PRÁCTICA DE LABORATORIO: MEDIDAS ELÉCTRICAS. LEY DE OHM.

Marco legal (Decreto 112/2007):

Tercer curso: Bloque 5. Electricidad y electrónica • Ley de Ohm. • Potencia y energía eléctrica. • Circuito en serie, paralelo y mixto. • Corriente continua y corriente alterna. • Estudio comparado. • Electromagnetismo. Aplicaciones: electroimán. Dinamo, motor de corriente continua, relé y

alternador. • Aparatos de medida: voltímetro, amperímetro y polímetro. Realización de medidas sencillas. • Montaje de circuitos característicos. • Introducción a la electrónica básica: la resistencia, el condensador, el diodo y el transistor.

Descripción de componentes y montajes básicos. • Valoración de los efectos del uso de la energía eléctrica sobre el medio ambiente. Resultados de aprendizaje: • Diseñar, simular y realizar montajes de circuitos eléctricos sencillos, en corriente continua,

empleando pilas, interruptores, resistencias, bombillas. • Saber utilizar correctamente las magnitudes eléctricas básicas, sus instrumentos de medida y su

simbología. • Ser capaz de montar un circuito electrónico sencillo empleando resistencias, a partir de un esquema

predeterminado. Objetivos: • Aprender a utilizar un polímetro para realizar medidas de diversas magnitudes eléctricas. • Comprobar la ley de Ohm y la ley de la asociación de resistencias en serie. • Comprobar el valor de la resistencia equivalente de una combinación de resistencias en serie. • Comprobar el valor de la resistencia equivalente de una combinación de resistencias en paralelo. • Comprobar el valor de la resistencia equivalente de una combinación de resistencias en serie-paralelo. • Distinguir, de acuerdo con el tipo de combinación, el valor máximo y mínimo de una combinación de

resistencias.

2ormas de laboratorio eléctrico:

1. No introducir alimentos y bebidas al taller.

2. En el laboratorio no se corre. Trabaja en tu puesto de trabajo y las prendas de ropa no se dejan encima de las mesas, se cuelgan en las perchas. Lleva al laboratorio solamente el cuaderno de prácticas, bolígrafo y calculadora si hace falta.

3. Recógete el pelo si lo tienes largo y utiliza guantes y gafas de seguridad cuando te lo diga el profesor.

4. Evitar el portar joyas en el taller, por ejemplo: cadenas, esclavas, etc.

5. Ser puntual al momento de comenzar la práctica.

6. Lee el guión atentamente, copia en tu cuaderno el guión de la práctica y antes de comenzar comprueba que tienes todo lo que te hace falta, no toques nada que no corresponda a tu práctica. Cuando comprendas lo que hay que hacer empieza a trabajar, no antes. En caso de duda pregunta al profesor.

7. Solicita el material que te falte al profesor. No lo busques por tu cuenta.

8. Procurar el orden en todo momento al realizar una práctica; y abandonar el taller una vez que se haya terminado la práctica.

9. Manejar los aparatos del taller con el mayor cuidado posible, siguiendo las indicaciones del maestro y de los alumnos asesores. Ten las manos limpias y secas. No manipules aparatos eléctricos con las manos mojadas.

10. Todos los alumnos deberán tratar con respeto a todas las personas que se encuentren en el taller y su radio de acción cercana, evitar decir palabras ofensivas.

11. Al finalizar comprueba que todo el material ha quedado limpio y en orden, los aparatos desconectados.

Fundamento teórico: Los polímetros son instrumentos que permiten realizar medidas de diversas magnitudes eléctricas. Para ello están dotados de diferentes circuitos eléctricos que seleccionamos dependiendo de la magnitud que queramos medir y del orden de magnitud de su valor. Aunque existe una gran variedad de modelos, los aspectos generales relacionados con su manejo son básicamente los mismos con independencia del instrumento concreto que estemos utilizando. La ley de Ohm nos da la relación que existe entre la tensión, intensidad y resistencia eléctrica en un conductor. Establece que la corriente I que circula por él es proporcional a la diferencia de potencial V entre sus extremos, siendo la constante de proporcionalidad el inverso de la resistencia del conductor:

R

VI = (1)

Por tanto, si dispusiéramos de una fuente de tensión V variable y representáramos gráficamente los valores de I medidos frente a los correspondientes valores de V, debemos obtener una recta cuya pendiente es 1/R.

