galvanometro guia

TAREA DE PREPARACIN

UNIVALLE 1 2/22/2014

2. INSTRUMENTOS DE MEDICIN ELCTRICA

TAREA DE PREPARACION

Nombre Estudiante: ___________________________ Cdigo: ___________ Plan: _____

Fecha: ____________________

Lea cuidadosamente la base terica dada en la gua y con ayuda del estudio de la

bibliografa conteste las siguientes preguntas y entrguelas a su profesor antes de empezar

la prctica.

1. Cules son los parmetros de un galvanmetro que van a determinar la mxima

corriente que puede circular por l?

2. De acuerdo con el circuito de la figura 1.2 , con el interruptor abierto, asumiendo que

circula la corriente necesaria para desviacin a escala plena maxI con 1iR R deduzca la expresin para el voltaje dado por la pila:

max max maxg iV I R I R

3. Si en el circuito de la figura 1.2 se cierra el interruptor, asumiendo que se ajusta

2iR R para que circule por el galvanmetro la corriente necesaria para desviacin a

escala plena maxI deduzca la expresin:

1

0g

02 R

RR

RR

4. La corriente necesaria para desviacin a escala plena de un galvanmetro cuya

resistencia interna es de 750 Ohmios es de 200 microamperios. Si se desea medir a

escala plena 2 mA, cul debe ser el valor de la resistencia Shunt? Cul es la

resistencia neta del circuito?

5. Qu es un voltmetro? Se dice que su resistencia interna debe ser muy grande. Muy

grande con respecto a qu?

6. Qu es un ampermetro? Se dice que su resistencia interna debe ser muy pequea. Muy

pequea con respecto a qu?

7. Cules son las magnitudes fsicas que Ud. va a medir en este experimento?

GUIAS DE PRCTICAS DE ELECTROMAGNETISMO

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1. OBJETIVOS

Conocer el principio de funcionamiento del galvanmetro como instrumento de

medicin elctrica

Usar el galvanmetro como instrumento para medir corrientes y diferencias de

potencial.

2. MODELO TERICO

El galvanmetro D'Arsonval usado en los instrumentos de medicin elctrica se basa

en el hecho de que una espira de alambre presenta en presencia de un campo magntico un

torque cuando circula una corriente por ella. Este torque magntico es contrarrestado por

un torque elstico de un resorte con constante elstica de torsin K, el cual deflecta una

aguja unida a ella sobre una escala de medida. La deflexin de la aguja es proporcional a

la corriente en el galvanmetro. La figura 1.1 presenta un esquema de un galvanmetro de

este tipo. En un galvanmetro ordinario requiere una corriente de 200 microamperios para

desviarse a escala plena; y tiene una resistencia interna (resistencia de la bobina mvil gR )

de 750 Ohmios. Para medir corrientes mayores se emplea una resistencia colocada en

paralelo con la bobina llamada resistencia shunt de tal manera que por la bobina solo

circula una fraccin de la corriente total.

Como la espira posee una resistencia fija gR , la deflexin de la aguja debe ser

proporcional a la cada de potencial en ella, por lo cual podemos usar el galvanmetro

como un instrumento para medir diferencias de potencial o voltajes, voltmetro. Para esto

debemos montar un circuito que conecte en serie la bobina con una resistencia de tal modo

que la corriente que circule por el circuito y por el galvanmetro sea proporcional a la

diferencia de potencial.

A veces se considera un ampermetro ideal capaz de incluirse en un circuito para medir

corrientes sin producir ninguna cada de tensin. Esto significa que un ampermetro ideal

tendra una resistencia nula. Un voltmetro ideal no debe extraer ninguna corriente al

circuito, por lo tanto debe tener resistencia infinita. Los instrumentos de medida reales

NUNCA alcanzan estas situaciones ideales.

El galvanmetro se caracteriza por su resistencia gR y una constante K la cual mide la

cantidad de corriente necesaria para desviar la aguja a una divisin en la escala usada para

la medida por lo tanto sus unidades de medida son Ampere / divisin.


