mediciones y circuitos utilizando resistores, multímetros y simuladores en línea (tinkercad) PDF

Preview

Summary

En este laboratorio comenzamos reconociendo los diferentes tipos de circuitos (serie, paralelos, mixtos) y también se aprende a medir las diferencias resistencia y colores de los resistores utilizando el multímetro...

Description

PROGRAMA DE FÍSICA FÍSICA ELECTROMAGNÉTICA – GUÍAS DE LABORATORIOS CÓDIGO 21142 GUÍA DE LABORATORIO No 2. INTRODUCCIÓN A LAS MEDICIONES ELÉCTRICAS OBJETIVO GENERAL ⮚ Conocer los diferentes instrumentos de medición comúnmente utilizados en los experimentos de electromagnetismo. ⮚ Conocer los simuladores más utilizados en el desarrollo de las prácticas. OBJETIVOS ESPECIFICOS ⮚ Manejar con propiedad los instrumentos de medición tales como amperímetro, voltímetro, ohmímetro entre otros. ⮚ Utilizar los diferentes instrumentos de mediciones eléctricas en algunos circuitos sencillos. ⮚ Manejar con propiedad los simuladores Tinkercad y Solve Elec. ⮚ Verificar mediante el uso del código de colores el valor nominal de algunos resistores de carbón. ⮚ Utilizar de manera correcta el protoboard TEMAS DE CONSULTA ⮚ ⮚ ⮚ ⮚ ⮚ ⮚ ⮚ ⮚ ⮚

Señal AC y DC Resistores Funcionamiento de un galvanómetro. Código de colores de los resistores de carbón. Instrumentos de mediciones eléctricas Uso y conexión de voltímetros, amperímetros y ohmímetros Concepto de voltaje, corriente y resistores eléctricos Manejo del Protoboard Manejo del software Tinkercad

MATERIALES ⮚ ⮚ ⮚ ⮚

Fuentes de voltaje DC de 0-20v Fuente de voltaje AC Multímetros digital y análogos Cables de conexión

Km. 7 Antigua Vía Puerto Colombia Atlántico- Colombia. Oficina 201C.

PBX: (5) 319 7010 Ext.: 11061105

[email protected] www.uniatlantico.edu.co

⮚ Protoboard ⮚ Resistencias

No encienda la fuente de alimentación hasta que el monitor de la clase o profesor a cargo revise las conexiones del circuito. Para realizar cualquier medición eléctrica, tenga en cuenta lo siguiente: ⮚ Antes de realizar cualquier medición con un multímetro ya sea de voltaje, corriente o resistencia, asegúrese de tener la perilla en la escala adecuada para el rango que espera. ⮚ Si no conoce el rango, inicie su medida en la escala más alta. ⮚ Nunca toque las puntas de prueba por su terminal metálico, manipule desde su parte aislada. ⮚ No mida resistencias cuando estén conectadas a un circuito. ⮚ Nunca mida resistores conectadas a una fuente de voltaje. ⮚ Si usted conecta el Multímetro para medir corriente o voltaje, pero la perilla está en escala de resistencia seguramente dañara el Instrumento. ⮚ Antes de medir corriente verifique que el instrumento esté conectado en serie con el circuito. ⮚ Antes de medir voltaje verifique que el instrumento esté conectado en paralelo con el elemento de circuito que se le desea medir la diferencia de potencial. ESQUEMA DE LOS MONTAJES Realice el montaje de los diagramas de la figura 1.1 y de la figura 1.2 en el protoboard. Para ello utilice el simulador “deaclab” (https://dcaclab.com/).

Km. 7 Antigua Vía Puerto Colombia Atlántico- Colombia. Oficina 201C.

PBX: (5) 319 7010 Ext.: 11061105

[email protected] www.uniatlantico.edu.co

Figura 2.1 Resistores conectados en serie

Figura 2.2 Resistores conectados en paralelo

Figura 2.3 Resistores conectados en circuito mixto

Km. 7 Antigua Vía Puerto Colombia Atlántico- Colombia. Oficina 201C.

