GRUPO HEUREMA. EDUCACIÓN SECUNDARIA

ENSEÑANZA DE LA FÍSICA Y LA QUÍMICA

sección: PRÁCTICAS DE FÍSICA
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SOLUCIÓN

Fig.1

¿Dónde colocar el voltímetro?

 

 

Introducción

 

El circuito eléctrico más sencillo  experimental consiste en una fuente de alimentación, una resistencia, un amperímetro y un voltímetro. El objetivo de este circuito es medir los ohmios de la resistencia  aplicando la ley de Ohm.

 

                                              

Para medir V se necesita un voltímetro que posee una resistencia y para medir  I un amperímetro que tiene también una resistencia..

La introducción inevitable de estas dos resistencias en el circuito   condiciona la medida de la resistencia R.

 

Hay dos posibilidades de colocar el voltímetro,  una la denominada larga (fig.1 y fotografía 1) y otra la denominada corta (fig. 2 y fotografía 2).

 

El objetivo de nuestro experimento es determinar cuál de los dos montajes del voltímetro  es el que mejor proporciona el valor real  de la resistencia R.

                       

 

Análisis de los circuitos

 

Circuito largo

 

e es la fuera electromotriz de la pila, se admite que su resistencia interna es despreciable

R la resistencia que se desea medir

RA la resistencia del amperímetro

RV la resistencia del voltímetro

IP la intensidad que circula por la pila

IA la intensidad que mide el amperímetro y que atraviesa R

IV la intensidad que recorre el voltímetro

VA La caída de tensión en el amperímetro

VV la caída de tensión  indicada por el voltímetro

VR la caída de tensión en la resistencia R.

 

Fotografía 1

Fig.2

 

El voltímetro abarca a la resistencia R y al  amperímetro. El dispositivo se denomina largo. El voltímetro indica VR=19,45 V y el amperímetro IA=583 mA. Las resistencias RA y RV señaladas en la figura 1 no se ven en la fotografía ya que van incorporadas dentro de los aparatos de medida.

 

La resistencia R de acuerdo con la ley de Ohm es:

Cómo las lecturas de los aparatos  es IA y V , al aplicar la ley de Ohm damos un valor de la resistencia R´

 

 

Este resultado indica que debido a los instrumentos de medida cometemos un error sistemático  en la medida de R. Ese error es tanto menor cuanto menor sea  la resistencia del amperímetro.

 

Circuito corto

e es la fuera electromotriz de la pila, se admite que su resistencia interna es despreciable

R la resistencia que se desea medir

RA la resistencia del amperímetro

RV la resistencia del voltímetro

IR la intensidad que atraviesa la resistencia R

IA la intensidad que mide el amperímetro

IV la intensidad que pasa por el voltímetro

VR la caída de tensión en la resistencia R que es la lectura indicada por el voltímetro

 

 

Fotografía 2

Este montaje se denomina corto pues el voltímetro solo abarca a la resistencia R El voltímetro indica VR=19,39 V y el amperímetro

IA= 602 mA. La Resistencia R es la misma en las dos fotografías.

 

La resistencia R de acuerdo con la ley de Ohm es:

A partir de la lectura de los aparatos

 

 

La ecuación anterior nos dice que el error cometido al medir R es tanto menor cuanto mayor sea la resistencia del voltímetro, por ello los voltímetros tienen una resistencia incorporada muy grande. En particular si RV>> R entonces R´= R

 

El objetivo del experimento es determinar cuál de los dos montajes ofrece mejores resultados cuando se mide una resistencia. Utilizaremos como resistencias verdaderas las comerciales,  las cuales van acompañadas de una incertidumbre en sus valores. Las más corrientes tienen una  incertidumbre del 5% de su valor nominal o el 10% de su valor nominal.

 

Por ejemplo una resistencia de valor nominal 1000 W y con una incertidumbre del 5% quiere decir que el fabricante nos garantiza que su valor está comprendido entre 950 W y 1050 W,.Si esa misma resistencia de 1000 W nominales tuviese una incertidumbre del 10% su valor estaría comprendido entre 900 W y 1100 W.

 

Valores nominales e incertidumbres de las resistencias

           

Las resistencias más baratas son de tamaño pequeño y se identifican por las cuatro  bandas de  colores que llevan impresas, según el siguiente código.

 

Marrón =1 , Rojo =2 , Naranja =3 ; Amarillo =4  , Verde = 5; Azul = 6, Violeta =7

 

Valor nominal de una resistencia  que sus tres primeras bandas son de colores: amarillo, violeta , rojo, estos   colores corresponden a los números 4 ,7, 2 , el valor nominal se obtiene añadiendo a los dos primeros números 47 el número de ceros que indica el tercer color en este caso el valor nominal es 4700 W.

 

Incertidumbre. La última banda puede ser de color oro indica el 5% del valor nominal o plata indica el 10 % del valor nominal. Si fuese  color oro la resistencia anterior está comprendida entre

 

                                   Valor mínimo 

                                   Valor  máximo 

 

 

Material

Juego de resistencias comprendidas entre 1000 W y 220 kW. Se recomienda que todas tengan  una incertidumbre del 5%.

Dos multímetros (uno funciona como amperímetro y el otro como voltímetro).

Una fuente de corriente continua

Cables de conexión.

 

Modo de operar

 

1) Mediante el código de colores identifica el valor nominal de cada resistencia y su incertidumbre. En la tabla I coloca los valores  nominales de las resistencias y sus valores extremos, esto es, el valor máximo y mínimo de cada una.

