Informe Capitulo 9 PDF

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Laboratorio de fisica 2 practica 9...

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CONSTRUCCIÓN DE UN PUENTE DE WHEATSTONE Building a wheatstone bridge. RESUMEN En esta práctica se hace énfasis a los procesos físicos y matemático para la medición de la resistencia presente en un circuito mediante el uso analítico de otras dos resistencias fijas y una variable con las cuales voy a hallar un término multiplicador de alcance que permitirá analizar en cada caso observar cuánto vale mi cuarta resistencia es decir la resistencia de la cual yo quiero conocer su valor. A su vez este experimento es de gran importancia ya que el puente de Wheatstone tiene aplicaciones en la industria, en dispositivos de conversión de presión, sonido, luz, u otras como señales eléctricas. PALABRAS CLAVES:          

Amperímetro. Circuito. Equilibrio. Galvanómetro. Nodo. Paralelo. Resistencia multiplicadora. Resistencias. Serie. Wheatstone.

ABSTRACT This practice emphasizes the physical and mathematical processes to measure the resistance in a circuit through the analytical use of two other fixed resistors and variable with which I will find a multiplier that will reach the end of each analysis is observe if much is my fourth resistance ie the resistance of which I want to know its value. In turn this experiment is of great importance since the Wheatstone bridge has applications in industry, pressure conversion devices, sound, light, or other electrical signals. KEYWORDS:          

1.

Ammeter. Circuit. Balance. Galvanometer. Node. Parallel. Resistance multiplier. Resistance. Series. Wheatstone.

INTRODUCCIÓN

Fecha de Recepción: (06 de mayo 2014)

OSCAR BEDOYA Estudiante de ingeniería Eléctrica, Universidad Tecnológica de Pereira [email protected] LIZETH OSPITIA Estudiante de ingeniería Eléctrica, Universidad Tecnológica de Pereira [email protected] ALEXANDER VALENCIA Estudiante de ingeniería mecánica, Universidad Tecnológica de Pereira [email protected]

Universidad Tecnológica de Pereira.

3 En el capítulo 9 de laboratorio de física 2, se hace uso de algunos términos ya utilizadas en prácticas anteriores, teniendo en cuenta que cada uno de los conceptos, métodos y análisis vistos con anterioridad repercuten en el entendimiento y compresión de todo aquello que se relaciona con los procesos de búsqueda y suma de resistencias dentro de un circuito de los cuales s tienen muchas aplicaciones a la vida real siendo uno de ellos la manera en que muchos de los aparatos eléctricos a nivel doméstico, laboral ,industrial y operativo funcionan, ya que en si la mayoría de instrumentos de uso práctico utilizan un proceso relacionado con las diferentes resistencias internas que la conforman por el este experimento del puente de Wheatstone nos abre la posibilidad de hallar resistencias mediante otros nuevos métodos. En este experimento se tendrá algunas consideraciones adicionales con respecto a la fuente de suministro de energía del cual se hace uso ya que en cada caso nos podemos encontrar que los datos obtenidos en este laboratorio pueden variar dependiendo del tipo de corriente que le circule AC( Corriente Alterna) y DC(Corriente Directa); otro característica muy importante que es que donde se presentan valores de resistencia muy alta, el puente de Wheatstone me permite presentar un comportamiento con el factor multiplicador de tal forma que junto a los avances tecnológicos este sea usado como medio para hallar resistencia extremadamente muy grandes para muchos equipo de medida tan grandes como los de orden de 10 a la 12 o superior. En si este experimento esta dado de tal forma que se puede conocer la resistencia de un elemento teniendo una resistencia variable y dos fijas que puedan ir compensando el cambio producida por una es decir que este experimento no solo se trata de medir una cuarta resistencia a partir de 3 que ya nos dan sino que a su vez se necesita que las determinadas resistencias presenten un cierto comportamiento que altera el multiplicador de alcance dado por el cociente de dos de las 3 resistencias del circuito. Esta primera parte de la práctica se basa en conocer los conceptos ya nombrados junto a algunas analogías con las resistencias, como lo es el hecho de que un capacitor es de cierto modo el inverso de las resistencias ya que mientras las resistencias en serie se suman una por una y en paralelo es el la suma de los inversos de cada una , en los condensadores pasa lo contrario, pero sin importar esto los voltajes y la corriente que circula sigue comportándose igual , siendo la corriente igual en serie y diferente en paralelo y el voltaje diferente en serie e igual en paralelo. A su vez se hace un análisis de como el galvanómetro el cual es un elemento de alta sensibilidad que se instala que se instala en el circuito nos permite establecer un puente de equilibrio para las resistencias el cual es

sumamente importante ya que con este se establece cual debe ser el valor de cada una de las resistencias, para poder establecer el valor de la resistencia a medir Finalmente se analiza que todo el laboratorio o práctica se dio con una fuente de energía a corriente directa por lo cual se hará un respectivo análisis de que podría suceder si se efectúa la medición con corriente alterna. 2.

