Labo-4-F3

8/16/2019 Labo-4-F3

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TEMA:

“DIVISOR DE TENSIÓN”

CURSO: Física III

PROFESOR:

INTEGRANTES:

• Korafi Aponte Esdras

• Ch!i"in I#arra Anthon$

• Re$es Sa"a%ar &ernan

• 'iro% (a)a"eta Pi"ar

• Marce"o Me*o Ser*io +,+-.++/

0.+,

UNI1ERSI2A2 NACIONA3 MA4OR 2E SAN

MARCOS

5Uni)ersidad de" Per67 2ECANA 2E AMERICA8

3A9ORATORIO 2E E3ECTRICI2A2 4 MAGNETISMO

8/16/2019 Labo-4-F3


Experiencia#4Divisor de Tensión

DIVISOR DE TENSIÓN

Experiencia N° 4

1. OBJETIVOS

Derivar pequeñas tensiones a partir de una tensión disponible.Determinar los valores de resistencias desconocidas, utilizando el Puente de

Wheaststone.Estudiar la versatilidad del circuito

puente.

2. MATERIALES

•

Puente Unifamiliar de Wheaststone

• Fuente de !D. ",# .

• $ablero de resistencias

• !one%iones

• !a&a de resistencias

• 'alvanómetro

•

(nterruptor

3. FNDAMENTO TEÓRI!O

Laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III

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El )Puente de Wheaststone* se utiliza cuando deseamos medir resistencias el+ctricas por

comparación con otras que estn calibradas.

-e instalan cuatro resistencias ", /, 0 1 2, tal como muestra la fi3ura ".

4os puntos 5 1 6 se unen a los polos 6 de una fuente de volta&e , uniendo los puntos ! 1D a trav+s de un 3alvanómetro '.

4as resistencias " 1 0, estn conectadas en serie, as7 como

tambi+n lo estn las resistencias / 1 2. Estas dos ramas estn conectadas en paralelo.

En el tipo de puente que se utiliza en esta e%periencia 8puente unificar9, las resistencias/ 1 2 son sustituidas por un alambre homo3+neo cil7ndrico de sección perfectamente

constante.

Un cursor que se desplaza sobre el puente hace las

veces del punto D. 5l cerrar el circuito con la llave -,

se ori3ina una corriente (: que la lle3ar al punto 5 se

bifurca en dos; Una parte pasa por la resistencia "

8corriente ("9 1 el resto a trav+s de la resistencia /

8corriente (/9.

Entonces se tiene;

( < (" = (/

En la fi3ura / se puede observar que la diferencia de potencial entre los puntos 5 1 6, es

com>n para las dos ramas; 4a rama formada por las resistencias " 1 0 1 la rama

formada por las resistencias / 1 2.


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-e consi3ue el equilibrio del puente dando un valor fi&o a ", 1 desplazando el cursor D

hasta que el 3alvanómetro marque cero, es decir, corriente nula.

En el equilibrio, la diferencia de potencial en " debe ser i3ual a la diferencia de potencial

en /: de la misma forma la diferencia de potencial en 0 debe de ser i3ual a la diferencia

de potencial en 2, es decir

" < / 1 0 < 2 ? 8"9

Por le1 de @hm;

(" % " < (/ % /... 8/9 1

(0 % 0 < (2 % 2... 809

Dividiendo 8/9 entre 809;

(" % " A (0 % 0 < (/ % / A (2 % 2... 829

Por condición de equilibrio; (" < (0 1 (/ < (2 ? 8#9

Entonces de 829 se toma la forma; "A0 < /A2 ? 8B9

0 < % < 82A/9 % " ? 8C9

4a resistencia de un conductor homo3+neo en función de su resistividad , esta dado

por la relación;

< % 84A59 ? 89

-i reemplazamos 89 en 8C9 obtenemos; % < 842A4/9 % " ? 89

!on este resultado podemos determinar fcilmente el valor de las resistencias

desconocida %.

4. "RO!EDIMIENTO

5rme el circuito de la fi3ura /. !onsidere una

resistencia " del tablero de resistencias 1seleccione otra resistencia % de la ca&a de

resistencias.

ar7e la posición de contacto deslizante D, a lo

lar3o del hilo hasta que la lectura del

3alvanómetro sea cero.


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5note los valores de lon3itudes del hilo 4/ 1 42 as7

como tambi+n el valor de " en la tabla ".

Utilizando la ecuación 89 halle el valor de la

resistencia %, lue3o comprelo con el valor que

indica la ca&a de resistencias 8d+cada9.

epita los pasos ", /, 0, 1 2 para otras

resistencias anotndolas en la tabla ".

!omplete la tabla ".

Caja de

resistenci

as

R1 (Ohm)

Longitud del hiloResistencia medida

(Ohm)

Porcentaje

de error

L2 (cm) L4 (cm)Con el

equipo

Código de

colores/GG "." ". 2B.B" 2C H /.0# G./ I

0GG C.G /".G C.C# / H 2." /.C2 I"0G #/.G 2.G "/G.GG "/G H B.G G.GG I

2GG ".# .# 0C."B 0 H ".# 2.C" I"GG C/.G /.G 0. 0 H ".# G./ I

#G #B." 20. 0."0 0 H ".# G.00 I

#. !ESTIONARIO

1. usti!ique la e"presión (4) utili#ando las le$es de %irchho!!.