Una conexión de resistencias en serie se caracteriza porque presenta un trayecto único de paso de corriente. Tal como se aprecia en la figura 1, la misma intensidad de corriente I circula a través de cada una de las resistencias R1 y R2 conectadas en serie. Llamemos Vab a la diferencia de potencial aplicada al conjunto de la asociación.

Figura 1

Se cumple que

Así pues,

es decir, la resistencia equivalente de una asociación de resistencias en serie es la suma de las resistencias

21 RRRs += (4)

Material: Se utilizarán resistencias de distintos valores, una fuente de tensión variable (pilas de distinto voltaje, en su defecto) , cables de conexión, panel de montaje y un polímetro digital. Presupuesto: El presupuesto es de 0 € ya que el centro dispone del material y los aparatos de medida necesarios.

)( . )R+R( I=V+V=V 2121ab 2

)( ,R+R

V=I

21

ab 3

I

a bR1 R2

V1 V2I

a bR1 R2

V1 V2

Montaje experimental y toma de medidas: 1. Medida de resistencias a) Conecte los terminales a las posiciones indicadas en el

polímetro para medir resistencias, es decir, una terminal debe estar conectada en “COM” (polaridad−) y la otra en “Ω” (polaridad +).

b) El selector debe señalar una posición bajo el indicativo

“Ω”. Los diferentes valores numéricos bajo el indicativo “Ω” representan las diferentes escalas, es decir, el valor máximo de resistencia que se puede medir en dicha posición. Para empezar seleccione la escala de 2MΩ.

c) Toque ahora con los terminales del polímetro los

extremos de una de las resistencias disponibles (que debe estar sin conectar a ninguna fuente) y anote el resultado que puede leer en la pantalla. Anote también la resolución del aparato y tómela como una estimación de la incertidumbre expandida de la medida.

d) Pase a continuación a una escala inferior con mayor resolución y repita la medida. Repita este paso

hasta llegar a una escala con un valor numérico inferior al valor de la resistencia. Nunca debe emplearse una escala menor pues se corre el riesgo de dañar el instrumento.

e) Determine el valor de la resistencia utilizando el siguiente código de color estándar adoptado por los

fabricantes. De acuerdo con dicho código las bandas de color han de interpretarse de la siguiente manera: − La primera banda es la más próxima a uno de los extremos. Si hay 4 bandas será más fácil identificar la última pues siempre será oro o plata.

− El color de la primera franja indica la primera cifra significativa de la resistencia. − El color de la segunda indica la segunda cifra significativa. − El color de la tercera indica el factor multiplicador. − El color de la cuarta indica la tolerancia o incertidumbre expandida.

Factor Multiplicador Tolerancia % Cifras significativas Color

1 10 100 1000 10.000 100.000 106

10 10 10 0,1 0,01 -

- - - - - - - - - - 5 10 20

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 - - -

Negro Marrón Rojo Naranja Amarillo Verde Azul Violeta Gris Blanco Oro Plata

Sin color

2. Medida de diferencia de potencial (tensión) a) Conecte la resistencia a la fuente de tensión,

concretamente a las entradas azul y roja donde puede leerse 100 mA y gire el mando regulador de la tensión hacia la izquierda hasta la posición 1.2

b) Conecte los terminales a las posiciones indicadas en el polímetro para medir tensiones: “COM” y “V”.

c) Coloque el selector en una posición bajo el indicativo “V” (corriente continua). Elija para comenzar la escala más grande.

