GRUPO HEUREMA. EDUCACIÓN SECUNDARIA

ENSEÑANZA DE LA FÍSICA Y LA QUÍMICA

sección: PRÁCTICAS DE FÍSICA
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SOLUCIÓN

Fig.1

 

Puente de Wheatstone

 

Introducción

 

Esta práctica, dado que  el material empleado es barato  y sencilla de montar, puede ser realizada en casa por los alumnos..

El puente de Wheatstone es un dispositivo clásico que sirve para determinar una resistencia desconocida a partir de otras tres conocidas. En este experimento utilizamos en lugar de un galvanómetro (como se explica en los libros de texto)   un voltímetro digital barato que marca la diferencia de potencial entre dos puntos del circuito tanto con signo positivo como negativo. Determinamos la diferencia de potencial entre los dos puntos del circuito manteniendo tres resistencias fijas y una variable. La grafica resistencia variable frente a la lectura del voltímetro nos permite calcular el cero de la escala del voltímetro y entonces comparar valores experimentales y teóricos.

           

Material

 

Tres resistencias fijas , R1, R2 y R3

Juego de resistencias para formar una resistencia variable

Multímetro

Pila de petaca

 

En la figura 1 se representa el esquema del dispositivo  y en las siguientes fotografías se representan las resistencias y el óhmetro,  con dos valores de la resistencia variable;  en  la fotografía 1 el voltaje entre C y D es negativo y en la fotografía 2 el voltaje entre los puntos anteriores es positivo  

Fotografía 1. El voltaje entre C y D es negativo

Fotografía 2.- El voltaje entre C y D es positivo. Las resistencia R1 , R2 y R3 son las mismas en las dos fotografías, la diferencia está en   la resistencia Rv. El puente se dice que está equilibrado cuando el voltaje entre C  D se anula

 

Deducción teórica

 

En la figura 1, designamos con I a la intensidad que atraviesa la pila y con I1  la que recorre la resistencia variable y la R1 y con I2 la que pasa por R3 y R2.

Consideramos que la pila  tiene resistencia interna despreciable  y por ello la caída de tensión entre A y B coincide con la fuerza electromotriz de la pila.

 

Malla ADB          ;    Malla ABC    

 

Diferencia de potencias CA :   ;   Diferencia de potencias AD . 

 

A partir de estas dos ecuaciones   

 

Sustituyendo I1 e I2 en la ecuación anterior

  (1)

Cuando la diferencia de potencial es nula resulta:

 

 

La ecuación (2) representa la condición del puente de Wheatstone , el producto de las resistencias opuestas son iguales.

 

 

Modo de operar

 

1) Disponga el multímetro para que funcione como óhmetro y mida y anote los valores de las resistencias  fijas.

 

                                                R1=               R2 =               R3 =              

 

Utilice ahora el multímetro como voltímetro en corriente continua y mida la caída de tensión en la pila y anote su valor

                                             

 

2) Monte el circuito de la figura 1, siendo fijas las resistencias R1, R2 y R3. Mida   con el óhmetro una resistencia Rv y  a continuación el voltaje VC-VD con esa resistencia. . Obtenga pares de valores Rv y voltaje y reúna los datos en la tabla I.(estos son los valores experimentales)

 

 

 

3) Complete la tabla I,  dando valores a Rv y aplicando la ecuación (1). Estos son los valores teóricos.

                           

                  

 

Tabla I

 

RV/W

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(VC-VD) /V

experimentales

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rv/W

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VC-VD teóricos Aplicar ecuación (1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rv*R2/W2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4) Calcule la resistencia equivalente RE del circuito en función de RV.

 

 

5) Calcule la potencia suministrada por la pila al circuito en función de RV..Complete la tabla II

 

 

 

Tabla II

 

RE/W

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P/W

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1/RE )/W-1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tratamiento de los datos

 

1) Represente en una gráfica los valores teóricos de VC-VD (eje Y) frente a RV. En esa  misma gráfica represente los valores experimentales. Estime a partir de esa gráfica el valor de Rv que hace nulo al voltaje.

 

2) Represente RV*R2 frente a Rv y en la misma gráfica R1*R3. Estime el valor de Rv que hace nulo el voltaje.

 

3) Haga la medida de los valores anteriores y compare si calcula  el valor de Rv a partir de la ecuación (2).

 

4) Represente la potencia suministrada al circuito  frente a RE.

 

5) Represente  la potencia frente a y a partir de la gráfica determine el valor de la fuerza electromotriz de la pila.