Laboratorio 2. 2024-04-11. Docente: Luis Guillermo Henao
CONSTRUCCIÓN VOLTÍMETRO voltmeter construction
RESUMEN
Este informe de laboratorio se enfoca en la configuración y uso de un galvanómetro para medir corrientes y resistencias eléctricas, así como su conversión en un amperímetro y un óhmetro serie. Se describen los objetivos, materiales, fundamentos teóricos y procedimientos experimentales para lograr estos fines. Además, se analizan los resultados obtenidos y se ofrecen recomendaciones para llevar a cabo los experimentos de manera segura y efectiva.
Este estudio proporciona una comprensión práctica de la aplicación de los principios eléctricos utilizando el galvanómetro como dispositivo central.
Palabras clave: voltímetro, galvanómetro, resistencia multiplicadora, verificación experimental, relación lineal, procedimiento.
ABSTRACT
This lab report focuses on the configuration and usage of a galvanometer to measure electrical currents and resistances, as well as its conversion into an ammeter and a series ohmmeter. It outlines the objectives, materials, theoretical foundations, and experimental procedures required to achieve these aims.
Additionally, it analyzes the obtained results and provides recommendations for conducting the experiments safely and effectively. This study offers practical insight into the application of electrical principles using the galvanometer as a central device.
Keywords: voltmeter, galvanometer, multiplier resistance, experimental verification, linear relationship, procedure.
NOMBRES Y APELLIDOS JUAN DAVID GARCÍA
Cód. 1088826772
[email protected] NICOLAS MARTÍNEZ Cód. 1021663937
[email protected] JACOBO GONZALES Cód. 1054858805
OBJETIVOS
1. Convertir un galvanómetro en un amperímetro de mayor alcance, utilizando una resistencia shunt, y verificar experimentalmente el valor necesario de la resistencia shunt para lograr un rango específico de medición de corriente.
2. Configurar un galvanómetro como un óhmetro serie para medir resistencias eléctricas en un rango específico, determinando analítica y experimentalmente el valor necesario de la resistencia serie para obtener una escala de medición precisa.
3. Realizar la verificación experimental de los dispositivos construidos, incluyendo el amperímetro y el óhmetro serie, para evaluar su precisión y funcionalidad dentro de los rangos especificados.
FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
La Fundamentación Teórica proporciona una base sólida para comprender los principios detrás de la construcción y el funcionamiento de un amperímetro y un óhmetro serie a partir de un galvanómetro.
Construcción de un Amperímetro:
El preinforme discute la necesidad de utilizar una resistencia shunt en paralelo con un galvanómetro para convertirlo en un amperímetro de mayor alcance. La Fundamentación Teórica complementa esta idea al explicar cómo la resistencia shunt desvía parte de la corriente, permitiendo que el galvanómetro mida corrientes más altas sin dañarse.
Principios de Funcionamiento:
Tanto en la construcción del amperímetro como en el óhmetro serie, se busca establecer una relación lineal entre la magnitud eléctrica medida y la lectura del galvanómetro. Esta relación se basa en principios fundamentales de la física eléctrica y se refleja en las ecuaciones derivadas en la Fundamentación Teórica.
Consideraciones Prácticas:
La Fundamentación Teórica también proporciona información relevante sobre la sensibilidad de los dispositivos, los límites operativos y las consideraciones de seguridad, complementando así las recomendaciones prácticas establecidas en el preinforme para llevar a cabo los experimentos de manera segura y efectiva.
PROCEDIMIENTO
La práctica consistía en armar, usando un galvanómetro, un amperímetro y un óhmetro. Al ser dos dispositivos diferentes los que se armaron, se dividió la práctica en dos clases, en donde la primera se armó el amperímetro y en la siguiente se armó el óhmetro. Los materiales usados para esto fueron reóstatos con valores nominales de resistencia que iban desde 100 Ω a 10000 Ω, una fuente de voltaje AC/DC, dos multímetros análogos y un multímetro digital, cables conectores y un galvanómetro.
Esta es la continuación de la práctica anterior, por lo tanto, algunos procesos a realizar en esta serán similares a la práctica de construcción del voltímetro y será necesario hallar valores anteriormente calculados, como la corriente a plena escala o la resistencia interna del galvanómetro.