PBX: (5) 319 7010 Ext.: 11061105

[email protected] www.uniatlantico.edu.co

Figura 2.4 Medida de voltaje y corriente

Km. 7 Antigua Vía Puerto Colombia Atlántico- Colombia. Oficina 201C.

PBX: (5) 319 7010 Ext.: 11061105

[email protected] www.uniatlantico.edu.co

Figura 2.5 Multímetro

Km. 7 Antigua Vía Puerto Colombia Atlántico- Colombia. Oficina 201C.

PBX: (5) 319 7010 Ext.: 11061105

[email protected] www.uniatlantico.edu.co

Figura 2.6 Fuente DC (Ref 52145 de la Leybold)

Km. 7 Antigua Vía Puerto Colombia Atlántico- Colombia. Oficina 201C.

PBX: (5) 319 7010 Ext.: 11061105

[email protected] www.uniatlantico.edu.co

Figura 2.7 Resistores (https://en.wikipedia.org/wiki/File:Electronic-Axial-Lead-ResistorsArray.jpg) PROCEDIMIENTO 1.

Manejo de la protoboard y uso de Tinkercad ⮚ La siguiente figura muestra una protoboard

Km. 7 Antigua Vía Puerto Colombia Atlántico- Colombia. Oficina 201C.

PBX: (5) 319 7010 Ext.: 11061105

[email protected] www.uniatlantico.edu.co

Figura 2.8 Parte externa e interna de una Protoboard) La parte de la derecha de la Figura 2.8 nos muestra la forma como está diseñada la protoboard y de acuerdo con esto así es su funcionamiento y la forma de conectar los elementos. Para ampliar está información, consulte el siguiente vídeo de YouTube: (https://www.youtube.com/watch?v=99Rqlf5T00w). ⮚ Para practicar con la protoboard, realice los montajes de las Figura 2.1, Figura 2.2, Figura 2.3 y Figura 2.4. Para ello, utilice el simulador de TinkerCad (www.tinkercad.com)

2.

Registro de las características de los instrumentos de medición

Km. 7 Antigua Vía Puerto Colombia Atlántico- Colombia. Oficina 201C.

PBX: (5) 319 7010 Ext.: 11061105

[email protected] www.uniatlantico.edu.co

⮚ De acuerdo con multímetr que se muestra en la Figura 2.5, busque y anote en su cuaderno la marca, familiarícese con el instrumento, observe si tiene para mediciones de corriente alterna o corriente continua. Registre en una tabla sus rangos de medición de voltaje de corriente alterna (VCA) y voltajes de corriente continua (VCC), de igual manera para los rangos de corriente tanto en alterna como en continua. Observe que otras medidas se pueden realizar con el medidor y para cada una de ellas muestre los rangos establecidos y presente lo observado en una tabla. ⮚ Considere la fuente de voltaje de la Figura 2.6), busque y anote en su cuaderno la marca y el código respectivo, familiarícese con dicha fuente, observe si la salida es alterna, directa o ambas. Registre los valores mínimos y máximos que suministra la fuente, tome nota de estos valores con las apreciaciones respectivas. Presente los resultados en una tabla. 3.

Medida de Resistencias ⮚ En la Figura 2.7 se le muestran 10 resistores, y mediante el código de colores determine los valores nominales de las resistencias. Ahora, con un multímetro, mida el valor de cada resistor con la apreciación respectiva según la escala. Llene la Tabla 2.1 y verifique sus valores utilizando el siguiente simulador (www.tinkercad.com). También puede utilizar (https://tuelectronica.es/calculadora-de-resistencias-y-sus-colores/)

Nota: Al utilizar estos simuladores, tenga en cuenta lo siguiente: Con el fin de encontrar el porcentaje de error, tome como valor experimental el suministrado por el simulador y como valor teórico un valor que se encuentre en el rango de tolerancia. Por ejemplo, si su resistor mide 100Ω y tiene una tolerancia del 5% que en este caso corresponde a un valor de 5, puede tomar como valor teórico cualquiera de los siguientes valores. Esto es, 95, 96, 97, 98, 99, 101, 102, 103, 104 o 105. Resistor R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7

Km. 7 Antigua Vía Puerto Colombia Atlántico- Colombia. Oficina 201C.

