Practica #1

 

Instituto Tecnológico de Tijuana

Ingeniería en Nanotecnología

 

= Practica #1 =

 

 

Materia.- Tópicos de Ingeniería y Tecnología I

 

Maestro.- Jorge Carlos Ríos

 

 

 

Alumnos.-

Francisco Figueroa Mendoza

Martin Fernando Ochoa Rodríguez

Ernesto Alonso Raygoza López

 

 

 

23 de Febrero del 2011.

 

 

= Objetivo =

    Familiarizarse con el instrumento de medición más utilizado en circuitos electrónicos, el milímetro digital y con base a la experimentación de esta práctica se entenderán los conceptos de voltajes y corrientes de un circuito, obteniendo sus valores a través del instrumento de medición y deduciendo como se obtienen estos valores en los circuitos realizados.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= Marco Teórico =

 

Voltaje es la magnitud física que, en un circuito eléctrico, impulsa a los electrones a lo largo de un conductor. Es decir, conduce la energía eléctrica con mayor o menor potencia. Voltaje y voltio son términos en homenaje a Alessandro Volta, que en 1800 inventara la pila voltaica y la primera batería química.

 

El voltaje es un sinónimo de tensión y de diferencia de potencial. En otras palabras, el voltaje es el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo eléctrico sobre una partícula para que ésta se mueva de un lugar a otro. En el Sistema Internacional de Unidades, dicha diferencia de potencial se mide en voltios (V), y esto determina la categorización en "bajo" o "alto voltaje".

 

Un voltio es la unidad de potencial eléctrico, fuerza electromotriz y voltaje. Algunos voltajes comunes son el de una neurona (75 mV), una batería o pila no recargable alcalina (1,5 V), una recargable de litio (3,75 V), un sistema eléctrico de automóvil (12 V), la electricidad en una vivienda (230 en Europa, Asia y África, 120 en Norteamérica y 220 algunos países de Sudamérica), el riel de un tren (600 a 700 V), una red de transporte de electricidad de alto voltaje (110 kV) y un relámpago (100 MV).

 

El término "alto voltaje" caracteriza circuitos eléctricos en los cuales el nivel de voltaje usado requiere medidas de aislamiento y seguridad. Esto ocurre, por ejemplo, en sistemas eléctricos de alto nivel, en salas de rayos X, y en otros ámbitos de la ciencia y la investigación física. La definición de "alto voltaje" depende de las circunstancias, pero se consideran para determinarlo la posibilidad de que el circuito produzca un "chispazo" eléctrico en el aire, o bien, que el contacto o proximidad al circuito provoque un shock eléctrico. Un shock eléctrico de magnitud aplicado a un ser humano u otros seres vivos puede producir una fibrilación cardíaca letal. Por ejemplo, el golpe de un relámpago en caso de tormenta sobre una persona a menudo es causa de muerte.

 

 

Multímetro a veces también denominado polímetro o tester, es un instrumento de medida que ofrece la posibilidad de medir distintos parámetros eléctricos y magnitudes en el mismo aparato. Las más comunes son las de voltímetro, amperímetro y óhmetro. Es utilizado frecuentemente por personal en toda la gama de electrónica y electricidad.

• MULTIMETRO ANALOGO: Se trata de un instrumento de medición electrónico. Es predecesor de los multímetros digitales, y la diferencia radica en el modo de presentar la información al usuario. En los multímetros analógicos, la magnitud medida era presentada mediante un dial graduado, y una aguja que sobre él se desplazaba, hasta obtenerse así la lectura
  

 

• MULTIMETRO DIGITAL: En cambio, en los multímetros digitales, la magnitud medida se presenta como un valor, un número, en un display como el de una simple calculadora, o reloj; o sea, mediante la composición de números en decodificadores de siete segmentos.
  

CARACTERÍSTICAS DE LOS MULTÍMETROS

El Multímetro se utiliza para medir diferentes acciones de los electrones en los componentes eléctricos y electrónicos. Con este instrumento tú podrás medir "resistencia", "corriente", y "tensión eléctrica".

