Laboratorio de Física II

Profa. Lismarihen Larreal de Hernández 1

PRÁCTICA Nº 1. INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

OBJETIVO

Describir las características y funcionamiento del equipo de laboratorio de uso común

en el laboratorio de física II.

FUNDAMENTO TEÓRICO

La importancia de los instrumentos de medición es incalculable, ya que por medio de

ellos se pueden medir y registrar magnitudes de carácter eléctrico, como corriente y

potencial, o las características eléctricas asociadas a los principales elementos de

circuitos, como la resistencia, la capacitancia y la inductancia. Además que permiten

localizar, de manera indirecta, las causas de una operación defectuosa en el

componente eléctrico de dispositivos en los cuales no es posible apreciar su

funcionamiento en una forma visual, como en el caso de un aparato mecánico.

A continuación, se presentan las definiciones básicas relacionadas con algunas

magnitudes físicas y sus respectivos instrumentos de medición eléctrica, así como la

descripción y funcionamiento de éstos y otros equipos.

Carga eléctrica

Es una de las propiedades fundamentales de las partículas que constituyen la materia,

y es la responsable de la atracción o repulsión entre los cuerpos cargados

eléctricamente.

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Corriente eléctrica

Carga neta que fluye a través de la sección trasversal de un conductor por unidad de

tiempo. La unidad de corriente en el sistema internacional (SI) es el Amperio (A).

Resistencia eléctrica

Para un conductor eléctrico representa la razón entre la diferencia de potencial aplicada

entre sus extremos y la intensidad de corriente que circula por él. Su unidad en el

sistema internacional (SI) es el ohmio (Ω). Las resistencias se pueden clasificar como

fijas y variables.

a. Resistencias Fijas

Se utilizan para el control de corrientes en las cuales la resistencia tiene que mantener

valores constantes. Son fabricadas de diferentes materiales, formas y tamaños. El

símbolo empleado para representarla dentro del esquema de un circuito es el mostrado

en la figura 1.1:

Figura 1.1. Símbolo para representar una resistencia fija.

En las resistencias más grandes, el valor del resistor se imprime directamente en el

cuerpo del mismo, pero en los más pequeños no es posible. Para poder obtener con

facilidad el valor de la resistencia se utiliza el código de colores.

En el código de colores se pintan unas bandas de colores sobre la superficie del

resistor. Cada color representa un número que se utiliza para obtener el valor final del

mismo. Los colores y sus respectivos valores se indican en la Tabla 1.1.

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Tabla 1.1. Código de Colores

Color 1era y 2da

Banda

3era Banda

(Factor Multiplicador)

4ta Banda

(Tolerancia)

Negro 0 100 ---

Marrón 1 101 ---

Rojo 2 102 ±2%

Naranja 3 103 ±1%

Amarillo 4 104

Verde 5 105 ±0.5%

Azul 6 106 ±0.25%

Violeta 7 107 ±0.19%

Gris 8 108 ---

Blanco 9 109 ---

Dorado --- 10-1 ±5%

Plateado --- 10-2 ±10%

Sin Color --- --- ±20%

En el código de colores las dos primeras bandas indican las dos primeras cifras del

valor del resistor, la tercera banda el factor multiplicador y la cuarta banda la tolerancia

de la misma. En la figura 1.2, se indica un ejemplo.

Figura 1.2. Resistencia con su código de colores.

Primera Cifra

Segunda Cifra

Multiplicador

Tolerancia

Primera Cifra

Segunda Cifra

Multiplicador

Tolerancia

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En el ejemplo mostrado en la figura 1.2, donde la primera banda es roja, la segunda

negra, la tercera naranja y la cuarta dorado, al aplicar el código de colores indicado en

la tabla Nº 1.1, se obtiene un valor de resistencia de 320 10 5% .

b. Resistencias Variables

En muchas ocasiones existe la necesidad de modificar la resistencia en un circuito, para

adaptarlo a las condiciones de funcionamiento que se desean. Dentro de este tipo de

resistencias variables se encuentren los reóstatos, potenciómetros y las décadas o

cajas de resistencias.

Reóstato

Dispositivo de dos terminales que sirve para modificar la intensidad de la corriente en

un circuito. Consiste en un alambre enrollado sobre un material aislante, con las espiras

y un cursor que se desliza por un eje paralelo al núcleo. Con este instrumento es

posible variar la resistencia de un circuito y de esta manera, es posible aumentar o

disminuir según se desee, la intensidad de la corriente en dicho circuito. Tiene un valor

máximo, especificado por el fabricante y un valor mínimo (generalmente 0Ω).

Figura 1.3. Reóstato.

Potenciómetro

Dispositivo de tres terminales cuyo valor varía al girar un eje o al desplazar un cursor

o contacto móvil. Esta acción añade más o menos material a la resistencia,

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modificando el valor de esta desde cero (0 Ω) hasta un valor máximo, que aparece

indicado en el potenciómetro. Cuanto más largo sea el hilo (generalmente de cobre)

que forma la resistencia, mayor será el valor de esta. Normalmente, los

potenciómetros se utilizan en circuitos de poca corriente. Para circuitos de corrientes

mayores, se utilizan los reóstatos, que pueden disipar más potencia.

