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PARÁMETROS DE UN GALVANÓMETRO Y CONSTRUCCIÓN DE UN VOLTÍMETRO Galvanometer Parameters and Construction of a Voltmeter

RESUMEN En este documento se habla de la práctica número cuatro de la asignatura ‘Laboratorio de Física II’, así como de las conclusiones obtenidas en este laboratorio en el cual se pudo verificar experimentalmente el valor de la resistencia en distintos circuitos, al igual que se pudo obtener el valor del voltaje desde la fuente y desde el voltímetro (analógicamente). PALABRAS CLAVES: Construcción de un Voltímetro, Galvanómetro, Parámetros de un Galvanómetro, Resistencia Interna. ABSTRACT In this document we talk about the fourth practice of the subject "Laboratorio de Fisica II", as well as the conclusions obtained in this laboratory in which the value of resistance coud be experimentally verified in different circuits, just as the value of the voltage could be obtained from the source and from the voltmeter (analogically). KEYWORDS: Voltmeter Construction, Galvanometer, Galvanometer Parameters, Intern Resistance.

1. INTRODUCCIÓN Reconocer cómo se comprenden los parámetros de un galvanómetro y su condición de instrumento básico de medidas de variables eléctricas se obtiene un progreso para la medición experimental de variables eléctricas en circuitos eléctricos implica conseguir versatilidad en la obtención de instrumentos de medida de variables eléctricas a partir de un instrumento básico como es el galvanómetro. Y dicho conocimiento es de resaltar debido a ciertas situaciones emergentes en la experimentación con circuitos eléctricos donde se requiera aparatos de medida faltantes, aunque construibles con el galvanómetro. 2. METODOLOGÍA La metodología requerida para la realización de la práctica de los parámetros básicos de un galvanómetro y la construcción de un voltímetro a partir de aquel galvanómetro, es tener unos conceptos previos acerca de de lo que es un galvanómetro y un voltímetro. Seguidamente se debe realizar la construcción de tres circuitos eléctricos, para la obtención de los parámetros básicos de un galvanómetro y de esta manera, reconocer experimentalmente la resistencia multiplicadora, la cual es necesaria para la construcción de un voltímetro. Se utilizan los siguientes elementos para el desarrollo de la práctica mencionada:

● ● ● ●

Reóstatos de 100 Ω, 3300 Ω, 10000 Ω,. Multímetro digital Fluke. Multímetro análogo Leybold. Fuente de alimentación de corriente directa Phywe. ● Galvanómetro Cenco ● 10 Cables Conductores. En primera medida, para obtener el valor de la corriente de plena escala se construye el primer circuito eléctrico planteado (Figura 4.3). Para la obtención de dicho valor, se procede a incrementar el voltaje de la fuente mientras la magnitud de la resistencia del reóstato está en su máximo valor (3300Ω), hasta el punto donde la medición del galvanómetro sea aproximadamente la mitad de la medición máxima de su escala.

Figura 4.3. Circuito para obtener la Corriente a Plena Escala del Galvanómetro.

Donde: V = Fuente de alimentación de corriente continua.

2 R = Reóstato de 3300 Ω Rg = Resistencia interna del Galvanómetro (G) = Galvanómetro I = Sentido de la corriente Seguidamente, se disminuye la magnitud de la resistencia a un voltaje constante hasta obtener la magnitud máxima en la medida del Galvanómetro. Se reemplaza el Galvanómetro por un amperímetro que de el valor de la corriente en el circuito, este valor será equivalente a la Corriente de Plena Escala del Galvanómetro. La sensibilidad de un galvanómetro, se puede obtener con la Corriente a Plena Escala y la cantidad de divisiones del Galvanómetro.

Siendo esta la forma de conseguir los parámetros necesarios del Galvanómetro para realizar la construcción del voltímetro. Para el diseño y construcción de un voltímetro, se halla de manera analítica la Resistencia Multiplicadora mediante la siguiente ecuación:

Rm =

( )

V max −Rg I pe

El voltímetro diseñado se obtiene con el montaje del circuito de la Figura 4.5.

Para medir la resistencia interna del galvanómetro Rg, se instala el circuito eléctrico de la figura 4.4. Donde se un reóstato que permitirá medir la resistencia del galvanómetro de forma indirecta.

Figura 4.5. Circuito de conexión del Voltímetro Construído

Figura 4.4. Circuito para obtener la Resistencia Interna del Galvanómetro.

Donde: V = Fuente de alimentación de corriente continua. R = Reóstato de 3300 Ω Rg = Resistencia interna del Galvanómetro Rsh = Reóstato de Resistencia Puente de 100 Ω (G) = Galvanómetro S1 = Interruptor de Flujo de Corriente 1 S2 = Interruptor de Flujo de Corriente 2 I = Sentido de la corriente Para obtener la Resistencia Interna del Galvanómetro, es necesario ubicar los valores del voltaje y la resistencia del reóstato R mientras el interruptor S2 se encuentra abierto. Luego, se cierra el interruptor S2 y se mueve el cursor del Reóstato correspondiente a la Resistencia Rsh hasta obtener en el Galvanómetro la medida intermedia de la escala total. Cuando la aguja del galvanómetro se encuentre a media escala, en ese instante la Resistencia Interna del Galvanómetro será igual a la Resistencia Puente, esto gracias a las conexiones y las magnitudes de las variables eléctricas en el circuito. Se realiza la medición de la Resistencia Puente para obtener el valor buscado del parámetro del Galvanómetro.