1: Se presentan en una caja protectora, de tamaño no mayor de 25 pulgadas cúbicas.
2: Proveen dos terminales cuya polaridad se identifica mediante colores: Negro (-) y Rojo (+).
3: En las medidas de corriente directa (CD), la polaridad de los terminales debe ser observada para conectar apropiadamente el instrumento. Esta precaución no es necesaria para las medidas de corriente alterna (ca).
4: Poseen una llave selectora para elegir el tipo de medida a realizar. Están diseñados para hacer medidas de "resistencia", "corriente", y "tensión eléctrica" .
5: La medida de precaución más importante es que en las medidas de tensión y corriente se debe observar las escalas. Es conveniente utilizar siempre la escala mayor en la primera medida, luego la corregimos si es necesaria

 

 

Ley de Ohm
afirma que la corriente que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la tensión e inversamente proporcional a la resistencia siempre y cuando su temperatura se mantenga constante.

La ecuación matemática que describe esta relación es:

Donde, I es la corriente que pasa a través del objeto en amperios, V es la diferencia de potencial de las terminales del objeto en voltios, y R es la resistencia en ohmios (Ω). Específicamente, la ley de Ohm dice que la R en esta relación es constante, independientemente de la corriente.

Esta ley tiene el nombre del físico alemán Georg Ohm, que en un tratado publicado en 1827, halló valores de tensión y corriente que pasaba a través de unos circuitos eléctricos simples que contenían una gran cantidad de cables.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= Desarrollo =

 

 

1. De acuerdo al código de colores, seleccione tres resistencias de 1 K Ohm y mida el valor de cada una de ellas utilizando el Multímetro. Obtenga sus conclusiones.
   

   
    

2. Apriete fuertemente con la punta de los dedos de cada mano las puntas del multímetro y mida la resistencia de su cuerpo. Considerando que una corriente de 100 a 200 mA a través del corazón puede matar a una persona. ¿Qué voltaje de corriente directa aplicado sobre sus manos puede resultar mortal? (Recuerde que V=RI).
   

   
    

   
    

3. La tensión de 120 V AC que se obtiene de las tomas caseras, ¿Se refiere a voltaje RMS, promedio, pico, o pico a pico? ¿El multímetro despliega lectura RMS, promedio, pico, pico a pico? Verifique en forma práctica con una de las tomas del laboratorio utilizando el multímetro.
   

   
    

4. Ley de Ohm: Arme el siguiente circuito de la figura 1. La fuente de tensión es de 10V, los valores de R1 Y R2 escogerlos diferentes por equipo.
   

   
    

   1. Desconecte la fuente de alimentación y mida con el óhmetro la resistencia equivalente vista desde la fuente.
      
   2. Mida los voltajes a través de las resistencias, V1 Y V2 y la corriente I1, compruebe que sea la corriente total que pasa por el circuito.
      
   3. ¿Qué puede concluir al medir la resistencia equivalente vista desde la fuente (inciso a)? ¿A que es igual la suma de V1 Y V2?
      

      
       

      
       

5. Conecte en paralelo las resistencias con la fuente del circuito de la figura 1.
   

   
    

   1. Desconecte la fuente de alimentación y mida con el óhmetro la resistencia equivalente vista desde la fuente.
      
   2. Mida las corrientes a través de las resistencias y su voltaje. Compruebe que la suma de las corrientes a través de las resistencias es igual a la corriente total generada por la fuente.
      

      
       

      
       

6. Arme el circuito de la figura 2
   
   1. Nuevamente, desconecte la fuente del circuito y mida con el óhmetro. ¿Es la resistencia equivalente igual a la calculada?
      
   2. Mida y calcule la corriente y voltaje a través de cada resistencia.
      

 

 

 

 

 

 

 

= Resultados y análisis =

 

 

 

1. De acuerdo al código de colores, seleccione tres resistencias de 1 K Ohm y mida el valor de cada una de ellas utilizando el Multímetro. Obtenga sus conclusiones.
   