Parte 1: construcción amperímetro:
Para configurar un galvanómetro y conseguir que mida corriente, se debe conectar el amperímetro en serie con el equipo. Se conecta en serie porque así pasa la misma corriente a través de ellos, el problema con esto es que el galvanómetro se encuentra limitado y solo puede medir corrientes que soporte el dispositivo, para conseguir medir corrientes más grandes se debe conectar una resistencia (Rsh) en paralelo al galvanómetro para que lo proteja y desvíe una parte de la corriente. Para realizar esta parte de la práctica se armó el siguiente circuito:
Figura 1. Circuito 1.
Esta parte de la práctica consistía en medir la corriente del circuito contando las rayas que se desplazaba la aguja del galvanómetro, manteniendo un voltaje de 6V y variando el rango de la corriente en los valores de 10 mA, 15 mA y 20 mA. La resistencia interna del galvanómetro fue de 8.7 Ω y la resistencia a plena escala fue de 5.1 mA. Con estos datos se pueden calcular las resistencias shunt de cada rango de corrientes:
Una vez acomodados los valores de resistencia shunt en el reóstato, se obtuvieron los datos consignados en las siguientes tablas:
Tabla 1. Datos rango de corriente de 10 mA.
Tabla 2. datos rango de corriente 15.
Tabla 3. datos rango de corriente 20.
Parte 2: construcción óhmetro en serie
Para usar el galvanómetro como óhmetro, se debe conectar un resistor en serie con la fuente, de esta forma, la variación del galvanómetro de penderá de la resistencia que se desea medir.
Al usar el galvanómetro para medir resistencias se restringido por el valor de la resistencia en serie (Rl), la cual actúa como resistencia limitadora de corriente, que se coloca en paralelo con el galvanómetro, haciendo una función parecida a la resistencia shunt en la parte. Rl no puede permitir que entre al galvanómetro una corriente mayor que la corriente a plena escala. En el óhmetro en serie se encuentran los siguientes elementos: fuente de voltaje, resistencia limitadora y el galvanómetro.
En esta segunda parte y una vez calculado Rl y Rg, el circuito construido fue el siguiente:
Figura 2. Circuito 2 para la construcción del ohmetro.
Lo que se pretendía con este circuito era algo similar a la primera parte, que dependiendo la cantidad de rayas que avanzaba la aguja del galvanómetro, se determinara una resistencia Rx según lo arrojado por el dispositivo y
compararlo con el valor calculado mediante la fórmula:
Los resultados obtenidos se encuentran consignados en la siguiente tabla:
Tabla 4. datos obtenidos con la construcción del ohmetro.
RESULTADOS Y DISCUSION Parte 1:
1. Los errores encontrados en cada operación se encuentran en las siguientes tablas:
Tabla 5. Resultados obtenidos del galvanómetro para I=0 hasta I=10.
Tabla 6. Resultados obtenidos del galvanómetro para I=0 hasta I=15.
Tabla 7. Resultados obtenidos del galvanómetro para I=0 hasta I=20. 2. Datos del fabricante:
Figura 3. Datos del fabricante. Incertidumbres de medida del galvanómetro:
Tabla 1 primer dato:
Incertidumbres para el galvanómetro en la tabla 2 con el primer
dato:
Incertidumbres para el galvanómetro en la tabla 3 con el primer dato:
3. La ecuación de la corriente medida por el galvanómetro está definida por esta ecuación:
En donde:
I= corriente medida
n= número de rayas que se desplazó la aguja del galvanómetro N=número máximo de rayas que se puede desplazar el galvanómetro
Imáx= corriente cuando n=N
De esta ecuación, I es dependiente linealmente de n, o sea que la escala del amperímetro es lineal. Los valores de N e Imáx son constantes, por lo tanto, se convierte en una función lineal donde la pendiente es Imáx/N.
4. Para instalar correctamente, se debe revisar que tipo de corriente se está midiendo para así poder seleccionar el tipo de amperímetro (para AC o DC), al momento de conectar el equipo en el circuito se debe seleccionar un rango alto para evitar daños en el dispositivo y conectarse en el lugar correcto por donde pase la corriente que se desee medir.La mala conexión del amperímetro puede generar daños y resultados de medida erróneos.
5. La limitación con la que se puede encontrar al medir corrientes altas, es tener que utilizar la resistencia shunt, y si se debe medir una corriente muy alta, entonces el equipo que suministre la resistencia shunt deberá alcanzar valores muy altos para poder tomar la medida y no dañar el galvanómetro.
