

VALOR 12v 11,8V 11,6V 0V -11,8V -11,8V

Calculamos la corriente entre los terminales que se indica en el procedimiento de la práctica. Tabla 2-Valores de corrientes

CORRIENTE Iad Iab

2.

VALOR 1,17 mA 0,138mA

Uso del osciloscopio.

Calculamos el voltaje pico, la frecuencia y el periodo en el osciloscopio estableciendo 1X en el conmutador de la sonda, obtenemos lo siguiente: Tabla 3-Valores del osciloscopio en conmutador 1X Ilustración IV-Osciloscopio

II.OBJETIVOS  

Utilizar de manera correcta los instrumentos básicos para mediciones eléctricas. Verificar de manera analítica y experimental la ley de Ohm.

III.MARCO TEÓRICO 1.

Uso del multímetro.

Se configuro una fuente de tensión equivalente a 12 voltios para los cálculos de la primera parte de la práctica. Los valores de las resistencias que se utilizaron fueron las siguientes:

MEDICIONES Voltaje Pico Frecuencia Periodo

VALOR 5V 1Khz 1000 s

Calculamos el voltaje pico, la frecuencia y el periodo en el osciloscopio estableciendo 10X en el conmutador de la sonda, obtenemos lo siguiente: Tabla 4-Valores del osciloscopio en conmutador 10X

MEDICIONES Voltaje Pico Frecuencia Periodo

VALOR 2,5x2=5V 1Khz 1ms

Obtenemos los valores de los voltajes que nos pedían en la parte uno de la práctica, solo que esta vez se medirá empleando el osciloscopio

Tabla 5-Valores de tensiones obtenidos con el osciloscopio

VOLTAJE V1 Vab Vac Vbd Vba Vca 3.

Tabla 8-Error relatico y absoluto de las resistencias

VALOR 12V 11,1V 12V 0V -11,1V -12V

Ley de Ohm

Se configuro una fuente de tensión equivalente a 12 voltios para los cálculos de la primera parte de la práctica, a continuación se muestra una tabla de los valores de las resistencias empleadas. Tabla 6-Corriente en cada resistor RESISTENCIA

VOLTAJE

CORRIENTE

100K 75K 10K 58K 47K 1K 82K 22K 56K 33K

11,8V 11,8V 11,8V 11,8V 11,8V 11,8V 11,8V 11,8V 11,8V 11,8V

116 154,33 1,13 200,45 247,1 10,4 140,9 530,4 206,71 352,57

Procedemos a determinar el valor de resistencias con las mediciones anteriores.

RESISTENCIA

ERROR RELATIVO

ERROR ABSOLUTO

100K 75K 10K 58K 47K 1K 82K 22K 56K 33K

2 6 2 13,79 0 10 2.56 3.63 5 4,5

2 4.5 0.14 8 0 0.1 2.1 0.8 2.1 1.5

Los instrumentos de medición que se utilizaron fueron los siguientes: Amperímetro, voltímetro y osciloscopio. Ahora se tiene la resistencia de 75K para la segunda parte de la tercera parte de la práctica. Obtenemos la siguiente tabla:

las

Tabla 7-Resistencias aplicando ley de ohm VOLTAJE

CORRIENTE

RESISTENCIA

11,8V 11,8V 11,8V 11,8V 11,8V 11,8V 11,8V 11,8V 11,8V 11,8V

116 154,33 1,13 200,45 247,1 10,4 140,9 530,4 206,71 352,57

101,72K 76.62K 10,44K 58,86K 47,75K 1,13K 83,74K 22,24K 57,1K 33,5K

RESISTENCIA

VOLTAJE

CORRIENTE

75K

10V 11V 12V 13V 14V 15V 16V 17V 18V 19V 20V

130,33 143,66 158 170,33 185,66 197 200,33 222,66 237 250,33 262,66

La grafica voltaje vs corriente quedaría:

Calculamos los errores absolutos y relativos de las resistencias tomando en cuenta su valor nominal:

Ilustración V- Voltaje vs Corriente

PROCEDIMIENTO: 1.

Uso del multímetro.