Figura 1.4. Potenciómetro.

Décadas o cajas de Resistencias

Permite variar la corriente de un circuito y además conocer rápidamente el valor de la

resistencia variable. Cada década está formada por una perilla que consta de diez

posiciones, que va desde 0 hasta 9 resistencias iguales conectadas en serie. Cuando

se asocian varias de estas décadas en serie, la resistencia de cada una de ellas se

hace variar en factores de 1 , 10 , 100 , 1000 , etc., de acuerdo al factor

multiplicador que tenga indicado la década.

Figura 1.5. Caja o Década de Resistencias.

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Fuentes de Alimentación o Fuentes de Poder

Permiten suministrar las diferencias de potencial eléctrico necesarias para la

experimentación. De acuerdo al tipo de corriente que puedan suministrar las fuentes se

clasifican en: fuentes de corriente continua (DC) y fuentes de corriente alterna (AC).

También existen fuentes capaces de suministrar ambos tipos de voltajes, las cuales se

denominan fuentes de alimentación universal.

La fuente DC mostrada en la figura 6 consta de las siguientes partes:

1. Interruptor de Alimentación: sirve para proveer la energía a la fuente.

2. Control grueso de Ajuste de Voltaje: sirve para graduar en forma aproximada la

salida de voltaje seleccionada.

3. Control fino de Ajuste de Voltaje: Gradúa en forma precisa la salida de voltaje

deseada.

4. Ajuste grueso de Corriente: Gradúa en forma aproximada la corriente deseada.

5. Ajuste fino de Corriente: Gradúa en forma precisa la corriente deseada.

6. Bornes de Salida: el borne positivo es de color rojo y el negativo de color negro, el

borne indicado GND va conectado a la tierra de la instalación eléctrica del

laboratorio, a través del cable de alimentación.

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Figura 1.6. Fuente de alimentación DC.

Multímetro Digital

Es un instrumento electrónico de medición que se utiliza para medir voltaje, resistencia

y corriente, aunque dependiendo del modelo de multímetro puede medir otras

magnitudes como capacitancia y temperatura. Gracias al multímetro se puede

comprobar el correcto funcionamiento de los componentes y circuitos electrónicos.

Cuando se le utiliza para medir voltaje se llama voltímetro, para medir corriente

amperímetro y para medir resistencia óhmetro.

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Figura 1.7. Multímetro Digital.

A continuación se describen las partes y funciones de un multímetro.

1. Power: Botón de apagado-encendido.

2. Display: Pantalla de cristal líquido en donde se muestran los resultados de las

mediciones.

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3. Llave selectora del tipo y rango de medición: Esta llave nos sirve para seleccionar el

tipo de magnitud a medir y el rango de la medición. Los números y símbolos que

rodean la llave selectora indican el tipo y rango que se puede escoger, como el

voltaje directo y alterno, la corriente directa y alterna, la resistencia, prueba de diodos

y continuidad.

4. Cables rojo y negro con punta: El cable negro siempre se conecta al borne negro,

mientras que el cable rojo se conecta al borne adecuado según la magnitud que se

quiera medir.

5. Borne de conexión negativo: Aquí siempre se conecta el cable negro con

punta.

6. Borne de conexión para el cable rojo con punta para mediciones de

voltaje (V) y resistencia.

7. Borne de conexión para el cable rojo con punta para medición de miliamperes (mA).

8. Borne de conexión para el cable rojo con punta para medición de amperes (A).

Para realizar mediciones con el multímetro, éste puede conectarse en serie o en

paralelo con el elemento a medir, dependiendo de si se va a utilizar como voltímetro,

amperímetro u óhmetro. A continuación se detalla cada caso.

Para medir un voltaje, colocamos el cable negro en su respectivo borne (COM) y el

rojo en el borne correspondiente al voltaje (V). A continuación la llave selectora debe

posicionarse en el tipo de voltaje (AC o DC) y seleccionar el rango de medición. El

multímetro debe estar conectado en paralelo con el elemento a medir (+ del elemento

con terminal V y – del instrumento con el terminal COM).

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Figura 1.8. Conexión del Voltímetro.

El procedimiento para medir una resistencia es bastante similar al de medir voltajes.

El multímetro (óhmetro) se conecta en paralelo en las terminales de la resistencia a

medir, luego se coloca el selector en la posición de ohmios y en la escala apropiada

al tamaño de la resistencia que se desea medir. Si no se sabe cuántos ohmios tiene

la resistencia a medir, empezar colocando el selector en la escala más grande, e ir

reduciendo la escala hasta encontrar la que dé más precisión sin salirse de rango.

Debe tenerse en cuenta, que al momento de conectar el óhmetro a la resistencia,

ésta NO debe de tener aplicada ninguna diferencia de potencial, es decir, las fuentes

de alimentación deben de estar apagadas o desconectadas.

Figura 1.9. Conexión del Óhmetro.