 

1) Monta el  circuito corto como el de la figura 2 o la fotografía 2, empezando  por la resistencia más pequeña. Anota en la tabla I(a),  la intensidad y el voltaje. Calcula la resistencia que denominamos en la tabla RC. Pasa el voltímetro a la posición larga (como la figura 1 o la fotografía1). Anota en la  tabla I(b)  la intensidad y el voltaje. Calcula la resistencia que denominamos RL..

 

2) Repite el apartado anterior con cada resistencia, siguiendo el orden de menor a mayor. Anota todas las medidas en la tabla I.

 

 

 

 

 

3) Haz la representación siguiente con los valores de la tabla I(a) que consta de tres partes

a) En el eje Y las resistencias nominales, en el eje X las resistencias extremas menores

b) En el eje Y las resistencias nominales, en el eje Y las resistencias extremas  mayores

c) En el eje Y las resistencias nominales, en el eje X las resistencias cortas RC.

 

4) Haz la representación siguiente con los valores de la tabla I(b) que consta de tres partes

a) En el eje Y las resistencias nominales, en el eje X las resistencias extremas menores

b) En el eje Y las resistencias nominales, en el eje Y las resistencias extremas  mayores

c) En el eje Y las resistencias nominales, en el eje X las resistencias largas RL.

 

Se considera el mejor montaje aquel en que todas las medidas están comprendidas entre

los valores máximos y mínimos. A la vista de las gráficas decide cuál es el mejor dispositivo.

 

5) Las resistencias comerciales de tamaño pequeño suelen tener una potencia máxima  de 2 W.. Si en un circuito utilizamos una fuente de alimentación de 18,9 V, determine el valor mínimo de la resistencia que puede utilizarse sin deteriorarla.

 

 

Tabla I (a) Montaje corto

 

R nominal/W

R mínimo

en  W

R máximo

en W

Intensidad

en mA

Voltaje/V

Resistencia

Rc/W

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                   Tabla I (b) Montaje largo

 

R nominal/W

R mínimo

en  W

R máximo

en W

Intensidad

en mA

Voltaje/V

Resistencia

RL/W

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ALMACÉN

Composición de fuerzas con ventosas

Fuerzas paralelas

Ley de enfriamiento de un líquido

Imágenes en espejos planos que se cortan

Ley de Snell con alfileres

Prisma de agua

Análisis de hilos conductores.Ley de Ohm

Máximo de una función (Potencia de un generador)

Ondas estacionarias transversales propagándose por una cuerda

Investigando con el péndulo bifilar

Investigando la relación entre el volumen evacuado por una bureta y el tiempo empleado

Péndulo Compás

Medida de la longitud de onda de la luz emitida por un puntero láser

Magnitudes directamente proporcionales

Construcción de un cronovibrador casero

Aplicación del cronovibrador: medida de la aceleración de la gravedad mediante la caída libre

Magnitudes inversamente proporcionales

Experimentos con una rueda de construcción casera

Calibrado de un espectroscopio y medida de longitudes de onda

Relación aproximada carga-masa del electrón

Movimiento parabólico

Lentes convergentes

Manómetro

Aproximación a la fuerza ejercida por la presión atmosférica

Ley de Boyle-Mariotte

Principio de Arquímides 1

Densidad de líquidos

Empuje y densidad

Acción y reacción.Medida cuantitativa aplicando el Principio de Arquímides

Condensadores. Parte I

Condensadores.Parte II

Condensadores.Parte III

Condensadores.Parte IV

Condensadores.Parte V

Condensadores.Parte VI

Verificación de la fórmula F=ma

Condensadores.Parte VII

Rendimiento de un calorímetro 1

Rendimiento de un calorímetro 2

Medida aproximada del índice de refracción del agua

Medida del calor específico de una tuerca

Ley de Boyle con tubo de Mariotte(Práctica individual)

Ley de Boyle con tubo de Mariotte(Práctica colectiva)

Ley de Snell

Ángulo límite

Imágenes virtuales en lentes divergentes

Límite de rotura de un hilo

Varilla pivotada

Lente de agua

Péndulo sector

Circuitos 1

Circuitos 2

Circuitos 3

Circuitos 4

Circuitos 5

Circuitos 6

Circuitos 7

Circuitos 8

Voltaje máximo en corriente alterna

Focal de una lente convergente

Lente gruesa

Circuitos 9

Imanes 1

Imanes 2

Impedancia

Péndulo compuesto

Lentes convergentes combinadas

Combinación de lentes

Circuito sorprendente de corriente alterna

Descarga entre condensadores I

Descarga entre condensadores II

Varilla girando en el aire

Impedancias 2

Circuito de corriente alterna con motor

Focal de una lente divergente

Cicloide acelerada

Un experimento con integración numérica

Óptica casera I

Óptica casera II

Resistencia interna de voltímetros

Carga y descarga de un condensador mediante una gran resistencia

Carga y descarga simultánea de uncondensador

Puente de Wheatstone

Óptica casera III

Circuito con cuatro resistencias

Óptica casera IV

Electricidad casera I

Condensadores en corriente alterna I

Condensadores en corriente alterna II

Condensador en paralelo

Óptica casera V

Puente de alterna I

Puente de alterna II

Óptica casera VI

Condensador no electrolítico 1

Condensador no electrolítico 2

Circuito eléctrico simétrico 1

Circuito eléctrico simétrico 2

Potencia máxima en derivación

Un circuito con entrada y salida