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2.1 Medidas de gR y K del Galvanmetro

Para las medidas de gR y K se utiliza el circuito de la figura 1.2. La resistencia gR

nos representa la resistencia interna del galvanmetro, y iR una resistencia variable; 0R es

una resistencia de valor fijo, pero se puede conectar y desconectar al circuito a travs de un

interruptor. es la fuente de poder variable, V, el voltaje ledo entre los bornes d la fuente de poder por un voltmetro digital.

Figura 1.1: Elementos de un galvanmetro

Para un valor de 1iR R dado, con la resistencia 0R desconectada, cuando circule

la corriente necesaria para desviacin a mxima escala maxI , el voltaje entre los bornes de

salida de la fuente de poder ser maxV y de acuerdo con la ley est dada por la expresin:

max max max

max

g iV I R I R

I KN

(1.1)

Cuando conectamos la resistencia 0R , la corriente a travs de gR disminuye, por

lo cual para este nuevo circuito se tiene de acuerdo con las leyes de Kirchhoff que:


4

max

0

'

'

g g i

g

V I R I R

I I I

0 0 0g gI R I R (1.2)

Figura 1.2: Esquema de un circuito para la determinacin de la resistencia interna del

galvanmetro gR y la constante K del resorte.


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donde ahora MAXg II y, por lo cual la aguja del galvanmetro no tendr la mxima

deflexin. Podremos hacer que MAXg II si cambiamos el valor de iR a un nuevo valor

que llamaremos 2R . Con estas condiciones y combinando las ecuaciones (1.1) y (1.2) se

tiene que:

1

0g

02 R

RR

RR

(1.3)

2.2 Uso del Galvanmetro como un Voltmetro

Considrese un galvanmetro con una escala de N divisiones, la corriente que

desva la aguja a escala plena posee un valor de KNI g , el voltaje correspondiente a este

valor de corriente ser ggg RIV .

Cmo medimos voltajes mayores a Vg ?

En la figura 1.3 se muestra una resistencia VR en serie con el galvanmetro G, la

cada de potencial entre los extremos a y b, abV , produce una corriente en el galvanmetro

igual a KN, luego la combinacin en serie de la resistencia VR y el galvanmetro acta

como un voltmetro cuyo valor mximo en la escala es abV . Es decir cuando la diferencia

de potencial entre los puntos a y b sea igual a abV , la aguja se desviar a escala plena y

corresponder al valor de corriente gI .

Figura 1.3 Conexin del galvanmetro G y Rv para ser usados como voltmetro

De esta forma:

I KNV

R R

ab

v g

(1.4)

Resolviendo la anterior ecuacin se tiene que:

RV

KNRv

ab

g (1.5)

Esta ltima expresin se puede utilizar para calcular el valor de la resistencia VR ,

conociendo parmetros KN y gR para una escala del voltmetro hasta el valor abV .


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2.3 Uso del Galvanmetro como un Ampermetro

La aguja del galvanmetro adquiere su mxima deflexin cuando la corriente que

circula por l es KNI g . La pregunta que nos hacemos ahora es Cmo podemos medir

corrientes mayores que la corriente gI ? Para hacer esto podemos ubicar una resistencia

pequea AR en paralelo con el galvanmetro G, vase la figura 1.4. La corriente I pasa

por el punto c y se divide en dos corrientes, una corriente gI que pasa por el galvanmetro

y otra corriente AI que pasa por la resistencia AR , de este modo la corriente Ag III .

Como gR esta en paralelo con AR la cada de potencial en ambas es la misma, es decir

AAgg RIRI . Cambiando ambas expresiones se tiene que:

IR I R RA g A g ( ) (1.6)

Entonces cuando KNI g la aguja del galvanmetro se habr deflectado

completamente y por lo tanto la corriente I ser igual a la corriente que circula entre los

puntos a y b, la cual ser el mximo valor que podremos medir sobre la escala. Podemos

determinar el valor de la resistencia AR conocidos el mximo valor de corriente que

deseamos medir I , K, N y gR a partir de la ecuacin 1.6, lo cual nos da:

Figura 1.4 Conexin del Galvanmetro G y RA para ser usado como ampermetro.