El proceso para medir intensidades de corriente es diferente, puesto que el

amperímetro se conecta en serie con el elemento del circuito al cual se le desea

conocer su corriente. Por esto, para medir corrientes se debe abrir el circuito, es

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decir, desconectar algún cable para intercalar el amperímetro en medio, con el

propósito de que la intensidad de corriente circule por dentro del mismo. Para medir

una intensidad, se abre el circuito en cualquiera de sus puntos, y se configura el

multímetro adecuadamente (cable rojo en el borne de amperios o miliamperios y el

cable negro en el borne común COM) y a continuación la llave selectora debe

posicionarse en el tipo de corriente (AC o DC) y seleccionar el rango de medición.

Una vez que el circuito esté abierto y el multímetro bien configurado, se procede a

cerrar el circuito usando para ello el amperímetro, es decir, colocaremos cada cable

del mismo en cada uno de los dos extremos del circuito abierto (respetando la

polaridad para el caso de DC), con ello se cerrará el circuito y la intensidad de

corriente circulará por el interior del multímetro para ser leída.

Figura 1.10. Conexión del Amperímetro.

MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS

Fuente de alimentación DC.

Multímetro digital.

Potenciómetro de 33 Ω.

Resistores de carbón.

Década de resistencias.

Cables para conexiones.

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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Resistencias Fijas

1. Realice la lectura del valor nominal y del valor medido de cada una de las

resistencias entregadas por el profesor, utilizando el código de colores y el óhmetro

respectivamente. Registre los resultados en la tabla 1.2.

Tabla 1.2

Resistencias

1 2 3 4

1era Banda

2da Banda

3era Banda

4ta Banda

Valor Nominal (Ω)

Tolerancia (Ω)

Valor Medido (Ω)

2. De acuerdo a las lecturas registradas en la tabla 1.2, indique si las resistencias

medidas cumplen con las especificaciones del fabricante.

Resistencias Variables

Caja de Resistencias (Resistencias en Décadas)

1. Seleccione cuatro valores diferentes de resistencias y complete la tabla 1.3.

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Tabla 1.3

Resistencias

1 2 3 4

1era Perilla

2da Perilla

3era Perilla

4ta Perilla

Valor Nominal (Ω)

Tolerancia (Ω)

Valor Medido (Ω)

2. De acuerdo a las lecturas registradas en la tabla 1.3, indique si las resistencias

medidas cumplen con las especificaciones del fabricante.

Potenciómetro

1. Instale el circuito mostrado en la figura 1.11, utilizando un potenciómetro de 33 Ω y

fije la fuente de voltaje en 5 voltios (calibrando la fuente a máxima corriente). Fije el

cursor del potenciómetro en la mitad de su recorrido.

Figura 1.11. Esquema de un potenciómetro.

A B

E C D

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2. Mida los voltajes indicados en la tabla 1.4.

Tabla 1.4

ABV CDV DEV CEV

3. Con base a la experiencia anterior, ¿Cómo podemos saber utilizando el multímetro

que el cursor está exactamente en el centro? ¿Qué relación existe entre los voltajes

medidos?

4. Coloque el voltímetro entre los puntos CD y mueva el cursor D entre los puntos C y

E , observando la pantalla del voltímetro. ¿Para qué posición del cursor D el voltaje

es mínimo y para qué posición el voltaje es máximo?

5. De acuerdo a lo observado anteriormente, si colocamos un voltaje fijo de 10 voltios

entre los puntos A y B ¿será posible obtener a través del cursor D y un punto fijo

del potenciómetro, un voltaje comprendido entre 0 y 10 voltios? Razone su

respuesta. Explique cómo conectaría el multímetro para obtener dicho valor.

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6. Con los resultados obtenidos utilizando las resistencias fijas y variables, complete la

siguiente tabla.

Tabla 1.5

Etapa Descripción

Análisis de Resultados

Resistencias Fijas conectadas en serie y en paralelo

1. Realice la lectura del valor real y nominal usando el óhmetro y el código de colores

de las resistencias entregadas por el Profesor, registre las lecturas en la tabla 1.6.

Tabla 1.6

Valor Nominal Valor Medido

1R

2R

3R

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2. Realice el montaje del circuito mostrado en la figura 1.12 y complete la tabla 1.7.

3. Dibuje en cada caso cómo colocó en multímetro para medir los voltajes y corrientes

indicados.

Figura 1.12. Circuito Serie.

Tabla 1.7

Voltaje Medido Corriente Medida

1R

2R

3R

4. Realice el montaje del circuito mostrado en la figura 1.13 y complete la tabla 1.8.

Figura 1.13. Circuito Paralelo

__V Voltios

1R 2R 3R

__V Voltios

1R

2R

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Tabla 1.8

5. Dibuje en cada caso cómo colocó en multímetro para medir los voltajes y corrientes

indicados.

6. De acuerdo a los resultados obtenidos con los circuitos serie y paralelo, complete la

tabla 1.9.

Tabla 1.9

Etapa Descripción

Análisis de Resultados

Voltaje Medido Corriente Medida

1R

2R