CIRCUITOS DE CORRIENTE CONTINUA

CIRCUITOS DE CORRIENTE CONTINUA 1.- OBJETIVOS Los objetivos de la práctica son los siguientes: -Aprendizaje del uso del polímetro: medida de resistenc...
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CIRCUITOS DE CORRIENTE CONTINUA 1.- OBJETIVOS Los objetivos de la práctica son los siguientes: -Aprendizaje del uso del polímetro: medida de resistencias, tensiones e intensidades de corriente continuas. -Verificación de la ley de Ohm y de las leyes de Kirchhoff en circuitos en corriente continua. 2.-CONCEPTOS TEORICOS Los conocimientos teóricos que se precisan para realizar esta práctica son sumamente elementales, por eso vamos a enunciar simplemente las leyes y dar las ecuaciones necesarias. Ley de Ohm: Dado un circuito (o rama de un circuito) por el cual circula una corriente de intensidad I, la diferencia de potencial (también llamada tensión) entre dos puntos es igual al producto de la intensidad que circula por el valor de la resistencia que haya entre esos dos puntos. V=R*I Leyes de Kirchhoff de redes eléctricas: -En un nudo de una red la suma de las intensidades es cero (considerando con signos opuestos las intensidades entrantes y salientes). -La suma de las diferencias de potencial a lo largo de cualquier camino cerrado en una red es nula. Composición de resistencias: Para N resistencias en serie, la resistencia equivalente es RT = R1 + R2 + ... + RN 1 1 1 1 Para N resistencias en paralelo, la resistencia equivalente es = + + ... + R T R1 R 2 RN 3.-CODIGO DE COLORES DE LAS RESISTENCIAS Las resistencias de carbón (las que se utilizarán en esta práctica) tienen impreso un código de colores que indica el valor de la resistencia. Cada una de las resistencias tiene cuatro rayas de color. En uno de los extremos hay siempre una dorada (no amarilla, sino dorada); ésta servirá de referencia para la lectura del código. Colocaremos la resistencia de forma que la raya dorada quede en el extremo derecho, de forma que, colocada la resistencia horizontalmente, tendremos

Color

Color Color Dorada

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Para proceder a la lectura del valor de la resistencia lo haremos por comparación con la tabla que se encuentra sobre la mesa del laboratorio, donde hay tres columnas con colores y números a su derecha. Por ejemplo, supongamos que tuviéramos una resistencia con los siguientes colores: naranja, rojo, marrón, dorado. Buscamos el primer color en la primera columna de la tabla: naranja=3; el segundo color se busca en la segunda columna de la tabla: rojo=2; el tercer color en la tercera columna: marrón=*10. Esto es, 3 2 *10, que se interpreta 32*10=320 ohmios; esta resistencia tiene por tanto 320 ohmios. La cuarta raya, la dorada, es la tolerancia, un 5%. Esto implica que aunque el valor teórico de la resistencia son 320 Ω, el valor real es 320Ω±5%, o lo que es lo mismo, 320±16Ω, con lo que el valor que mediríamos con cualquier aparato de medición estará entre 304 Ω y 336 Ω.

4.-DESCRIPCION DEL POLIMETRO El polímetro (también llamado “tester”) es, como su nombre indica, un aparato que puede medir diferentes variables físicas. El modelo que se utiliza en esta práctica puede medir diferencias de potencial (o tensión) V continuas y alternas, intensidades de corriente I continuas y alternas, resistencias R, capacidades de condensadores C, frecuencias y la variable hFE de un transistor. El frontal del polímetro está estructurado de la siguiente manera: en la parte superior hay una pantalla en la que aparece el valor de la magnitud medida y la unidad correspondiente; en la zona intermedia, además del botón on-off , tenemos el selector de variable y de fondo de escala; en la parte inferior están los conectores de los terminales que aplicaremos en los circuitos para proceder a las mediciones.