1.1 Arme el circuito de la Figura 1

1.2 Configure la fuente variable para que suministre una tensión entre 10V y 20V (escoja el valor de su preferencia) 1.3 Seleccione R1, R2 y R3 a su elección. 1.4 Establezca los valores teóricos de los voltajes V1, Vab, Vac, Vbd, Vba, Vca. 1.5 Coloque el multímetro en la opción para medir voltaje continuo, mida y registre los valores de los voltajes V1, Vab, Vac, Vbd, Vba, Vca. 1.6 Obtenga conclusiones a partir de los resultados. 1.7 Seleccione en el multímetro la opción para medir corriente continua. 1.8 Conecte el terminal marcado positivo (+) del amperímetro, en el terminal marcado con (a) en el circuito de la figura 1. El otro terminal del amperímetro conecte al punto marcado con (d) en el circuito. 1.9 Mida y registre la lectura del amperímetro. 1.10 Obtenga conclusiones a partir de los resultados. 1.11 Conecte el terminal marcado positivo (+) del amperímetro, en el terminal marcado con (a) en el circuito de la figura 1. El otro terminal del amperímetro conecte al punto marcado con (b) en el circuito. 1.12 Obtenga conclusiones a partir de los resultados.

2.

Uso del osciloscopio.

2.1 Pulse el botón MENÚ CH 1 y establezca la atenuación de la Opción Sonda en 1X. 2.2 Establezca en 1X el conmutador de la sonda. 2.3 Conecte la sonda del canal 1 al punto de prueba del osciloscopio. 2.4 Pulse el botón AUTOCONFIGURAR.

2.5 Mida y registre los valores de voltaje pico, frecuencia y periodo de la señal que se visualiza en el osciloscopio. 2.6 Establezca en 10X el conmutador de la sonda. 2.7 Mida y registre los valores de voltaje pico, frecuencia y periodo de la señal que se visualiza en el osciloscopio. 2.8 Pulse el botón MENÚ CH 1 y establezca la atenuación de la Opción Sonda en 10X. 2.9 Mida y registre los valores de voltaje pico, frecuencia y periodo de la señal que se visualiza en el osciloscopio. 2.10 Obtenga conclusiones a partir de los resultados. 2.11 En el Circuito de la figura 1 mida y registre los voltajes V1, Vab, Vac, Vbd, Vba, Vca. Utilizando el osciloscopio. 2.12 Compare los valores obtenidos en el punto anterior con los medidos en el punto Obtenga conclusiones y recomendaciones a partir de los resultados.

3.

Ley de Ohm

3.1. Arme el circuito de la Figura 2.

3.2 Configurar la fuente variable para que suministre una tensión entre 10V y 20V (escoja el valor de su preferencia). 3.3 Para cada resistencia mida tensión y corriente en el circuito de la Figura 2. Incluya los instrumentos de medición adecuados. 3.4 Con las mediciones anteriores determine el valor de cada resistencia y compárelo con su valor nominal (indicado en su código de colores). Calcule los errores absoluto y relativo tomando como referencia el valor nominal del resistor. 3.5 Verifique que el valor calculado con sus mediciones se encuentre dentro del rango de tolerancia especificada en el código de colores del resistor.

3.6 Presente una tabla en la que consten todas las mediciones y resultados de los dos procedimientos anteriores. 3.7 Presente el esquema circuital completo; es decir, en donde consten todos los instrumentos de medición utilizados. 3.8 Incluya en su informe el código de colores utilizado para el desarrollo de la práctica y una explicación completa de cómo utilizarlo. 3.9 Obtenga conclusiones a partir de los resultados. 3.10 Para el circuito de figura 2 seleccione un valor de R1. Varié la tensión de la fuente V1 desde 10V hasta 20V en pasos de 1 voltio. 3.11 Registre los valores de voltaje y corriente a través de R1 para cada valor de V1. 3.12 Grafique los valores de voltaje vs corriente medidos. 3.13 Obtenga conclusiones a partir de los resultados. 3.14 Establezca de manera analítica cual sería la gráfica tensión-corriente si R1 en el circuito de la figura 2 se somete a una variación de temperatura desde 25 a 75 grados centígrados para una tensión V1= 15V