-i la corriente que atraviesa el 3alvanómetro es i3ual a cero, esto implica que lospuntos ! 1 D estn a un mismo potencial entonces se puede calcular dicho potencialen función de .

5plicando divisor de tensiones tenemos;

!"

R2

R1+ R2 $ e % &'(

D"

R4

R3+ R4$ e % &)(

(3ualando 8"9 1 8/9;


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R2

R1+ R2

=

R4

R3+ R4

*) *+ , *) *4 *4 *' , *4 *)

*) *+ *4 *'

*'- *+ *)-*4

2. &Cu'les cree usted que han sido las posiles !uentes de error en la presentee"periencia

El puente Wheaststone se emplea ampliamente en las mediciones de precisión deresistencias desde " J hasta varios me3aohms. 4a principal fuente de errores demedición se encuentra en los errores l7mites de las tres resistencias conocidas. @troserrores pueden ser los si3uientes;

o -ensibilidad insuficiente en el detector de cero.

o El aumento de temperatura no sólo afecta la resistencia durante la medida, sino

que, las corrientes e%cesivas pueden producir un cambio permanente en elvalor de la resistencia. Esto puede obviarse 1 no ser detectado a tiempo 1 ñasmedidas subsecuentes resultar erróneas.

o !ambios en la resistencia de las ramas del puente debido a efectos de

calentamiento por la corriente a trav+s de las resistencias.o

4as fem t+rmicas en el circuito del puente o en el circuito de 3alvanómetropueden causar problemas cuando se miden resistencias de valor ba&o.o 4os errores debidos a la resistencia de los contactos 1 terminales e%teriores al

circuito puente intervienen en la medición de valores de resistencia mu1 ba&os.Estos errores se pueden reducir mediante el uso del puente Kelvin.

o Error de observación; 85l determinar el valor de cada banda de color9

o Lala lectura de las distancias del puente.

o Error de falta de calibración del 3alvanómetro 8esto impedir alcanzar el cero o

condición ideal para desarrollar nuestros clculos9.o Errores de clculo

*. &Cómo podr+a e,itar estas !uentes de error

o Es imposible afirmar, sin un clculo previo, cul 3alvanómetro ser ms

sensible en el circuito puente para la condición de desequilibrio. Estasensibilidad se calcula analizando el circuito puente para un pequeñodesequilibrio. 4a solución se obtiene al determinar el equivalente $h+venin delpuente de Wheaststone.


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o 4a disipación de potencia de las ramas del puente se debe calcular

previamente, en particular cuando se van a medir valores de resistencias ba&os1 la corriente debe ser limitada a un valor se3uro.

o Utilización de los 3alvanómetros ms sensibles que al3unas veces tienen

bobinas 1 sistemas de suspensión de cobre para evitar el contacto de metales

dis7miles 1 la 3eneración de FEL t+rmicas.

o El uso de un puente Melvin para reducir los errores de medición de resistencias

mu1 ba&as.

o $ambi+n se pueden evitar teniendo cuidado al tomar los datos, verificar que el

3alvanómetro efectivamente se encuentre indicando que no e%iste paso decorriente: que las distancias tomadas sean lo ms precisas 1 si es posible,a1udarse con un )multitester* para disminuir el error por lectura del códi3o decolores.

4. -"plique d. qu/ condiciones !+sicas e"isten cuando no pasa corriente por elgal,anómetro.

!omo se observó, cuando no circula corriente por el 3alvanómetro, entonces, entre lospuntos a 1 b del circuito e%iste la misma diferencia de potencial, es decir, cero.F7sicamente, al estar los puntos a 1 b al mismo potencial el+ctricamente constitu1en unmismo punto dentro del circuito, 1 por la confi3uración que muestra la fi3ura, " 1 0

as7 como / 1 N se encuentran respectivamente en paralelo, dos a dos. 5l estar estospares de resistencias en paralelo, sus ca7das de tensión son i3uales, por tanto, como laintensidad del 3alvanómetro es nula, la intensidad de corriente en /, es i3ual a ",entonces, por el principio de equilibrio, en ambos ramales la ca7da de tensión es i3ualal producto de las corrientes que pasan por cada una de las resistencias, es i3ual a;

R1 (01) R* (02) $ R2 (0* ) R (04)

5 partir de estas ecuaciones se puede 1a determinar el valor de la resistenciadesconocida en función de las otras cu1o valor se conoce.

3. &Cu'les son los !actores que in!lu$en en la precisión del puente de heaststoneal tratar de conocer el ,alor de una resistencia desconocida &Por qu/

4a medición de la resistencia desconocida % es independiente de las

caracter7sticas o de la calibración del 3alvanómetro detector de cero, puestoque el detector de cero tiene suficiente sensibilidad para indicar la posición deequilibrio del puente con el 3rado de precisión requerido.