PANTALLA ON-OFF SELECTOR DE VARIABLE

CONECTORES PARA TERMINALES

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SELECTOR DE VARIABLE Y FONDO DE ESCALA. Como se puede comprobar, el selector es una rueda con la que podemos escoger la variable que queremos medir. Desde la parte superior y siguiendo un sentido antihorario tenemos Ω (resistencia), CX (capacidad) (en algún modelo éste va después), A= (intensidad de corriente continua), A~ (intensidad de corriente alterna), kHz (frecuencia), V~ (diferencia de potencial alterna), V= (diferencia de potencial continua) y hFE (medición de transistores). Dado que en esta práctica vamos a estudiar circuitos de corriente continua utilizaremos sólo las escalas de resistencia, tensión continua e intensidad de corriente continua. Como se puede ver en el polímetro, cada variable tiene varios posibles fondos de escala. Así, por ejemplo, en tensión continua tenemos 200m, 2, 20, 200 y 1000 voltios (recordad que el prefijo m son mili = 10-3); estos son los valores máximos que podremos medir cuando seleccionemos cada opción. Esto es, que si ponemos el selector en la posición de 20V, podremos medir tensiones de hasta 20V, pero no superiores. Evidentemente, si escogemos 20V y la medida da, por ejemplo, 1.5V, pasaremos a la escala de 2V, ya que la precisión será mayor. Por lo tanto, en cada ocasión hay que escoger el fondo de escala mínimo que incluya la medición para incrementar la precisión. En el caso de que escojamos un fondo de escala demasiado pequeño (por ejemplo, 2V para una tensión de 15V) en la parte izquierda de la pantalla aparecerá el signo 1 que indica que estamos fuera de escala y que debemos buscar un fondo de escala mayor. Si no tenemos ninguna idea del orden de magnitud de la tensión que vamos a medir, escogeremos la escala más grande y en función de la lectura elegiremos un nuevo fondo de escala, el más próximo al valor (por arriba) con lo que obtendremos la medida más precisa posible. Para la resistencia sucede lo mismo. Aquí los fondos de escala son 200, 2K, 20K, 200K, 2M, 20 M y 200M ohmios; recordad que los prefijos son K de kilo (103) y M de mega (106). Si en la parte izquierda de la pantalla aparece el signo 1 incluso en la escala más grande, asumiremos que la resistencia es infinita. Para las intensidades en continua, los valores son 2m, 20m, 200m y 20 amperios. Para proceder a la medición de cada variable deberemos, en primer lugar, colocar el selector en la variable y fondo de escala elegido. Después procederemos a conectar los terminales de medición en los conectores de la parte inferior en su lugar correspondiente. El terminal negro debe ir siempre conectado al COM. El terminal rojo irá conectado dependiendo de la variable que vayamos a medir. Si medimos tensión (V) o resistencia lo conectaremos en el conector de la derecha, donde pone V/Ω.

ROJO

NEGRO

Si vamos a medir intensidades lo conectaremos en el segundo por la izquierda que pone mA (miliamperios) ya que las intensidades que mediremos no superarán los

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200mA. El conector de más a la izquierda (10 A ó 20 A, dependiendo del modelo) no se usará para nada. Es fundamental que estén bien conectadas las terminales coincidiendo con la posición del selector.

ROJO

NEGRO

Una vez que esté todo bien elegido encenderemos el polímetro presionando el botón ON/OFF. Se deberá prestar mucha atención a la forma en que se conectan los terminales del polímetro a los circuitos o elementos para medir resistencias, tensiones e intensidades de corriente. Para medir una RESISTENCIA hay que hacerlo SIEMPRE FUERA del circuito. Las TENSIONES se miden en PARALELO de aquella rama del circuito en la que queramos medir la diferencia de potencial, mientras que las INTENSIDADES se miden en SERIE en la rama del circuito correspondiente. DE NO HACERLO ASÍ QUEMAREMOS EL FUSIBLE DEL POLÍMETRO Y LO INUTILIZAREMOS COMO MEDIDOR. Así que mucho cuidado. En las figuras se os indicará en cada caso cómo hay que hacerlo.

5.-PLACA DE PRUEBAS Esta placa es sobre la que se montarán los circuitos y se realizarán las mediciones. Consiste en un conjunto de pines conectados según se indica en la figura. Las columnas A, B están conectadas en vertical, pero no entre sí. Entre cada dos grupos de estas columnas hay unas columnas marcadas a, b, c, d, etc. Estas están conectadas horizontalmente en dos grupos (abcde por un lado y fghij por el otro). Empezad por comprobarlo. Para ello, tomad el polímetro, colocad el selector en resistencias, con el fondo de escala 2K y el terminal rojo en el conector de resistencias. Encended el polímetro. Conectad las puntas de los terminales a dos pines de una columna A. La pantalla del polímetro marcará 0 (no hay resistencia, están conectados por un cable de casi nula resistencia); si pasáis al menor fondo de escala veréis que hay una mínima resistencia de algún ohmio.