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V.CONCLUSIONES 1. Instrumentos de medición 

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Evidentemente los valores calculados teóricamente no van hacer iguales en los que se obtienen mediante una fórmula matemática, esto se debe a diversas razones. Se debe a que tanto el voltímetro como el amperímetro no son ideales por lo que también proporciona errores. La fuente con la cual se trabaja en la práctica no proporciona los 12 voltios en mi caso exactos debido a que la fuente pese a que es una fuente de tensión continua no siempre va a estar cargado, conforme trascurre el experimento se va a ir descargando continuamente, por convención en los cálculos matemáticos se coloca una fuente de valor entero, por ejemplo se trabajan los cálculos con una fuente de 12 v y en el experimento de 11,6V. Otra razon es que las resistencias presentan un error relativo y absoluto, los mismos que se calcularon anteriormente en el marco teórico, lo que implica que su valor en sí no es exacto y ocasiona errores en los cálculos. Al colocar una fuente en un circuito, este ocasiona que fluya corriente atravez de sus componentes, en este caso resistencias, pero como estas en si se oponen al paso de la corriente, no permiten que pase en si su totalidad lo que ocasiona que el voltímetro al medir la tensión entre dos terminales no nos

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da el valor calculado con exactitud debido a que las resistencias no presentan un valor exacto. De acuerdo a los cálculos el voltaje entre a y b debería marcar exactamente lo de la fuente, quiere decir 12 V, el voltímetro marcó 11,6 V por la razon que se explicó anteriormente, el Vac debería marcar igualmente lo que mide la fuente pero marca los 11,6 V debido a que solo transcurre corriente a través de R1, y este presenta como se explicó un impedimento de corriente. El Vbd marca exactamente cero tanto en los cálculos como empleando el multímetro, esto se debe a que no circula corriente atravez de dicho terminales por lo que es un circuito abierto. El Vba marca el mimo que el voltaje Vab solo que con el signo negativo debido a que la corriente sale del polo negativo de la fuente, quiere decir que va desde un punto de menor potencial al de mayor potencial lo mismo ocurre en el Vca. Al colocar el amperímetro entre los terminales a y d dichas resistencias se colocan en paralelo entre si debido a que el amperímetro actúa como un cable conductor, evidentemente no se obtendrá el mismo valor calculado que el medido con el amperímetro esto se debe nuevamente a la fuente que no proporciona el totalidad de voltios y que también las resistencias en paralelo tienen un error en sus valores expresado anteriormente. Al colocar el amperímetro entre los terminales a y b las resistencias R2 y R3 se colocan en serie y al hacer una resistencia total de la misma esta nueva se encuentra en paralelo con R1, evidentemente no se obtendrá el mismo valor calculado que el medido con el amperímetro esto se debe nuevamente a la fuente que no proporciona el totalidad de voltios y que también las resistencias en paralelo tienen un error en sus valores expresado anteriormente.

2. Uso del osciloscopio  

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El osciloscopio nos muestra una forma de onda de tensión, en el que se visualiza distintos valores. El voltaje pico que marca el osciloscopio nos indica un valor de 5V divido en dos sub periodos cada uno de 2.5V presenta una frecuencia de 1Khz y un periodo de 1000 , notamos entonces que cuando la sonda se coloca en un conmutador de 10X la forma de la gráfica en si se puede decir que se amplía dando los mismo valores que los anterior solo que expresados en otras unidad o divido en menos sub periodos. Se puede decir que se obtienen dichos valores debido a que son los valores pre

