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Instrumentos de Medición
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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