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A B

a b c d e f g h i j A B

Haced lo mismo para dos pines de la columna B. Conectad ahora los terminales a un pin de la columna A y a otro de la B. ¿Qué resistencia marca? Si vais cambiando el fondo de escala hasta llegar a 200M, el marcador sigue dando infinito, esto es, no están conectadas. Haced las comprobaciones correspondientes para los pines de las columnas a, b, c, etc.

6.-MEDIDA DE RESISTENCIAS Ahora es cuando podemos proceder a medir resistencias. Tomad una resistencia cualquiera de las cuatro de que disponéis. Conectadla sobre la placa de pruebas en dos pines no-interconectados y conectad los terminales del polímetro a dos pines adyacentes a cada pata de la resistencia, de forma que haya contacto eléctrico. Colocad el selector del polímetro en la escala óptima según se explicó más arriba y anotad el valor. Haced lo mismo para las otras tres resistencias. Comparad los valores con los nominales según el código de colores impreso sobre cada una (sobre la mesa de prácticas tenéis el código de colores). Tomad ahora la resistencia de 1500 Ω y la de 470 Ω. Montadlas en paralelo y medid la resistencia neta. Ponedlas ahora en serie y medid la resistencia entre los extremos. Verificad que ése es el valor que debéis obtener según las ecuaciones de composición de resistencias.

7.-CIRCUITOS. MEDIDA DE TENSIONES E INTENSIDADES Con la ayuda de los cablecillos de la caja montad el circuito 1. Como fuente de alimentación usaremos la pila; las resistencias serán R1=1500Ω R2=820Ω R3=680Ω y R4=470 Ω. A la hora de insertar tanto las resistencias como los cables de conexión, no es necesario insertarlos hasta que toquen fondo, sólo insertarlos en los pines de forma que queden aprisionados.

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V

C

A Circuito 1 R3

R1

B

R4

R2

Consultad al profesor/a si el circuito está bien montado antes de empezar a medir. Medid la tensión que proporciona la pila y la caída de tensión en cada resistencia. Para ello recordad que debéis selecionar en el polímetro la tensión continua (escoged el fondo de escala de 20V), colocando los terminales en los conectores adecuados. Y que hay que medir las tensiones en el circuito en PARALELO. Esto es, conectarlos según la figura 1 para medir la diferencia de tensión entre los bornes de la pila y según la figura 2 para medir la diferencia de tensión entre los extremos de una resistencia. HACED ESTO ÚLTIMO PARA LAS CUATRO RESISTENCIAS.

R3

R1

Figura 1

R3

R4

R1

R2

R2

Figura 2 Medida de tensiones

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R4

Medid ahora la intensidad de la corriente en las tres ramas del circuito (o, lo que es lo mismo, la intensidad que atraviesa cada resistencia), tal y como se indica a continuación (ver también las figuras 3 y 4). Para ello poned el selector en la posición de intensidad de corriente continua, escala de 200mA para empezar y los terminales conectados en los conectores correspondientes. Y ahora, conectarlos al circuito EN SERIE: esto quiere decir que hay que abrir el circuito y conectar las puntas del polímetro a los dos extremos abiertos de forma que el circuito queda cerrado a través del polímetro, tal y como se indica en los ejemplos de las figuras 3 y 4. Recordad que la intensidad es la carga que circula por unidad de tiempo, con lo que la intensidad que circula por una resistencia es la misma que circula por el cable que esté situado inmediatamente antes o inmediatamente después. Al llegar a un nudo es cuando la carga se reparte y la intensidad varía. FIJAOS BIEN AL HACER LA MEDICION; SI LA HACEIS EN PARALELO FUNDIREIS EL FUSIBLE DEL POLIMETRO. MUCHO CUIDADO. Ajustad, si es necesario, el fondo de escala para optimizar la medición.

A R3

R1

B

R4

R2

Figura 3. Medición de intensidad en la rama AB

A R4

R3

R1

B

R2

Figura 4. Ejemplo de medición de la intensidad que atraviesa a las resistencias R2 y R4.

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8.- RESISTENCIA VARIABLE Por último, utilizaremos una resistencia variable (es el pequeño dispositivo cilíndrico negro con una ranura en el centro).

