PRÁCTICA: ASOCIACIÓN DE RESISTENCIAS EN SERIE Y EN

PRÁCTICA 1: MEDIDAS ELÉCTRICAS. LEY DE OHM.
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.
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:
I
V
R
(1)
Por tanto, si dispusiéramos de una fuente de tensión V variable y representaramos 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.
Se cumple que
a
R1
R2
b
V2
V1
I
Figura 1
V ab = V 1 +V 2 = I ( R1 + R2 ) .
(2)
Así pues,
I=
V ab
,
R1 + R2
( 3)
es decir, la resistencia equivalente de una asociación de resistencias en serie es la suma de las
resistencias
(4)
Rs  R1  R2
Material: Se utilizarán dos resistencias, una fuente de tensión variable, cables de conexión y un polímetro
digital.
1
Método experimental:
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 “” (polaridad +).
b) El selector debe señalar una posición bajo
el indicativo “”. Los diferentes valores
numéricos
bajo el indicativo “”
representan las diferentes escalas, es decir,
el valor máximo de resistencia que se
puede medir en dicha posición. Para
empezar seleccione la escala de 2M.
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
1
10
100
1000
10.000
100.000
106
10
10
10
0,1
0,01
-
Tolerancia %
5
10
20
Cifras significativas
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-
2
Color
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
2V
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
3
DC INTENSIDAD
Rango Incertidumbre expandida
200 A 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. Ley de Ohm
a) Con el fin de variar la tensión de la fuente, gire ahora el mando de la tensión hacia la derecha hasta la
posición que marca la siguiente línea negra. Repita las medidas de diferencia de potencial e intensidad.
Recuerde que el voltímetro debe colocarse en paralelo mientras que el amperímetro siempre debe
ir en serie. Anote solo el resultado obtenido en la escala óptima donde la resolución es máxima.
b) Vuelva a realizar la operación anterior hasta que el mando llegue al extremo derecho de su recorrido
donde marca 12. Deberá completar un total de siete medidas de tensión e intensidad.
5. Asociación en serie
a) Mida con el polímetro las dos resistencias R1 y R2
siguiendo el método especificado en el punto 1 de
este guión.
b) Conecte en serie las dos resistencias con un cable
(cable azul de la imagen derecha). Mida ahora con el
polímetro la resistencia total de la asociación, Rs (sin
conexión a la fuente).
c) Construya el circuito completo de la figura 1,
conectando a la fuente el conjunto de las dos
resistencias en serie, tal como se muestra en la
imagen de la derecha. 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.
Prepare el voltímetro y mida las diferencias de
potencial V1 , V2, y Vab , colocándolo en paralelo a
los elementos R1,R2 y Rs respectivamente.
d) Prepare el amperímetro e insértelo en serie, tal como se muestra en la foto inferior. Mida la corriente I.
4
Nombre y Apellidos____________________________________________ Grado ___________
Grupo___________
RESULTADOS Y CUESTIONES
1. Medidas de resistencia
Escala
R
Valor más preciso: R =
Incertidumbre relativa: Ur (R) =
Código de colores
Banda
Color
Resolución
±
1
2
3
Según el código de colores: R =
Tolerancia=
, U(R)=
2. Medidas de diferencia de potencial
Escala
Valor más preciso: V =
Incertidumbre relativa: Ur (V) =
V
Resolución
del voltímetro
I
Resolución
del amperímetro
U(V)
±
3. Medidas de intensidad
Escala
Valor más preciso: I =
Incertidumbre relativa: Ur (I) =
±
5
U(I)
4
Nombre y Apellidos_________________________________________________ Grado___________
Grupo___________
RESULTADOS Y CUESTIONES
4. Ley de Ohm
a) Medidas de tensión e intensidad:
V (V)
I (mA)
b) Represente en papel milimetrado las medidas de intensidad frente a la tensión.
c) Obtenga la recta de regresión que mejor ajusta este conjunto de medidas y represéntela también
en la gráfica anterior.
d) La experiencia realizada ¿confirma la ley de Ohm? Justifique la respuesta a partir del valor del
coeficiente de correlación obtenido.
e) Calcule el valor de la resistencia a partir de la pendiente de la recta de regresión.
5. Asociación de resistencias en serie
a) Medidas directas:
- Valores de las resistencias utilizadas:
R1 =
±
R2 =
±
- Resistencia equivalente:
Rs =
±
- Diferencias de potencial:
V1=
±
V2=
±
Vab=
±
- Intensidad de corriente: I =
±
b) Medidas indirectas: utilizando las ecuación (3), calcule el valor de la intensidad de corriente I y
compárelo con el resultado de la medida directa.
c) Realice un esquema del circuito donde aparezcan un voltímetro convenientemente situado para medir
V1, y un amperímetro que mida I.