   Valores de cada una de las resistencias:
   

• R1= .698kΩ
  
• R2=1.246kΩ
  
• R3=.800MΩ
  

El valor de las resistencias no siempre es el valor teórico y siempre hay variaciones.

 

1. Apriete fuertemente con la punta de los dedos de cada mano las puntas del multímetro y mida la resistencia de su cuerpo. Considerando que una corriente de 100 a 200 mA a través del corazón puede matar a una persona. ¿Qué voltaje de corriente directa aplicado sobre sus manos puede resultar mortal? (Recuerde que V=RI).
   

   Valores de los integrantes del equipo:
   

• Ochoa----0.698kΩ
  
• Raygoza---1.246MΩ
  
• Figueroa---.800MΩ
  

Ochoa     V=(680Ω)(.100A)$ V=69.8V   V=(698)(.2A) V=139.6V

Raygoza     V=(1246Ω)(.100A)$ V=124.6V   V=(1246)(.2A) V=249.2V

Figueroa     V=(800Ω)(.100A)$ V=69.8V V=(800)(.2A) V=160V

 

1. La tensión de 120 V AC que se obtiene de la toma casera, ¿Se refiere a voltaje RMS, promedio, pico, o pico a pico? ¿El multímetro despliega lectura RMS, promedio, pico, pico a pico? Verifique en forma práctica con una de las tomas del laboratorio utilizando el multímetro.
   

   Varía ya que la corriente siempre esta variando y el voltaje observado en el toma corriente del laboratorio no es igual que el teórico en nuestro caso obtuvimos un valor de 126.4 Volts
   

 

 

1. Ley de Ohm: Arme el siguiente circuito de la figura 1. La fuente de tensión es de 10V, los valores de R1 Y R2 escogerlos diferentes por equipo.
   

   
   

   
    

   1. Desconecte la fuente de alimentación y mida con el óhmetro la resistencia equivalente vista desde la fuente.
      

      Los valores medidos en el multímetro son los respectivos de la imagen
      

      
       

   2. Mida los voltajes a través de las resistencias, V1 Y V2 y la corriente I1, compruebe que sea la corriente total que pasa por el circuito.
      

      El valor de las resistencias del circuito son 4.17 Volts para la resistencia de 510Ω y de 6.28Volts para la resistencia de 680Ω
      

      El valor de la corriente fue de 6.96A
      

      
       

   3. ¿Qué puede concluir al medir la resistencia equivalente vista desde la fuente (inciso a)? ¿A que es igual la suma de V1 Y V2?
      

      Al valor de la R_T y el V_T
      

      
       

2. Conecte en paralelo las resistencias con la fuente del circuito de la figura 1.
   

   
   

   1. Desconecte la fuente de alimentación y mida con el óhmetro la resistencia equivalente vista desde la fuente.
      

      Los valores de la resistencia equivalente
      

      
       

      
       

      
       

   2. Mida las corrientes a través de las resistencias y su voltaje. Compruebe que la suma de las corrientes a través de las resistencias es igual a la corriente total generada por la fuente.
      

      Al medir las corrientes se obtuvo la misma corriente para ambas resistencias ya que están en una configuración paralela.
      

      
       

3. Arme el circuito de la figura 2
   

   
   

   1. Nuevamente, desconecte la fuente del circuito y mida con el óhmetro. ¿Es la resistencia equivalente igual a la calculada?
      

      La resistencia equivalente es de
      

      Rt=.346kΩ
      

      La resistencia calculada fue de:
      

      Rt=304.98
      

      La corriente es de It=7.06
      

   2. Mida y calcule la corriente y voltaje a través de cada resistencia.
      

2.306Volts	4.19A 6.71Volts
5.78ª 3.469Volts	5.78A 4.76Volts
6.60 A 5.516Volts

 

 

 

 

 

= Conclusión =

 

 

 

Se puede decir que en esta práctica se demostró que algunos de los datos que se usan comúnmente solamente son valores estandarizados o idealizados, que en la práctica se deben de analizar con sumo cuidado al crear un circuito.