Montadla sobre la placa para medir su valor insertando los extremos en pines no interconectados. La conexión es entre la pata que está sola y una cualquiera de las otras dos. Es importante que la tercera que no se use no esté conectada a fin de no producir cortocircuitos. Así, las dos patas insertadas las trataremos como los extremos de una resistencia normal. El valor de la resistencia se hace variar girando la parte central con la ayuda del vástago de plástico o, si no lo tiene, de un destornillador pequeño. HACEDLO CON CUIDADO. Comprobad que el valor mínimo es 0Ω y el máximo está entre 1900 y 2200Ω, dependiendo de la pieza en particular. Montad ahora el circuito 2 con esa resistencia. Medid primero la intensidad en el circuito para el valor máximo de la resistencia variable. Repetid el proceso escogiendo otros cuatro valores de la resistencia que estén en torno a 1800, 1400, 1000 y 600 ohmios (no hace falta que sean exactamente éstos, pero no bajéis de 500Ω, podéis tener problemas de estabilidad). Para ello, en cada ocasión, sacad la resistencia del circuito, montadla sobre la placa, conectad el polímetro y con el destornillador seleccionad el valor deseado. Una vez establecida la resistencia, volved a montarla en el circuito y medid la intensidad.

V Circuito 2

R variable

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INFORME DE LA PRÁCTICA: CIRCUITOS DE CORRIENTE CONTINUA

Nombres:

Grupo: Fecha:

1.- Enunciar de forma resumida los OBJETIVOS de la práctica.

2.- RESULTADOS Apdo. 5.- PLACA DE PRUEBAS Valor de la resistencia entre dos pines de la columna A: _____________________ Valor de la resistencia entre dos pines de la columna B: _____________________ Valor de la resistencia entre un pin A y otro B: _____________________ Valor de la resistencia entre dos pines de una columna a: _____________________ Valor de la resistencia entre un pin a y otro b sobre la misma fila:_______________ Valor de la resistencia entre un pin a y otro c, d ó e sobre la misma fila: _________ Valor de la resistencia entre dos pines f,g,h,i,j sobre la misma fila: ____________ ¿Por qué en la placa de pruebas la resistencia es nula entre dos pines tipo A?

¿Cuánto vale la resistencia entre dos pines sin conexión eléctrica?.

¿Qué podeis decir sobre las conexiones eléctricas de los diferentes pines?

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Apdo. 6.- MEDIDA DE RESISTENCIAS Rellenad la tabla indicando las unidades Resistencia Valor nominal Tolerancia

Valor medido

¿Entra en la tolerancia?

1 2 3 4 Resistencias en serie: Valor teórico

Valor medido

Resistencias en paralelo: Valor teórico

Valor medido

Comentar el porqué de las diferencias entre los valores medidos y los esperados.

Apdo. 7.- MEDIDA DE TENSIONES E INTENSIDADES EN EL CIRCUITO 1 Rellenad la siguiente tabla con los valores medidos, colocando la resistencia en ohmios, la tensión medida en voltios y la intensidad medida en amperios: RESISTENCIA (Ω)

TENSION (V)

INTENSIDAD (A)

Con el valor medido de intensidad, calcular el valor de la tensión según la ley de Ohm V=R*I y comparadlo con el medido. Tensión teórica

Tensión medida

Comentar el resultado.

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Comprobar que se verifica la ley de Kirchhoff para las intensidades que confluyen en el nudo B.

El circuito 1 puede ser sustituido por un circuito como el de la siguiente figura:

R donde R es una resistencia equivalente. Calcular el valor de esta resistencia que sustituya a las R1, R2, R3 y R4 del anterior circuito.

Apdo. 8.- RESISTENCIA VARIABLE Rellenad la siguiente tabla con los valores medidos:

Resistencia (Ω)

Intensidad (A)

Representad en una gráfica los valores de la resistencia frente al inverso de la intensidad de corriente. Dibujad sobre los puntos una recta que se encuentre lo más cerca posible

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de todos los puntos experimentales a la vez, extendiéndola hasta que corte al eje de ordenadas; esa recta corresponde a la ecuación 1 R = m +b I

Evaluad los valores de los parámetros m (pendiente de la recta) y b (ordenada en el origen). Valor obtenido para m: Valor obtenido para b: Teniendo en cuenta la ley de Ohm, ¿qué significado físico tiene la pendiente m? ¿qué valor debería haber dado? ¿Por qué?

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