d) Conecte las terminales del polímetro a cada extremo de la resistencia (conexión en paralelo), de forma que el terminal que sale del “COM” contacte con el punto más cercano al borne negativo de la fuente. Anote el valor que indica la pantalla. De acuerdo con el manual de instrucciones del polímetro, la incertidumbre expandida de la medida se calculará con la siguiente tabla

DC VOLTAJE Rango Incertidumbre expandida 200 mV 0,5% de la lectura + 2⋅resolución 2 V 0,5% de la lectura + 2⋅resolución 20 V 0,5% de la lectura + 2⋅resolución 200 V 0,5% de la lectura + 2⋅resolución 1000 V 0,8% de la lectura + 2⋅resolución

e) Repita el apartado anterior bajando paulatinamente de escala sin llegar a utilizar nunca una escala

inferior al valor de la tensión en la resistencia. 3. Medida de intensidades

a) Desconecte el polímetro de la resistencia. Sitúe ahora sus terminales en las posiciones: “COM” y “mA”.

b) Coloque el selector bajo el indicativo “A” (corriente continua). Elija para comenzar la escala más grande.

c) Abra el circuito del montaje anterior, por ejemplo desconectando de la resistencia el cable unido al borne negativo de la fuente. Conecte el extremo libre que ha quedado de dicho cable al terminal del polímetro unido al “COM”. Conecte el otro terminal del polímetro al extremo libre de la resistencia, de esta forma el amperímetro estará colocado en serie con la resistencia y circulará por él justo la intensidad de corriente que se desea medir. Anote el valor que indica la pantalla. Para el cálculo de la incertidumbre expandida utilice la siguiente tabla que proporciona el fabricante

DC I2TE2SIDAD Rango Incertidumbre expandida 200 µA 1% de la lectura + 2⋅resolución 2 mA 1% de la lectura + 2⋅resolución 20 mA 1% de la lectura + 2⋅resolución 200 mA 1,5% de la lectura + 2⋅resolución

d) Repita el apartado anterior reduciendo cada vez la escala de intensidad hasta donde sea posible.

4. Asociación de resistencias y medida de intensidad. Asociación en serie

a) Mida con el polímetro las 3 resistencias R1, R2 y R3 siguiendo el método especificado en el punto 1 de este guión.

b) Mire de nuevo la figura 1 del guión y después conecte en serie las resistencias con un cable. Mida ahora con el polímetro la resistencia total de la asociación Rs.

c) Construya el circuito completo de la figura 1 conectando a la fuente el conjunto de las dos resistencias en serie. La conexión a la fuente debe hacerse de nuevo a la entrada donde se lee 100 mA. El mando regulador de la tensión se coloca aproximadamente hacia la mitad de su recorrido. Mida las diferencias de potencial V1, V2, y Vab .

d) Mida la corriente I. ASOCIACIÓ2 PARALELO

ASOCIACIÓ2 MIXTA

TEÓRICO PRÁCTICO IR1 IR2 IR3 IT

TEÓRICO PRÁCTICO IR1 IR2 IR3 IT

TEÓRICO PRÁCTICO IR1 IR2 IR3 IT

2ombre y Apellidos____________________________________________

RESULTADOS Y CUESTIO2ES

1. Medidas de resistencia

Escala R±U(R)

Valor más preciso: R = Incertidumbre relativa: Ur (R) = Código de colores

Banda 1 2 3 4 Color

Según el código de colores: R = Tolerancia= , U(R)= 2. Medidas de diferencia de potencial

Escala V±U(V)

Valor más preciso: V = Incertidumbre relativa: Ur (V) = 3. Medidas de intensidad

Escala I±U(I)

Valor más preciso: I = Incertidumbre relativa: Ur (I) =

2ombre y Apellidos_____________________________________________

RESULTADOS Y CUESTIO2ES

4. Asociación de resistencias en serie

Asociación en serie

Asociación en paralelo

Asociación mixta

TEÓRICO PRÁCTICO IR1 IR2 IR3 IT

TEÓRICO PRÁCTICO IR1 IR2 IR3 IT

TEÓRICO PRÁCTICO IR1 IR2 IR3 IT