Por el contrario, el valor de la resistencia desconocida %, depende de los

valores de /, 0, ", por lo que el factor que influ1e en el valor deseado, es laprecisión del valor de las resistencias, 1 estas a su vez dependen del tipo deinstrumentos utilizados en su medición.

Por tanto, se obtendr una ma1or precisión en el valor de %, si los instrumentos

utilizados para medir los valores de las otras resistencias 1 el volta&e aplicado


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son lo ms confiable posible. @bviamente, utilizar instrumentos di3italesme&oran la precisión.

6. &Cu'l ser+a la m'"ima resistencia que se podr+a medir con el puente de

heaststone

4a m%ima resistencia que puede medirse con el circuito tipo puente es dependientede los valores de las resistencias obtenidas por las distancias en el hilo de micron, elcual se debe medir 8en lon3itud9, esto es;

R R1 (L2)

L1

De esta ecuación, se desprende que para que el valor de la resistencia N lo3re su

valor m%imo, el valor de " debe ser lo ms 3rande posible, 1 que a su vez, el valor de 4/ 1 4" deben ser lo ms 3rande 1 ms pequeño posible respectivamente, 1 1a que;

R P (L)

5

-e deduce entonces que los valores de 4/ 1 4" son directamente proporcionales a ladistancia medida en el hilo de tun3steno, esto es, cuando ma1or sea dicha lon3itud,ma1or ser la resistencia del mismo.$odo lo anterior se cumple desde el punto de vista matemtico, 1a que desde el punto

de vista f7sico, debemos e%presar que el valor del volta&e que entre3a la fuente debeser relativamente alto, en tanto que los valores de las resistencias no deben e%ceder un determinado ran3o, 1a que de ser el valor de N mu1 3rande, +ste puede actuar dentro del circuito como un aislante, de modo que el circuito quede abiertoel+ctricamente.

!uando es necesario medir resistencias mu1 altas 8arriba de "GMJ9, el m+todo delpuente de Wheaststone se vuelve mu1 dif7cil por razones t+cnicas, siendo la m%imaresistencia que puede calcular "GGMJ.

6. &Por qu/ circula corriente por el gal,anómetro cuando el puente no est' encondiciones de 7equilirio8

-abemos que el puente esta balanceado o en equilibrio cuando la diferencia depotencial a trav+s del 3alvanómetro es G de forma que no ha1 paso de corriente atrav+s de +l. Por lo tanto sino esta en equilibrio e%iste una diferencia de potencial atrav+s del 3alvanómetro ori3inando que flu1a corriente a trav+s de +l.

8. ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de usar el

puente? ¿Por qué?


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Las VENTAJAS que nos da el uso del puente de Wheaststone es que nos permitemedir resistencias desconocidas con una 3ran precisión. Oo es necesario utilizar otrosm+todos para hallar el valor de la resistencia desconocida, basta sólo con saber elvalor de las otras tres.

Las DESVENTAJAS , son que es dif7cil medir resistencias pequeñas en un puente de

Wheaststone normal debido a los volta&es termoel+ctricos que se 3eneran en lasuniones de los metales distintos 1 a los efectos t+rmicos propios del calentamiento.$ambi+n, si % es 3rande, la corriente de fu3a en el aislamiento el+ctrico puede ser comparable a la corriente que circula por las ramas del circuito puente.

$. !ON!LSIONES % RE!OMENDA!IONES

!ON!LSIONES&

El puente de Wheaststone permite averi3uar el valor de resistencias por

comparación con otras tres resistencias.

-e debe tener en cuenta que por el 3alvanómetro no debe pasar la mas m7nima

intensidad de corriente o sino el circuito no tendr validez.

El puente de ilo es similar al puente de Wheaststone con la diferencia de que

solo necesitamos conocer una resistencia.

4a eficacia del circuito Puente de ilo depender de la ma3nitud de la

resistencia a conocer 1 del 3rado de e%actitud de la re3la que usa el puente.

4a e%perimentación por medio de la re3la con el hilo, nos demuestra que para

determinar el valor de una resistencia cualquiera en función de este hilo,depende directamente de la lon3itud recorrida por la re3la, la cual esdirectamente proporcional a su vez a la resistencia del hilo. Esta resistividadaumenta cuando la re3la avanza hacia la derecha 85umenta la lon3itud9, 1disminu1e cuando va hacia la izquierda 8menor lon3itud9.

RE!OMENDA!IONES

Para cada valor de la resistencia problema se dispondr de tantos resultados

como resistencias patrón disponible. -e deben combinar todos ellos para obtener un valor ms preciso


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El valor del volta&e que entre3a la fuente debe ser relativamente alto, en tanto que

los valores de las resistencias no deben e%ceder un determinado ran3o.

!omo parte de la presente e%periencia, ser7a recomendable que se realizar la

implementación de circuitos o adaptaciones que permitan aplicación prctica delpuente diseñado, tal como un puente rectificador de diodos para fuentes de

alimentación, de capacitores para radiofrecuencia, etc.

5s7 mismo ser7a recomendable realizar comparaciones entre los instrumentos de

medición realizados por medio del puente diseñado 1 los de uso comercial, talcomo un amper7metro analó3ico, as7 como con uno di3ital.


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