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establecidos del osciloscopio al momento de tocar el boton auto-configurar. Empleando el osciloscopio se midió los voltajes antes mencionados en la parte uno de la práctica, se lo realizo con el motivo de comparar con loa valores que se obtuvieron empleando el voltímetro, evidentemente se obtuvieron valores relativamente iguales a los del punto anterior, variando en decimales debido a que el nivel de referencia al que se encontraba la sonda del osciloscopio estaba en el aire. La forma de grafica que mostraba el Vab presentaba cierta distorsión debido a que como se indicó antes el nivel de referencia se encontraba en el aire, pero al desconectar la resistencia R3 dicha forma se distorsionaba más debido a que R3 y R2 se colocaban en paralelo y la corriente a travesaba únicamente R1. La forma de grafica que mostraba el Vba presentaba una linea recta contante que marcaba el valor de la fuente exacto (12V) solo que se graficó en el plano negativo debido a que la corriente salió del punto de menor potencial al de mayor potencial. Las formas de grafica que mostraban los otros voltajes no presentaban distorsión debido a que su nivel de referencia nos encontraban en el aire, marcaron diferentes valores del voltímetro pero esto se debe a que la sonda del osciloscopio presenta mayor precisión y a que la resistencia del voltímetro se ve influenciado en el circuito pese a que sea muy pequeña.

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depende del valor de tolerancia cuan mayor sera el valor de error. El valor nominal de la resistencia claramente es el que se considera como exacto pero se logró desarrollar en la sección del marco teórico que el valor medido debido a la tolerancia contra el valor nominal varia en ciertas cantidades por lo cual presentan un error relativo y absoluto, un aspecto más a que los valores no sean exactos, debido a que en los cálculos se trabaja con el valor nominal. Si por una resistencia de un valor nominal se hacer fluir corriente proveniente de una fuente de 10 V y dicha fuente va variando con paso 1 hasta llegar una fuente de 20 V la resistencia presentara un flujo de corriente atravez del resistor, cumpliéndose de esta manera en los cálculos como en la practica el enunciado de la Ley de Ohm, evidentemente los valores no son los mismos factores detallados anteriormente. La grafica voltaje vs corriente representa una relación lineal debido a que mayor corriente mayor voltaje, pero también se analizó que si se varia la temperatura del resistor a una menor a la que se encontraba el valor del mismo disminuye por lo tanto aumentaría un poco más la corriente, esto se debe a la teoría de súper conductores que se obtiene al enfriar un conductor a una temperatura de menos grados centígrados. El material del resistor también influye en el valor del mismo así como también su potencia.

VI.RESULTADOS 3. Ley de Ohm 

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En la ley de Ohm se debe cumplir que la corriente es directamente proporcional al voltaje, mientras mayor sea la resistencia menor sera la corriente que atraviese dicho componente, lo que se evidencia en la tabla presentada en el marco teórico. Como se ha ido explicando anteriormente los valores obtenidos con la medición varían con los calculados, en este caso dichas variaciones se pueden presentar debido a que al momento de conectar la fuente al circuito las resistencias se calientan y varían evidentemente su valor y presentan un mayor impedimento de la corriente, lo que ocasiona que varié con los datos calculados. Las resistencias presentan tolerancias, mismos valores que vienen indicando en su código de colores, lo que proporciona también una variación en sus valores por ejemple una resistencia de 10K con una tolerancia del 10% puede variar su valor entre 900 y 1100,

Claramente a lo largo del informe se ha ido explicando las más importantes razones por las cuales los valores teóricos de los voltajes, corrientes, resistencias , etc, no son iguales una de las razones más importantes pueden ser que la fuente no proporciona un valor exacto, las resistencias que presentan los instrumentos de medición, el nivel de referencia por el cual se mide y por supuesto el valor de tolerancia que presentan las resistencias frente a la corriente eléctrica, lo que ocasiona que varíe su valor nominal y produzca errores en los cálculos. Naturalmente en un ambiente abierto las mediciones varían con respecto a las que son calculadas debido a que en los cálculos se desprecian efectos del ambiente que no creen que involucre mucho en el resultado.

VII.RECOMENDACIONES   

Mejorar el nivel de referencia en el cual se analiza el circuito debido a que varía en los cálculos del mismo. Tener en cuenta el voltaje exacto que brinda el voltaje exacto que brinda la fuente al momento de realizar los cálculos. Tener componententes de reemplazo debido a que se pueden quemar y se necesita reemplazarlos.

VII.REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFÍA. [1] https://es.wikipedia.org/wiki/Osciloscopio [2] Sadiku, M. (2004). Fundamentos de circuitos eléctricos. México: Pearson Educación. Tercera Edicion