Se demostró cómo se aplica la ley de ohm y lo que conlleva, al analizar mallas y circuitos eléctricos resaltados en algunos de los ejercicios de la práctica, como en el paso 5 y 6 donde se aplica para determinar valores teóricos y valores calculados al aplicar cierta carga, esto para realizar un análisis profundo y no tener dificultades al tener el circuito cuando se pueda aplicar en un caso real.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= Bibliografía =

 

http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_ley_ohm/ke_ley_ohm_1.htm

 

http://www.electronica-basica.com/circuito-electronico.html

 

http://www.profesorenlinea.cl/fisica/Tecnologia/CIRCUITOS_ELECTRICOS.htm

 

http://www.slideshare.net/larrymen/el-multmetro-presentation

 

http://www.mastermagazine.info/termino/7158.php

 

 

 

 

Tarea#3 (Voltímetro, Amperímetro, Ohmetro)

= Voltímetro =

Un voltímetro es aquel aparato o dispositivo que se utiliza a fin de medir, de manera directa o indirecta, la diferencia potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico. 

Se usa tanto por los especialistas y reparadores de artefactos eléctricos, como por aficionados en el hogar para diversos fines; la tecnología actual ha permitido poner en el mercado versiones económicas y al mismo tiempo precisas para el uso general, dispositivos presentes en cualquier casa de ventas dedicada a la electrónica.

Los voltímetros, en esencia, están constituidos de un galvanómetro sensible que se conecta en serie a una resistencia extra de mayor valor. A fin de que durante el proceso de medición no se modifique la diferencia de potencial, lo mejor es intentar que el voltímetro utilice la menor cantidad de electricidad posible. Lo anterior es posible de regular con un voltímetro electrónico, el que cuenta con un circuito electrónico con un adaptador de impedancia.

Para poder realizar la medición de la diferencia potencial, ambos puntos deben encontrarse de forma paralela; quiere decir que se encuentre en derivación sobre los puntos de los cuales queremos realizar la medición, el voltímetro debe contar con una resistencia interna lo más alta que sea posible, de modo que su consumo sea bajo, y así permitir que la medición de la tensión del voltímetro se realice sin errores. 

Para poder cumplir con este requerimiento, los voltímetros que basan su funcionamiento en los efectos electromagnéticos de la corriente eléctrica, poseen unas bobinas con hilo muy fino y de muchas espiras, a fin de que, aún contando con una corriente eléctrica de baja intensidad, el aparato cuente con la fuerza necesaria para mover la aguja.

Ya es posible encontrar en el mercado voltímetros digitales, los que cumplen las mismas funciones que el aparato tradicional, pero contando con las nuevas tecnologías. Por ejemplo, este tipo de aparatos cuentan con características de aislamiento bastante considerables, para lo que utilizan circuitos de una gran complejidad, en lo que respecta a su comparación con el voltímetro tradicional.

= Amperímetro =

Es un aparato o instrumento que permite medir la intensidad de corriente eléctrica, presentando directamente sobre su escala calibrada las unidades empleadas para ello denominadas amperios o bien fracciones de amperios, la medida deseada.

Su utilización es muy amplia ya que con independencia de su propia aplicación directa de medida, también se emplea como base para la construcción de otros instrumentos, como voltímetros, óhmetros, etc. 

Su funcionamiento está basado en uno de los principios fundamentales del electromagnetismo que en su forma más simple nos indica que cualquier corriente eléctrica pasa porun hilo conductor produce un campo magnético alrededor del mismo (similar al campo magnético de un imán),cuya fuerza depende de la intensidad de la corriente que circule.

Amperímetros de bobina móvil:

Está formado como su nombre indica, por una bobina circular de hilo conductor colocada sobre un pivote colocado sobre el centro de la misma, de forma que puedas girar sobre el. Todo el conjunto está situado dentro del campo magnético de un imán fijo. Al circular una corriente eléctrica por la bobina, en esta se creará una fuerza magnética de manera tal que se producirá un fenómeno de atracción o repulsión con respecto al imán, y la bobina girará sobre el pivote.El movimiento de la bobina está controlado por unos resortes que sirven también para la entrada y salida de la corriente a través de ellos.