Donde: Vx = Voltaje a medir Rm = Resistencia Multiplicadora Rg = Resistencia Interna del Galvanómetro (G) = Galvanómetro I = Sentido de la Corriente Por último se hace la medición de voltajes desde los terminales de la fuente para varios valores de voltaje dentro de cada rango calculado, al igual que se hace la respectiva verificación de estos valores con el voltímetro. 3. RESULTADOS Los procedimientos realizados con los circuitos respectivos a las figuras anteriores arrojaron unos resultados experimentales que serán expuestos y tabulados apropiadamente en este apartado:

I pe S (Sensibilidad

8.7 mA 0,87 mA

Tabla 1. Corriente a Plena Escala y Sensibilidad medidas según el circuito de la Figura 4.3.

Rg

34.5 Ω

Tabla 2. Resistencia Interna del Galvanómetro medida según el circuito de la Figura 4.4.

Rm−calculado

V max

V medido

Rm−medido

540,21 Ω

5,0 V

5,1V

541 Ω

3 770,097 Ω 7,0 V 7,5 V 773 Ω 885,04 Ω 8,0 V 8,4 V 886 Ω Tabla 3. Tabulación de la Resistencia Multiplicadora calculada para cierto Voltaje máximo y el Voltaje medido correspondiente a dicha Resistencia según la Figura 4.5.

4. PREGUNTAS En esta sección se dará respuesta a las preguntas planteadas por Capítulo IV del Laboratorio de Física II . De esta manera se procederá a exponer los interrogantes. a. Discuta los resultados arrojados en el numeral 4.5.2.c y explique las diferencias y/o similitudes y calcule el error absoluto de las medidas registradas. R/ Se logra observar una proximidad entre los datos calculados y los datos medidos experimentalmente, aunque es notable un desfasamiento relevante que puede ser atribuido al error respecto al cálculo realizado reconocible en gran medida en el hecho de que la Resistencia Multiplicadora es inversamente proporcional a la Corriente a Plena Escala implica que el error, al ser igualmente inversamente proporcional, será bastante alto al comprender lo bajo que es igualmente el error de la Corriente a Plena Escala. Así mismo, el error absoluto de las Resistencias Multiplicadoras calculadas viene dado de la siguiente manera:

( ∆I I + ∆VV ) R

al voltaje entregado por la fuente, y no se obtendría el dato esperado que es la caída de tensión dada por la resistencia. d. Determine la incidencia de la resistencia interna de un voltímetro en la medida de un voltaje especificado. Si requiere medir la resistencia interna de su voltímetro, utilice un óhmetro profesional. R/ La incidencia de la resistencia interna de un voltímetro en la medida del voltaje especificado, está dada en la escala de medición del voltímetro. Incluso en la práctica realizada, notamos que la Resistencia Multiplicadora del voltímetro construido es directamente proporcional al valor del Voltaje máximo medido por el voltímetro. e. Para medir la caída de potencial en los terminales de una resistencia ¿es indiferente emplear cualquier escala de un voltímetro? ¿Es confiable ésta medida? R/ El emplear cualquier escala de un voltímetro para medir la caída de potencial en los terminales de una resistencia, no es indiferente debido a que si se utiliza una escala más alta que la requerida, implicaría tener una precisión poco confiable, al ser una escala incorrecta. Se deduce que la mejor escala para la medición, es aquella que sea baja, sin que la medición obtenida supere el rango máximo de la escala. f. ¿Explique cuál sería el valor de la resistencia interna de un voltímetro ideal y argumente su respuesta?

∆ R=

Rm−calculado 540,21 Ω 770,097 Ω 885,04 Ω

∆ Rm −calculado ± 0,146Ω ± 0,37Ω ± 0,108 Ω

Tabla 4. Resistencia Multiplicadora calculada en la Tabla 3. en adición al error respectivo

b. ¿Es posible medir con un óhmetro profesional la resistencia interna de un galvanómetro? Sustente su respuesta. R/ Generalmente no es posible medir la resistencia interna de un galvanómetro con un óhmetro profesional, ya que los terminales de la resistencia interna no son accesibles para este. c. Explique las consecuencias de conectar un voltímetro equivocadamente en un circuito (Análisis circuital si se conecta en serie con la resistencia) para medir caídas de tensión. R/ La consecuencia principal de conectar un voltímetro equivocadamente en un circuito en serie con la resistencia, es que la medición del voltímetro sería dada

R/ La resistencia interna de un voltímetro ideal tendría un valor infinito. Primero, porque dada la ecuación para Resistencias Multiplicadoras, se tiene que esta es directamente proporcional al Voltaje máximo a medir, de este forma se puede decir que las mediciones son posibles realizarlas en diferentes valores de voltaje. Segundo, al conectar el voltímetro con la resistencia en paralelo, se debe conocer que los cálculos para una resistencia equivalente incluye la sumatoria de los inversos de las resistencias comprendidas por la asociación de resistencias en paralelo; por lo que al tender la resistencia del voltímetro a infinito, su inversa tendería a cero, y esto impediría cambios sobre la resistencia equivalente correspondiente a la resistencia sobre la que se medirá la caída de potencial. Así se obtendría una medida más precisa. 5. CONCLUSIONES De el experimento realizada en esta práctica de laboratorio se puede entender como el galvanómetro posee unos parámetros los cuales lo definen como instrumento básico de medida de variables eléctricas, del cual se debe reconocer efectivamente para mostrar eficacia en mediciones hechas con este mismo.

4 Complementando se reconoce como es posible construir un voltímetro a partir de un galvanómetro entendiendo así los conceptos básicos que relacionan las mediciones entre ambos, tal como lo es la Resistencia Multiplicadora y el Voltaje máximo a medir....