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Informe de: Medición de voltaje y corriente DC....

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MEDICIÓN DE VOLTAJE CON FUENTES DC UTILIZANDO UN MULTÍMETRO CON PROTEUS Ferrer Pineda Eduardo E., Mengual García Arnold E., Noriega Barros Hernán E. Universidad del Atlántico Ciencias Básicas Física 30/08/2016

Resumen La presente práctica realizada tiene como principal propósito la introducción a los diferentes instrumentos de medición, como lo son el voltímetro y el amperímetro. Para ello se realizó un montaje en el software Proteus 8 professional, el cual estuvo compuesto por resistencias de distintos valores, cables de conexión y una fuente DC. Donde con el uso de un instrumento de medición (voltimetro) se estimó el voltaje y con la ayuda de un amperímetro se determinó la corriente en los nodos del circuito eléctrico como también el de los elementos que conformaba dicho circuito, la experiencia se repitió cambiando el voltaje de la fuente y haciendo las respectivas mediciones.

Palabras claves: Fuente DC, resistencia, multímetro, protoboard.

Abstract This practice carried out in the laboratory of electronics Atlantic University has as main purpose the introduction to the different measuring instruments, such as the voltmeter and ammeter. For this purpose an assembly composed of a breadboard, resistors of different values, connection cables and a DC source was performed. Where using a measuring instrument (meter) the voltage and current is estimated at the nodes of the electrical circuit as well as the elements that made up the circuit, the experiment was repeated by changing the source voltage and making the respective measurements.

Keywords: Dc source, resistor, Multimeter, breadboard.

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1. Introducción Los circuitos eléctricos son utilizados en los aparatos eléctricos que utilizamos todos los días en nuestra vida cotidiana. Muchos de estos circuitos son muy complejos, como otros que son muy fáciles de entender e interpretar y disponen de una gran variedad de elementos que en conjunto, hacen funcionar equipos tales como electrodomésticos u otros aparatos. Nuestro objetivo primordial en la presente experiencia es ser capaces de armar circuitos en serie, paralelo y la combinación de esto (mixto) con el software Proteus 8 Professional, identificando propiedades de corriente y voltaje que se dan en cada tipo de conexión, al mismo tiempo aprender a utilizar de mejor manera el programa anteriormente mencionado.

2. Discusión Teórica Resistencia: Elemento que se opone al paso de la carga eléctrica en un circuito, su función principal es la de controlar o limitar el paso de la corriente y distribuir la tensión adecuada en cada punto del circuito. Las resistencias están construidas de grafito, de película metálica o de alambre, se dividen en resistencias fijas y variables. Su unidad de medida es el ohmio (Ω). Al final del presente informe se presenta una tabla la cual muestra el código de colores de las resistencias de carbón.

Figura 1. Representación esquemática de un resistor. Imagen tomada de: http://juan-lopez-rueda.blogspot.com.co/p/circuitosresistivos.html

Fuentes de voltaje DC: Son fuentes que generan voltajes constantes, es decir, invariantes en el tiempo, también son conocidas como fuentes de corriente continua. Algunas fuentes de voltaje DC permiten ajustar su voltaje de salida; a estas, se les conoce como fuentes de voltaje DC variables. Multímetro análogo (tester): Instrumento compuesto por un voltímetro DC y AC, amperímetro DC y AC, y medidor de resistencias (ohmímetro). En él debe seleccionarse el tipo de variable a medir, al igual que la escala apropiada, con una perilla o selector. Sus terminales están identificados como +VΩA (rojo) y COM (negro). Rangos de corrientes y voltajes muy altos tienen conectores independientes. Para medir diferencia de potencial (voltaje), el circuito no se cambia: el voltímetro se conecta en paralelo con el componente del circuito. Tal como lo presenta la siguiente imagen la cual fue hecha en Proteus 8 Professional

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Figura 2. Forma de medir el voltaje de un elemento en un circuito. Imagen realizada en el software Proteus 8 Professional.

En este caso se está midiendo el voltaje en la resistencia R1.

Para medir intensidad de corriente, el circuito debe abrirse para permitir que el amperímetro se conecte en serie. Tal como lo muestra la siguiente imagen la cual fue hecha en Proteus 8 Professional

Figura 3. Forma de medir corriente de un elemento en un circuito. Imagen realizada en el software Proteus 8 Professional.

En este caso se está midiendo el flujo de corriente que pasa por la resistencia R1.

3. Métodos Experimentales La experiencia se llevó acabo con la creación de los circuitos en la aplicación Proteus 8 professional, se usaron varios elementos que esta misma brinda para trabajar, alguno de estos fueron: Fuente de voltaje DC, Voltímetro, Amperímetro, Multímetro, Resistencia variable y Juego de resistencias. Con estos elementos se elaboró el montaje que se ilustra en las figura 4, 5, 6, 7, 8 y 9, también nos permitió hacer algunas mediciones particulares.