          El amperímetro de bobina móvil puede usarse solamente con corriente continua, ya que la corriente alterna haría mover la bobina rápidamente en ambos sentidos.

Amperímetros de hierro móvil:

Al igual que el anterior descripto, está formado por una bobina por la que circula la corriente que produce el campo magnético. 

Pero, en este caso, la bobina es fija y no hay imán fijo que cause su giro. En su lugar, se fija un trozo de hierro a la bobina y otro unido a una aguja móvil sobre un pivote. 

Cuando circula corriente por la bobina, ambos trozos de hierro se transforman en imanes por el efecto magnético de la corriente y mutuamente se repelen, sin importar el sentido de dicha corriente. En este caso se utiliza un resorte para controlar el movimiento de la aguja.

La magnitud de la fuerza de repulsión y por consiguiente la amplitud del movimiento de la aguja dependen de la cantidad de corriente que circula por la bobina.

En este modelo de amperímetro no importa el sentido de la corriente que circula, por lo tanto, puede usarse para corriente continua y corriente alterna indistintamente.

Ampliación del fondo de escala de un amperímetro: Se dijo anteriormente que el alcance de todo instrumento puede ser ampliado. En el caso del amperímetro se emplea, a tal fin, un dispositivo llamado “shunt” (en inglés, derivación), Este permite que sólo atraviese la bobina móvil del instrumento, aquella corriente que el mismo puede tolerar.

Un shunt está conformado por una resistencia de precisión de valor óhmico menor que el presentado por la bobina móvil del instrumento, permitiendo, de esta forma, que la otra porción de corriente no tolerada, pase a través de el.

        Las características del shunt dependen del rango de medida que se necesite y que viene determinado en la escala del amperímetro, por lo tanto, para cambiar la escala de medida de un instrumento, bastaría cambiar el shunt ya que la bobina sería la misma.

        La siguiente ecuación ejemplifica la fórmula para hallar el valor que debe presentar la resistencia shunt:

Rp = Rg . [Ig : (Im – Ig)]

Donde:

Rp = valor de la resistencia shunt.

Rg = resistencia del instrumento

Este valor es habitualmente conocido y de lo contrario, fácilmente calculable.

Ig = fondo de escala original del instrumento.

Im = corriente que quiere medirse.

= OHMETRO =

Se compone de una pequeña batería para aplicar un voltaje a la resistencia bajo medida, para luego mediante un galvanómetro medir la corriente que circula a través de la resistencia.

          La escala del galvanómetro está calibrada directamente en ohmios, al ser el voltaje de la batería fijo, la intensidad circulante a través del galvanómetro sólo va a depender del valor de la resistencia bajo medida, esto es, a menor resistencia mayor intensidad de corriente y viceversa.

Existen también otros tipos de óhmetros más exactos y sofisticados, en los que la batería ha sido sustituida por un circuito que genera una corriente de intensidad constante I, la cual se hace circular a través de la resistencia R bajo prueba. Luego, mediante otro circuito se mide el voltaje V en los extremos de la resistencia. De acuerdo con la ley de Ohm el valor de R vendrá dado por:

R =V/I

Para medidas de alta precisión la disposición indicada anteriormente no es apropiada, por cuanto que la lectura del medidor es la suma de la resistencia de los cables de medida y la de la resistencia bajo prueba. Para evitar este inconveniente, un óhmetro de precisión tiene cuatro terminales, denominados contactos Kelvin. Dos terminales llevan la corriente constante desde el medidor a la resistencia, mientras que los otros dos permiten la medida del voltaje directamente entre terminales de la misma, con lo que la caída de tensión en los conductores que aplican dicha corriente constante a la resistencia bajo prueba no afecta a la exactitud de la medida.