CONTENIDO

OBJETIVOS: 

Estudiar las características de un circuito de puente de Wheatstone equilibrado, alimentado por una fuente de corriente directa.



Aplicar el principio del puente equilibrado para medir resistencias.

PROCEDIMIENTO: Para este capítulo I es la corriente a través de R1 I2; en R2, I3; en R3, Ix; en Rx e Ig en G. El puente está en equilibrio cuando Ig= 0 A

Rx= 1.

R2 ∗R 3=m∗R 3 R1

Instale el circuito de la figura 9.2

Al principio se tomara la medida con el amperímetro para así estar seguros de los que podemos incluir el galvanómetro en el montaje

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3 2.

3.

4.

Tomar un valor de Rx que este entre los siguientes valores 0 Ω ≤ Rx ≤ 100000 Ω y R1= R2 = 1400 Ω. Fijar la fuente a 6 volt. llevar los datos a la tabla Reducir la resistencia Rx hasta que el amperímetro marque 0 A Sustituir el amperímetro por el galvanómetro para verificar la medida

5.

Medir R3 con un óhmetro

6.

Usar la siguiente fórmula para hallar Rx

Rx= 7. 8.

9.

R2 ∗R 3 R1

Retirar Rx y medir otras tres resistencias distintas en el rango permitido Con un puente de Wheatstone profesional hacerlo con el óhmetro fluke tomar estas medidas como patrón y calcular el error absoluto para cada una poner esto en la tabla.

10. Realizar los cálculos pertinentes R1 y R2 Satisfagan la condición

R2 1 R1 Hacer el procedimiento antes mencionado terminar de llenar la tabla.

Valores medidos con el óhmetro

valor calculad o

R1 (Ω)

R2 (Ω)

R3 (Ω)

Rx (Ω)

Rx (Ω)

140 0

140 0

912 0

927 0

9120

1,61%

140 0 140 0 140 0 140 0

140 0 140 0 140 0 103 9

736 0 476 0 143 1 903 0

743 0 481 0 143 6 679 0

7360

0,94%

4760

1,04%

1431

0,35%

6701,55

1,30%

140 0 140 0 103 0

103 9 103 9 140 0

608 0 190 0 608 0

458 0 142 6 838 0

103 0 103 0

140 0 140 0

390 0 174 1

532 0 237 5

Error Brazo porcentua multiplicado l% r

4512,22

1,47%

1410,07

1,12%

8264,07

1,38%

5300,97

0,36%

2366,4

R2 =1 R1

R2 1 R1

0,36% Tabla 10.1

ANALISIS: a) ¿Que parámetros determinan la aproximación de las mediciones hechas con el puente experimental de resistencia? Los parámetros que determinan la aproximación de las mediciones hechas con el puente de Wheatstone son los rangos a los cuales estamos sujetos puesto que de no estar entre estos rangos se presentan errores en los instrumentos, ya sea porque el valor es muy pequeño o porque el valor es demasiado grande. Las resistencias propias que componen el puente están sujetas al desgaste y por ende a la variación del valor real de la resistencia que oponen a la corriente eléctrica, la exactitud del galvanómetro para determinar el balance del puente. Además tenemos otros errores como precisión de instrumentos de medición, error de paralelaje, calibración de los equipos y equilibrio en cero del galvanómetro a la hora de tomar la medida b) Corresponden los resultados de sus mediciones a los valores nominales de las resistencias medidas? De lo contrario explique las razones por las cuales no coinciden. Los resultados de las mediciones no corresponden a los valores nominales de las resistencias pero si son muy aproximadas, estos se debe a que el puente de Wheatstone no tiene cuenta que los cables y las componentes del circuito (aparte de las resistencias)