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Figura 4. Circuito de tres resistencias en serie alimentado con una fuente variable.

Figura 5. Circuito de tres resistencias en serie alimentado con una fuente de 110V.

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Figura 6. Medición del voltaje en cada elemento.

Figura 7. Medición del voltaje en cada elemento con la fuente invertida.

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Figura 8. Circuito abierto.

Figura 9. Medición de la corriente en cada elemento.

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4. Análisis de Resultados y Discusión Las tablas que verán a continuación son los resultados obtenidos del montaje elaborado en Proteus 8 Professional.

Medición de voltaje Parte A

NODO Potencial

V1 110

V2 103

V3 68.7

V0 0.00

UNIDAD Voltio

Tabla 1. Voltaje de los nodos obtenido a partir de la medición con el multímetro tomando como referencia el nodo cero.

En la tabla 1 podemos apreciar los datos obtenidos al medir las caídas de voltaje en los diferentes nodos, donde todos estos fueron tomados con respecto a un nodo de referencia (nodo 0).

Parte B

Nodo ELEMENTO ΔVCALCUL.

V1-V0 FUENTE 110

V2-V1 R1 -7

V3-V2 R2 -34.3

V0-V3 R3 -68.7

UNIDAD VOLTIO VOLTIO

Tabla 2. Calculo del voltaje que circula por cada elemento del circuito a partir de la tabla 1.

En la tabla 2. Podemos ver los datos obtenidos al realizar las diferencias de potenciales existentes entre los diferentes nodos, las cuales se tomaron con respecto a la tabla 1. Parte C

Elemento ΔV medido

FUENTE 110

R1 6.88

R2 34.4

R3 68.7

VOLTIO Voltio

Tabla 3. Resultados obtenidos del voltaje que circula por cada elemento del circuito.

En la tabla 3 podemos ver los datos obtenidos al medir las diferencias de potenciales de forma experimental entre los nodos 1 y 0, 2 y 1, 3 y 2, y 0 y 3. La diferencia de potencial se mide entre dos puntos cualesquiera, y esta cuantifica la diferencia de tensión eléctrica que hay en dichos puntos. En este caso la diferencia de potencial se midió entre los nodos (1 y 0, 2 y 1, 3 y 2, y 0 y 3) el cual corresponde a cada elemento del circuito. El potencial se refiere a la diferencia de potencial entre un punto y algún otro donde el potencial se defina como cero, dicho de otra manera será nuestro polo a tierra. Para nuestra experiencia medimos potencial para cada nodo tomando como referencia el nodo 0. Podemos decir que el voltaje en cada elemento es directamente proporcional a la resistencia, esto de acuerdo al potencial obtenido de cada elemento en la experiencia y también a la LEY DE OHM. 7

Universidad del Atlántico Parte D

Elemento ΔV medido

FUENTE 88

R1 5.5

R2 27.5

R3 55

VOLTIO Voltio

Tabla 4. Resultados obtenidos del voltaje que circula por cada elemento del circuito con una fuente de 88 V.

En la tabla 4 tenemos los datos obtenidos al medir las diferencias de potenciales de forma experimental entre los nodos 1 y 0, 2 y 1, 3 y 2, y 0 y 3, pero esta vez con una fuente de voltaje del 60% con respecto a la inicial.

Parte E

Elemento ΔV medido

FUENTE -88

R1 -5.5

R2 -27.5

R3 -55

VOLTIO Voltio

Tabla 5. Voltaje de cada elemento intercambiando las puntas de la fuente DC.

En la tabla 5 tenemos los datos obtenidos al medir las diferencias de potenciales de forma experimental entre los nodos 1 y 0, 2 y 1, 3 y 2, y 0 y 3, con una fuente menor que la inicial y con las puntas de la fuente intercambiadas. Cuando se intercambian las puntas de la fuente DC pero se conserva el mismo voltaje (del punto anterior), ocurre que la magnitud de los resultados obtenidos son iguales pero con una polaridad diferente. Cuando sumamos los valores obtenidos en la tabla 3, obtenemos un resultado el cual corresponde valor inicial de la fuente. Lo mismo ocurre con las mediciones obtenidas en las tablas 4 y 5. La ley que corrobora dichos resultados corresponde a la LEY DE KIRCHHOFF.

Parte F

Elemento ΔV medido

FUENTE 88

R1 0.00

R2 0.00

R3 0.00

VOLTIO Voltio

Tabla 6. Voltaje de cada elemento cuando se abre el circuito en el nodo 3.