Color (1afranja) Rojo Amarillo Cafe Cafe Rojo Naranja Amarillo

Color (2afranja) Rojo Morado Verde Negro Rojo Blanco Morado

PBX: (5) 319 7010 Ext.: 11061105

Color (3afranja) Café Negro Rojo Cafe Rojo Negro Negro

Rteòrica/Ω RT 220 47 1500 100 2200 39 47

[email protected] www.uniatlantico.edu.co

Rexperimental/Ω RE 229.76 46.32 1560.5 102 2300.56 40.24 48.15

%E -4.44 1.45 -4.03 -2 -4.57 -3.18 -2.45

R8 R9 R10 4.

Cafe Cafe Cafe

Negro Rojo Verde

Cafe Rojo Rojo

100 120 1500

98.26 120.43 1491.45

1.74 -0.43 0.57

Medida de Resistencia Equivalente en Serie. ⮚ Aquí es conveniente que los alumnos vean la siguiente simulación de CEDU Uninorte (https://www.youtube.com/watch?v=jikC0Y9iwfU&t=51s). ⮚ Realice el siguiente circuito utilizando la protoboard. Además, calcule la resistencia utilizando el método analítico. Llene la siguiente Tabla.

V1/V

V2/V

VALORES MEDIDOS EXPERIMENTALMENTE V3/V I1/A I2/A I3/A P1/W P2/W

P3/W

VALORES TEÓRICOS

⮚ Explica detalladamente cómo has obtenido los datos consignados en la Tabla anterior. ⮚ De acuerdo con el siguiente circuito:

Km. 7 Antigua Vía Puerto Colombia Atlántico- Colombia. Oficina 201C.

PBX: (5) 319 7010 Ext.: 11061105

[email protected] www.uniatlantico.edu.co

⮚ Energiza el circuito anterior con un voltaje entre las terminales a y b con 10 VDC y luego con un voltaje de 12VDC. En ambos casos la terminal a la conectamos a la terminal positiva de la fuente y la terminal b a al negativo de la fuente. Llene las siguientes Tablas:

VR1

VR2

VR3

VR4

FUENTE DE 10VDC VR5 IR1 IR2

IR3

IR4

IR5

VR1

VR2

VR3

VR4

FUENTE DE 20VDC VR5 IR1 IR2

IR3

IR4

IR5

⮚ ¿En qué resistencias la caída de tensión es más grande? Justifique claramente sus respuestas. ⮚ ¿En qué resistencias la corriente de tensión es más grande? Justifique claramente sus respuestas. 5.

Medida de Resistencia Equivalente en Paralelo. ⮚ Realice el siguiente circuito utilizando la protoboard de tinkercad y realiza las mediciones que te permitan llenar la Tabla de datos de este numeral.

Km. 7 Antigua Vía Puerto Colombia Atlántico- Colombia. Oficina 201C.

PBX: (5) 319 7010 Ext.: 11061105

[email protected] www.uniatlantico.edu.co

V1/V

V2/V

V3/V

VOLTAJE DE LA FUENTE 20VDC VALORES EXPERIMENTALES V4/V V5/V I1/A I2/A I3/A

I4/A

I5/A

VALORES TEÓRICOS VOLTAJE DE LA FUENTE EN VOLTIOS: VF= CORRIENTE TOTAL: IF= ⮚ Explica detalladamente cómo has obtenido los datos consignados en la Tabla anterior. 6.

Medida de Resistencia Equivalente en circuito mixto. ⮚ Realice el siguiente circuito utilizando la protoboard de tinkercad y realiza las mediciones que te permitan llenar la Tabla de datos de este numeral.

Km. 7 Antigua Vía Puerto Colombia Atlántico- Colombia. Oficina 201C.