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3 ofrecen también resistencia al flujo de la corriente, además el error de paralelaje y otros errores al momento de tomar las medidas de las resistencias R1, R2 y R3 se multiplican mucho más al emplear la fórmula para hallar el valor de la cuarta resistencia la cual es la resistencia de interés. Pero a pesar de que existen estos errores podemos tomar como verdaderos los valores encontrados mediante la fórmula puesto que el error que existe entre cada uno es muy poco. c) Encontrar los valores adecuados de m y R 3 para medir resistencias en el rango

1435 Ω ≤ Rx ≤ 5000 Ω Teniendo en cuenta lo leído en el marco teórico de este capítulo para hallar los valores de m y de R3 para medir resistencias en el rango 1435 Ω ≤ Rx ≤ 5000 Ω tenemos que:

Rx=

puente que se menciona en el capítulo es específico para esos rangos de valores de resistencias y voltaje. f) Exprese y explique diferentes aplicaciones de los puentes en la ciencia y en la industria El puente de Wheatstone se utiliza para la medición de resistencia al dirigir una corriente a través de él. Luego se mide la tensión de salida y fácilmente se calcula la resistencia. Se utilizan corrientes pequeñas para evitar el calor. Su construcción es económica. En la ciencia y en la industria los puentes son utilizados para el monitoreo de pequeñas señales de voltaje, corriente, frecuencia, e impedancia.     

R2 ∗R 3=m∗R 3 R1

Con lo cual se deduce que m y R3 pueden tomar cualquier valor siempre y cuando satisfaga la ecuación

1435 Ω ≤ m∗R 3 ≤ 5000 Ω d) Consultar que ocurre si en vez de alimentar el puente con corriente continua, la fuente es de corriente alterna Si la fuente fuese de corriente alterna el puente de Wheatstone no funcionaría puesto que el galvanómetro es un aparato que solo trabaja con corriente continua y de no ser así este podría dañarse, es por esto que en caso de que la corriente sea alterna hay que remplazar el galvanómetro por un detector de continua para que el puente se convierta en un puente universal de impedancias. e) Explorar las consecuencias si la señal de la fuente de alimentación varía con la frecuencia, respecto a la sensibilidad del puente. Entendemos que la sensibilidad del puente es el número de espacios que se deflecta la flecha del galvanómetro cuando varia el valor de la resistencia Rx. Ahora, si el valor de la fuente disminuye en un valor muy pequeño por mucho que cambiemos el valor de las resistencias la flecha del galvanómetro no se defletará, por el contrario si el valor de la fuente es muy grande podríamos averiar el galvanómetro con tan solo cambiar el valor de alguna de las resistencias que integran la red porque el galvanómetro presentará un cambio brusco. Además si el valor de la fuente esta por fuera del rango los valores tomados no serían confiables puesto que el

Puentes dinámicos. Censores. Puente de Hay. Puente de Maxwell. Puente de Colpits.

Una aplicación muy interesante del puente Wheatstone en la industria es como sensor de temperatura, presión, etc. (dispositivos que varían el valor de su resistencia de acuerdo a la variación de las variables antes mencionadas). También se utiliza en los sistemas de distribución de energía eléctrica donde se lo utiliza para detectar roturas o fallas en las líneas de distribución. También podemos decir que Hay varios dispositivos similares que utilizan la medición nula (cuando el Galvanómetro mide valor cero), como un puente de capacitancia utilizado para medir capacitancias desconocidas Estos dispositivos no necesitan medidores calibrados y pueden emplearse con cualquier fuente de voltaje. Cuando sea necesario medir resistencias muy altas (arriba de 105 Ω), el método de puente de Wheatstone se vuelve difícil por razones técnicas. Como consecuencia de los recientes avances en la tecnología en dispositivos de estado sólido, como el transistor de efecto de campo, los instrumentos electrónicos modernos pueden medir resistencias tan altas como 1012 Ω .Dichos instrumentos tienen una resistencia extremadamente alta entre sus terminales de entrada. Por ejemplo son comunes resistencias de entrada de 1010 Ω en la mayor parte de los multímetros digitales, medidores de presión (manómetros) y circuitos RCL. OBSERVACIONES 

Es un poco incómodo que la mayoría de los instrumentos de medición del laboratorio presentes fallas a cada rato, las cuales dificultan la correcta aprehensión del conocimiento necesario para cada

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3 práctica, como lo fue en la clase pasada en la cual algunas de las resistencias o el multímetro y en muchos casos el fluke requeridas no estaban bien sujetas o conectadas por lo cual se presentaba ciertas dificultades en la medición como el hecho de que en ciertos casos los datos fueran erróneos y se tuviera que repetir la medición o que el fluke registrara mediciones de voltaje cuando la fuente ni siquiera estaba conectada lo cual es un error muy significativo en la medición, dando así la incapacidad de recoger un buen número de datos necesarios para un buen análisis físico, matemático y estadístico de la información. 