R

KNR

I KNA

g

(1.7)

Ya que el ampermetro se coloca en serie esto causa que el circuito original se deba

alterar lo menor posible lo cual se logra haciendo que la resistencia sea lo ms baja posible,

idealmente igual a cero.


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3. DISEO EXPERIMENTAL

3.1 Materiales y Equipos

1. Fuente de voltaje de 0V a 12 V; 0 - 2 Amperios (Phywe)

2. Resistencia variable en decadas (Phywe).Ver especificaciones de la caja de

resistencias.

3. Galvanmetro marca Uchida No 42826. Especificaciones: 10-6 Amp; 10-4 Volt.

4. Cables de conexin: 2 de 50cm rojos, 2 de 50cm negro, 1 de 50 cm azul, 2 de 20cm

caf.

5. Multmetro digital

6. Resistencia de 3.3l

7. Restato de 0 a 20 kOhm

3.2 Montaje

3.2.1 Para las medidas de gR y K del galvanmetro, se monta el circuito mostrado en la

figura 1.2.

3.2.2 Para la conversin del galvanmetro en voltmetro, se monta el circuito mostrado

en la figura 1.5.

3.2.3 Para la conversin del galvanmetro en ampermetro, se monta el circuito mostrado

en la figura 1.6.

Figura 1.5 Esquema del circuito para el uso del Galvanmetro (Rg) como voltmetro; V es

el voltmetro de calibracin


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Especificaciones de la caja de resistencias PeakTech3265 (PHYWE)

1. Selector de Rango.

2. Tomas de salida de

Resistencia

Nota: Nunca exceda la tensin mxima de entrada 250 V AC/DC.

Temperatura de funcionamiento: 0 C a 50 C (32 F a 122 F)


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Figura 1.6 Circuito para el uso del Galvanmetro (Rg) como ampermetro; A es el

ampermetro de calibracin y R un restato (0 a 20 kOhm) de seguridad que controla la

mxima corriente a circular.

4. Procedimiento y Anlisis

4.1 Medidas de gR y K del Galvanmetro

1. Escriba el nmero de divisiones N de la escala del Galvanmetro

2. Realice el montaje de la figura 1.2, con la resistencia 0R desconectada del circuito.

Ajuste la salida de corriente de la fuente , a un valor de 0.2 A. Ajuste la resistencia

variable iR , a un valor de 25000 ( el que le asigne el (la) profesor (a), que

llamaremos 1R .

3. Vare la salida de voltaje de la fuente hasta que el puntero del galvanmetro marque el

valor mximo en la escala. Escriba en la tabla 1.1 los valores de 1R y el voltaje de la

fuente medido con el voltmetro.

4. Conecte la resistencia de KR 3.30 . Vare el valor de la resistencia variable iR

hasta que nuevamente obtenga la mxima deflexin de la aguja en la escala del

galvanmetro; este nuevo valor de iR se llama 2R . Llvelo a la tabla 1.1.

5. Disminuya a cero el valor de la salida del voltaje de la fuente () y desconecte la

resistencia 0R .

6. Cambie el valor de iR a un nuevo valor que se diferencie en ms de 3000 del

anterior 1R , a los que el (la) profesor (a) le asigne. Repita los pasos 3, 4 y 5.

7. Repita los pasos 3,4 y 5 para tres valores diferentes de iR .


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8. Realice las grficas de V vs 1R y de 2R vs 1R . A partir de la pendiente de las curvas y

de acuerdo con las ecuaciones (1.1) y (1.3), obtenga los valores de gR y KN.

9. Cuales son los errores absolutos en la medida de los valores de gR e maxI del

galvanmetro?