En la tabla 6 tenemos los datos obtenidos al medir las diferencias de potenciales de forma experimentales entre los nodos 1 y 0, 2 y 1, 3 y 2, y 0 y 3, abriendo el circuito en el nodo 3. Cuando abrimos el circuito en el nodo 3, la diferencia de potencial de cada elemento es cero ya que el voltaje de la fuente no circula por todo el circuito.

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Medición de corriente Parte A

FUENTE (V) 110

Nodo Corriente I

1 68.8

2 68.8

3 68.8

0 68.8

Unidad mA

Tabla 7. Resultados obtenidos de la corriente que circula por los nodos 1, 2, 3 y 0 para una fuente de 110V.

En la tabla 7 se pueden apreciar los datos obtenidos al realizar la medición de la corriente que circula a través de los diferentes nodos 0, 1, 2, 3. Cuando medimos la corriente para cada elemento observamos que estas son iguales aun así si cambiamos el valor de cualquier resistencia, este valor de la corriente siempre va hacer igual para cada elemento siempre y cuando las resistencias se encuentren conectadas en serie, ya que con esta conexión la corriente se mantiene constante para todo el circuito.

Parte B

FUENTE (V) 88

Nodo Corriente I

1 55

2 55

3 55

0 55

Unidad mA

Tabla 8. Resultados obtenidos de la corriente que circula por los nodos 1, 2, 3 y 0 para una fuente de 88V.

En la tabla 8 podemos ver los datos obtenidos al realizar la medición de la corriente que pasa por los diferentes nodos al utilizar la fuente de voltaje con la que se tomaron las mediciones en el ítem D de la medición de voltaje. Al hacerla relación entre (VI / VF) y entre (II / IF) podemos ver que: 𝑉𝑖 𝑉𝑓 𝐼𝑖 𝐼𝑓

=

=

110 𝑉 = 1.25 88 𝑉 68.8 𝑚𝐴 55 𝑚𝐴

= 1.25

Teniendo presente la Ley de Ohm podemos apreciar que el voltaje es directamente proporcional a la corriente por lo cual, la razón de cambio del voltaje debe ser la misma que la de la corriente siempre y cuando se mantengan las mismas resistencias en el circuito tal como se presenta en la relación anterior.

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Universidad del Atlántico Parte C

FUENTE (V) 88

Nodo Corriente I

1 -55

2 -55

3 -55

0 -55

Unidad mA

Tabla 9. Medición de la corriente que circula por los nodos con la polaridad invertida.

En la tabla 9 podemos ver los valores obtenidos al medir la corriente que pasa por los diferentes nodos para una fuente conectada con sus extremos invertidos. El efecto que tuvo el cambio de la fuente sombre la corriente medida en el circuito fue el sentido de esta, es decir, la razón de cambio de la carga por unidad de tiempo se mantuvo constante, pero su sentido a lo largo del circuito vario.

Parte D

FUENTE (V) 88

Nodo Corriente I

1 0

2 0

3 0

0 0

Unidad mA

Tabla 10. Medición de la corriente al abrir el circuito en el nodo 3.

En la tabla 10 podemos observar los datos obtenidos al realizar la medición de la corriente que circula a través de los diferentes nodos al abrir el circuito en el nodo 3. Cuando abrimos el circuito en el nodo 3, la corriente medida en cada elemento es cero ya que la corriente no circula por todo el circuito.

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5. Conclusión. En la experiencia se trabajó con los circuitos diseñados en la aplicación Proteus 8 professional, se comprobó que el voltaje es directamente proporcional a la corriente lo que ratifica a la ley de Ohm, se notó también que cuando el circuito está abierto no circula corriente por este al igual que al voltaje, se observó que cuando las resistencias se encuentran en serie la corriente va hacer la misma para esta es decir se va mantener constante para todo el circuito siempre y cuando se mantenga la misma fuente de voltaje directo, por medio de la práctica nos familiarizamos con los instrumentos de medición, desarrollamos habilidades a la hora de montar circuitos y al momento de emplear fuentes de voltajes DC. Por otro lado podemos decir que al intercambiar los conectores de la fuente las mediciones sufrirán un cambio solo en el sentido y no en la magnitud lo cual se ve reflejado en algunas tablas anteriormente mostradas, esto se cumple para el voltaje y para la corriente.

Referencias [1] http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_voltaje/ke_voltaje_4.htm [2] http://www.ni.com/tutorial/7113/es/ [3] http://unicrom.com/multimetro-medir-corriente-directa/ [4] http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_corriente_electrica/ke_corriente_electrica_4.htm [5] Perez Tirado Alvaro E. – Manual de laboratorio de electronica básica.

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