Fue interesante conocer como mediante un proceso relativamente sencillo se puede hallar una resistencia estableciendo por así decirlo un tope de equilibrio “PUENTE DE EQUILIBRIO” entre las resistencias a analizar, teniendo en cuenta que este tope de equilibrio está dado por el galvanómetro el cual al ser un instrumento de gran sensibilidad me permite obtener unos parámetros necesarios para mirar cuando se puede establecer una medida adecuada y así obtener de manera analítica el valor de la nueva resistencia. Aunque este experimento aun siendo relativamente fácil se puede decir que sería aún mejor si se diera un enfoque más profundo de como esto se ve reflejado en el ámbito de la investigación y la ingeniería la que según algunas fuentes de información este “PUENTE DE WHEASTONE” es utilizado para aparatos de conversión de temperatura, sonido ,luz u otros relacionados además de que tiene muchos fines prácticos dentro de la industria la cual es muy interesante ya que muchos de los estudiantes del grupo aspiran a estar en un entorno laboral como la industria razón por la cual la aprehensión de muchos de esos temas es necesario para construir una idea más clara de cómo ,lo que se aprende en las clases prácticas de laboratorio de física 2, tiene una verdadera influencia en el mundo real. Aunque la repartición de los diferentes capítulos u experimentos faltantes puede ser una didáctica para que los estudiantes se entreguen más al aprendizaje de estos conceptos dados en cada uno de los experimentos, esto a su vez representa un problema para el mismo aprendizaje ya que esto dificulta que el profesor pueda revisar rápidamente cada uno de los experimentos, lo cual representa una cierta demora a la hora de la medición dada en el laboratorio, aunque esto a su vez es comprensible cuando se conoce la escasez de instrumentos de medida para cada experimento e incluso los errores que presenta muchos de los que están disponibles.

CONCLUSIONES.



El puente de Wheatstone es usado solo para corrientes continuas puesto que el galvanómetro que se emplea para esto solo tiene buen funcionamiento en corrientes continuas.



El puente de Wheatstone está sujeto a variedad de errores como error de paralelaje, errores en los equipos de medición, error d calibración, etc.



Se debe tener cuidado al momento de manejar las resistencias en un puente de Wheatstone especifico puesto que cada puente tiene sus especificaciones dependiendo del valor de cada resistencia y del voltaje que integra el circuito.



El puente de Wheatstone es muy sensible puesto que el galvanómetro lo es también y este el parte esencial del puente, así que si el galvanómetro no funciona de manera correcta el puente no lo hará.



El puente de Wheatstone es un circuito que se emplea a menudo para medir una resistencia desconocida Rx en términos de resistencias conocidas R1, R2, R3 teniendo en cuanta también ciertos parámetros como lo son la lectura que arroja el galvanómetro el cual al ser cero se puede analizar como el puente de equilibrio del método para medir resistencias “PUENTE DE WHEASTONE” y a su vez otros parámetros que están dados por el cociente de las resistencia r1,r2, que se tienen en cuenta ya que este sería el factor multiplicador de alcance que me determina que tan grande es nuestra resistencia.



Cuando el puente de Wheatstone esta balanceado, no hay corriente en el galvanómetro, ya que en ese momento no se ha establecido un punto exacto para que circule la corriente eléctrica.



Cuando sea necesario medir resistencias muy altas (arriba de 105 Ω), el método del puente de Wheatstone se vuelve difícil por razones técnicas, pero con los avances tecnológicos esto ha ido cambiando a tal punto que ahora ,algunos aparatos que utilizan este método pueden hallar resistencia de hasta el orden (arriba de 1012 Ω), esto siendo más utilizado en el campo industrial.



El puente de Wheatstone, es utilizado en la ciencia y en la industria, como un método para convertir temperatura, presión, sonidos, luz u otras variables físicas en señales eléctricas.

3. BIBLIOGRAFÍA

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http://media.utp.edu.co/facultad-cienciasbasicas/archivos/contenidos-departamento-defisica/exp-29.pdf

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