6. La resistencia ideal de un amperímetro es de 0 Ω, pues si el equipo de medida tiene resistencia, va a afectar al valor arrojado, debido a que la resistencia del dispositivo disminuirá la corriente que pasa por él.
parte 2:
1. El error de medida del óhmetro construido se encuentra consignado en la siguiente tabla:
Tabla 8. Error del óhmetro construido.
Figura 3. Rx calculado.
Con la gráfica se puede ver que no es una escala lineal, por lo tanto, debe ser construida punto a punto, la grafica indica que entre más rayas avance el galvanómetro, más pequeña será la resistencia, llegando a ser cero cuando n=N.
3. Teniendo en cuenta que los valores de Rx varían desde cero hasta infinito, lo mejor sería ir variando la escala desde k Ω hasta Ω para no perder precisión en los valores más bajos.
4. Se conecta la plancha a una toma de corriente, la corriente eléctrica circula por el elemento calefactor. La resistencia del elemento calefactor convierte la energía eléctrica en energía calorífica. El termostato controla la temperatura del elemento calefactor encendiéndolo y pagándolo según sea necesario. La suela de la plancha transfiere el calor a la ropa.
5. Las resistencias se fabrican con un código de colores que indica su valor óhmico. El código consiste en una serie de bandas de colores pintadas alrededor del cuerpo de la resistencia. Cada color representa un dígito o un multiplicador.
Para leer el código de colores se debe:
1. Identificar las bandas: La mayoría de las resistencias tienen 4 o 5 bandas. La primera banda, que corresponde al extremo izquierdo, significa el dígito más significativo del resistor. La segunda banda representa al segundo dígito más representativo. La tercera significa la potencia de 10 elevada al color correspondiente y multiplicado por el número obtenido de las dos anteriores. La cuarta banda (opcional) indica la tolerancia. La quinta banda (opcional) indica el coeficiente de temperatura.
2. Anotar el valor de cada banda: Consultar la tabla de colores para determinar el valor de cada banda.
3. Calcular el valor óhmico: Multiplicar los dos primeros dígitos por el multiplicador.
Tabla 9. Tabla de colores.
Ejemplo:
Una resistencia con las siguientes bandas: marrón, negro, rojo, dorado.
Marrón = 1 Negro = 0 Rojo = 2 Dorado = 0.01 Valor óhmico: 1000 Tolerancia: ±5%
CONCLUSIONES
Teniendo en cuenta las gráficas obtenidas tanto en la parte 1 como en la parte 2, se puede confirmar que los datos fueron tomados de forma correcta, pues, si bien no son iguales a los de la guía, conservan su forma lineal en la parte 1 y su forma no lineal en la parte 2.
• Se puede ver como el amperímetro construido es, en general, más preciso y presenta menos porcentaje de error que el óhmetro, pero también se observa que entre menor es la resistencia medida, menor es el error arrojado por el óhmetro. Con esto se puede concluir que el óhmetro armado puede ser utilizado para medir resistencias pequeñas y se puede confiar en que los valores son precisos.
• Si bien el galvanómetro es útil y se puede usar como herramientas de medida, se ve que no es muy preciso en todos los rangos, como lo puede llegar a ser un amperímetro o un óhmetro profesional, por lo tanto, en un ámbito laboral y donde se necesite una alta precisión sería mejor usar un equipo profesional destinado únicamente para ese proceso o solo usar el galvanómetro en escalas más pequeñas donde no va a presentar mucho error.
• para conseguir una mayor precisión con un galvanómetro se podría optar por uno con una resistencia interna más baja, pues así no interferiría tanto en los resultados finales.
BIBLIOGRAFÍA
(Galvanómetro, Amperímetro y Voltímetro, s/f)
Galvanómetro, Amperímetro y voltímetro. (s/f). Ipn.mx.
Recuperado el 21 de marzo de 2024, de https://www.academico.cecyt7.ipn.mx/recursos/basicas/fi sica/fisica4/unidad1/galvanometro.htm
(Ingenierizando, 2022)
Ingenierizando. (2022, marzo 22). Galvanómetro.
Ingenierizando.
https://www.ingenierizando.com/laboratorio/galvanometr o/
(R., 2017)
R., J. L. (2017, diciembre 31). VOLTIMETRO.
ComoFunciona. https://como-funciona.co/un-voltimetro/
(Wikipedia contributors, s/f)
Wikipedia contributors. (s/f). Galvanómetro. Wikipedia,
The Free Encyclopedia.
https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Galvan%C3%
B3metro&oldid=157795878