4.2 Conversin del Galvanmetro en Voltmetro

1. Con ayuda de la ecuacin (1.5) determine el valor de VR para que a desviacin

mxima el voltaje abV a ser medido con el galvanmetro sea igual a 1V ( a los

valores que le indique su profesor (a).

2. Realice el montaje experimental de la figura (1.5). Coloque VR en el valor calculado

en el paso anterior.

3. Vare lentamente la salida de la fuente de voltaje, empezando desde cero, hasta

alcanzar el valor de 1V ledo con el voltmetro digital. Escriba el valor dado por el

voltmetro y el valor indicado por el galvanmetro en la tabla 1.2.

4. Si es necesario, vare VR hasta obtener la mxima desviacin de la aguja en el

galvanmetro. Cunto es la diferencia entre el valor calculado y el real?.

5. Repita el proceso para 2.0V, 4.0V y 6.0V ( los valores que le indique su profesor (a).

6. Tenga en cuenta el error al medir sus datos tanto con el galvanmetro como con el

voltmetro.

7. Explique por qu al disminuir el valor de VR aumenta la deflexin de la aguja del

galvanmetro?

8. A qu atribuye la diferencia entre los valores calculados con el galvanmetro y los

reales en la segunda parte de la prctica?

4.3 Conversin Del Galvanmetro Como Ampermetro

1. Por medio de la ecuacin 1.7 determine el valor de la resistencia AR para usar el

Galvanmetro como un ampermetro cuyo mximo valor de corriente sea de 0.1 mA,

el valor que su profesor (a) le indique.

2. Realice el montaje de la figura 1.6.

3. Vare lentamente la salida de la fuente de corriente, voltaje constante, empezando

desde cero, hasta alcanzar el valor dado en el paso 1 ledo en el ampermetro digital.

Escriba el valor dado por el ampermetro y el valor indicado por el galvanmetro en la

tabla 1.3.

4. Repita el paso anterior para 0,5 mA, 1 mA, 1.5 mA y 5 mA, los valores que su

profesor (a) le indique.

5. Tenga en cuenta el error al medir sus datos tanto con el galvanmetro como con el

ampermetro.

6. A qu atribuye la diferencia entre los valores ledos con el galvanmetro y con el

multmetro en la tercera parte de la prctica?


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BIBLIOGRAFA DE CONSULTA

[1] Fsica tomo II, R. A. Serway, cap. 28, 3ra

edicin. Editorial Mc. Graw Hill

[2] Fsica, Paul A Tipler, 4 edicin W.H. Freeman and co.

[2] Fsica Para Ciencias e Ingeniera, Tomo 2; Cap. 33 (Campo Magntico), Halliday -

Resnick, Editorial CECSA.


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TABLAS DE DATOS

Fecha: ____________________ Profesor: ______________________

Practica:___________________ Asistente:______________________

Nombres:__________________ Cdigo:__________ Plan:______________

__________________ __________ ______________

__________________ __________ ______________

Tabla 1.1. Medidas de Rg y K del Galvanmetro

Voltaje (Vmax) Resistencia R1() Resistencia R2 ()

25000

Nmero de divisiones en la escala del Galvanmetro N =

Resistencia R0 =

Pendiente m1= KN=

Pendiente m2= RG=

Tabla 1.2. Conversin del Galvanmetro en voltmetro

Voltaje a escala plena ( valores dados por el

profesor)

1V 2V 4V 6V

RV Calculado (Ohm)

Lectura sobre el galvanmetro (en divisiones)

RV experimental (desviacin a escala plena)

Margen de error absoluto

Margen de error relativo

Tabla 1.3 Conversin del Galvanmetro como ampermetro

Amperaje a escala plena ( valores dados por

el profesor)

0.5 mA 1,0 mA 1,5 mA 5 mA

RA Calculado (Ohm)

Lectura sobre el galvanmetro (en divisiones)

RA experimental (desviacin a escala plena)

Margen de error absoluto

Margen de error relativo

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