PBX: (5) 319 7010 Ext.: 11061105

[email protected] www.uniatlantico.edu.co

V1/V

V2/V

V3/V

VOLTAJE DE LA FUENTE 20VDC VALORES EXPERIMENTALES V4/V V5/V V6/V V7/V V8/V

I1/A

I2/A

I3/A

I4/A

I5/A

I6/A

I7/A

I8/A

I9/A

I10/A

P1/W

P2/W

P3/W

P4/W

P5/W

P6/W

P7/W

P8/W

P9/W

P10/W

V8/V

V9/V

V10/V

V9/V

V10/V

V1/V

V2/V

V3/V

VALORES TEÓRICOS V4/V V5/V V6/V V7/V

I1/A

I2/A

I3/A

I4/A

I5/A

I6/A

I7/A

I8/A

I9/A

I10/A

P1/W

P2/W

P3/W

P4/W

P5/W

P6/W

P7/W

P8/W

P9/W

P10/W

VOLTAJE DE LA FUENTE EN VOLTIOS: VF= CORRIENTE TOTAL: IF= POTENCIA DE LA FUENTE: PF=

Km. 7 Antigua Vía Puerto Colombia Atlántico- Colombia. Oficina 201C.

PBX: (5) 319 7010 Ext.: 11061105

[email protected] www.uniatlantico.edu.co

7.

Medidas de voltaje y corriente. ⮚ Realice el montaje de la Figura 2.4, En el simulador anterior de tinkercad, mida la corriente y la diferencia de potencial a través de cada elemento. Registre sus mediciones en la siguiente Tabla.

Voltaje de la fuente= 22VDC Elemento Fuente R1 Bombilla

Vmedido/V

Imedido/A

P/watt

Imedido/A

P/watt

Voltaje de la fuente= 15VDC Resistor R5 Bombilla

Vmedido/V

PREGUNTAS 1. ¿Por qué se dice que el amperímetro se conecta en serie? 2. ¿Por qué se dice que el voltímetro se conecta en paralelo?

Km. 7 Antigua Vía Puerto Colombia Atlántico- Colombia. Oficina 201C.

PBX: (5) 319 7010 Ext.: 11061105

[email protected] www.uniatlantico.edu.co

3. ¿Qué características debe tener un voltímetro ideal? 4. ¿Qué características debe tener un amperímetro ideal? 5. De acuerdo con el siguiente circuito:

5.1 Encuentra la resistencia equivalente entre los extremos a y b. 5.2 Conecta una fuente de 25V entre las terminales a y b del circuito anterior. El terminal positivo de la fuente colócalo en a. Calcula la corriente total del circuito y la potencia total. 5.3 Utilizando los medidores de tinkercad, calcula la potencia (P=VI=I2R=V2/R) en cada resistor. 5.4 Encuentre la potencia total de los resistores y compárala con la potencia suministrada por la fuente. Qué puedes concluir. 6. Repite el numeral 5 al cortocircuitar la resistencia R2 de valor 1 KΩ.

Km. 7 Antigua Vía Puerto Colombia Atlántico- Colombia. Oficina 201C.

PBX: (5) 319 7010 Ext.: 11061105

[email protected] www.uniatlantico.edu.co

7. Repite el numeral 5 al abrir la resistencia R5 de valor 470 Ω. 8. ¿Qué puede concluir de este experimento? REFERENCIAS [1] P. B Zbar, A. P. Malvino, Young, M. A. Miller, Prácticas de Electrónica, séptima edición, Alfaomega, México, 2001. [2] M. Alonso, E. J. Finn, Física: Campos y Ondas, Edición revisada y aumentada, Addison-Wesley-Longman, México, 1998. [3] Ch. K. Alexander, M. N. O. Sadiku, Fundamentos de Circuitos Eléctricos, tercera edición, McGraw-Hill, México, 2006. [4] T. L. Floyd, Principios de Circuitos Eléctricos, Octava edición, Pearson Educación, México, 2007.

Km. 7 Antigua Vía Puerto Colombia Atlántico- Colombia. Oficina 201C.

PBX: (5) 319 7010 Ext.: 11061105

[email protected] www.uniatlantico.edu.co...