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EXPERIMENTO 01 Resistencias, el Multímetro, y la Ley de Ohm Objetivos Familiarizar al estudiante con los resistores, el multímetro como instrumento de medida, la fuente de poder variable, y la ley de Ohm como una de las leyes fundamentales en los circuitos eléctricos.

Equipos • • •

Fuente de poder variable Panel de Prototipos (“Breadboard”) Multímetro

Dispositivos Resistencias: Potenciómetro: Fotorresistencia

Varios valores a discreción del instructor. Cada estudiante debe traer un mínimo de cuatro valores diferentes. 10KΩ (1) (1)

Fundamento Teórico Resistores Resistencia es la oposición que un elemento ofrece al paso de corriente. Su unidad son los ohmios (Ω). Los resistores son elementos diseñados para obtener un valor de resistencia específica, sin embargo este valor puede variar un poco debido al proceso de fabricación de la misma. A esta diferencia del valor ideal se le llama tolerancia y esta definida por un porcentaje del valor ideal. Las resistencias más comunes están hechas a base de carbón. Para identificar sus valores se les dibuja una serie de bandas de colores alrededor del cuerpo de la misma. Para poder leer el valor de la resistencia a partir de los colores existe un código que indica un número asociado a cada color y posición. La Tabla 1 muestra el código de

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colores. La posición de cada banda en una resistencia indica si se usa el valor o el multiplicador (10valor).

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Tabla 1. Código de Colores Color Negro Café o Marrón Rojo Naranja Amarillo Verde Azul Violeta Gris Blanco

Valor 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Multiplicador 0 10 100 1000 10000 100000 1000000 N/A N/A N/A

Las tolerancias son: Dorado Plata Blanco Marrón

o

5% 10% 1%

Para leer la resistencia se debe observar cada uno de los colores de izquierda a derecha, donde el primer color es el primer dígito del valor, el segundo corresponde al segundo dígito del valor, y el tercer color corresponde al número de ceros o multiplicador que se le deben agregar a los dígitos anteriores para formar el número final. La cuarta banda representa la tolerancia del valor nominal. Esta banda generalmente está separada del resto de las bandas.

Figura 1-1 Código de Colores en una resistencia Ejemplo: El valor de la resistencia de la Figura 1-1 se determina de la siguiente manera: Café = 1, Verde = 5, Rojo (2) = x100, valor final = 1500 Ohms. La banda dorada significa 5% de tolerancia. Algunos resistores de alta precisión incluyen una quinta banda, o utilizan otro formato para indicar la resistencia. Si se utilizan cinco bandas, las primeras tres indican los valores, la cuarta el multiplicador, y la quinta la tolerancia (que será de

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1% o 2%). Si se utiliza otro formato para indicar la resistencia, el valor numérico será impreso en lugar de la banda de color. La lectura de los valores numéricos se interpreta de la misma manera que las bandas de colores. Resistencias variables o Potenciómetros Las resistencias variables son elementos que cambian su valor resistivo debido a un efecto mecánico o un fenómeno físico. Un ejemplo de resistencia variable mecánica es el potenciómetro, el cual es un dispositivo resistivo que cambia su valor de acuerdo a la posición de un eje que arrastra un contacto sobre una banda de carbón. Ejemplos de resistencias variables que dependen de un fenómeno físico son el termistor y la fotorresistencia. El primero cambia su valor de acuerdo a la temperatura del medio donde se encuentra, y la segunda cambia su valor de acuerdo a la intensidad de luz que llega a su superficie. A continuación se presentan los símbolos con los cuales se conocen los diferentes tipos de resistencias en los circuitos electrónicos:

(a)

(b)

(c)

(d)

Figura 1-2 Símbolos de (a) Resistor, (b) y (c) potenciómetros, y (d) fotoresistor

El Multímetro El multímetro es un instrumento que permite obtener lecturas de voltajes, corrientes y resistencias en un circuito eléctrico determinado. Existen dos tipos principales, los análogos y los digitales. Los primeros tienen como característica que trabajan en base a un sistema de aguja que se desplaza sobre una regla que posee divisiones predeterminadas. El segundo se caracteriza porque trabaja con componentes electrónicos y presenta las medidas en una pantalla numérica. Normalmente, los multímetros poseen un dispositivo de selección de acuerdo a la medida que se desea hacer. Así, lo primero que se debe hacer en el momento de realizar una medida es seleccionar que se desea medir y la escala adecuada. (Ver el Apéndice A para más detalles.) Es importante notar que los multímetros tienen

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capacidad de medir señales AC y DC. Esta práctica sólo trabaja con señales DC; en otras palabras, señales que son constantes en el tiempo. Para realizar la medida de voltajes con el multímetro dos puntos deben ser tenidos en cuenta: la forma de conexión y la polaridad. La conexión para la medida de voltaje se realiza entre dos puntos de un mismo elemento, como lo muestra la Figura 1-3. La polaridad indica el sentido de la corriente. Si el multímetro presenta un resultado positivo, esto quiere decir que el terminal positivo del multímetro coincide con nodo de mayor energía potencial al cual está conectado el elemento. Por el contrario, si el resultado es negativo, el multímetro está conectado en polaridad inversa.

cable rojo

Figura 1-3 Conexión de un multímetro para medir voltaje Para realizar la medida de corrientes, la conexión se realiza a través del elemento, como se muestra en la Figura 1-4. Al igual que en el caso anterior, si el resultado es positivo, la corriente fluye en la misma dirección que indica el multímetro (del + al -). En caso contrario se presenta un resultado de signo negativo en la medida. Puede utilizar como recordatorio que para medir una corriente en un punto determinado, se debe “romper” dicho punto para insertar el instrumento de medida. Recuerde, además, que cada vez que vaya a romper un paso de corriente se debe apagar las fuentes de energía como medida de seguridad.

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cable rojo Figura 1-4 Conexión de un multímetro para medir corriente.

Ley de Ohm La ley de Ohm dice que la corriente a través de una resistencia es proporcional al voltaje aplicado a dicho elemento. En forma matemática esto es: V = I ⋅R

La expresión anterior muestra una relación proporcional entre voltaje y corriente, lo cual corresponde a una línea recta cuya pendiente es la resistencia.

Notas Importantes •

• •

•

En el momento de realizar una medida de resistencia se debe evitar el contacto de los dedos con las puntas del multímetro para evitar medidas erróneas debido a la resistencia del cuerpo humano. La fuente de energía debe estar siempre apagada antes de realizar cualquier medida de resistencia. Si no se conoce un estimado de la cantidad que se va a medir con el multímetro, se recomienda ubicarlo en la mayor escala, hacer una medida preliminar y luego, si se desea, se puede reducir la escala para conocer su magnitud en forma más precisa. Observe en el manual del instrumento las escalas máximas que puede medir el instrumento. Sobrepasar estos límites podrá dañar el equipo.

Pre-Laboratorio El estudiante debe consultar los siguientes temas para el desarrollo de la práctica. •

Código de colores para resistencias.

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• • • •

Tipos de Potenciómetros. Uso de los paneles de prototipos (Apéndice A). Medida de voltajes y corrientes con multímetros (Apéndice A). Ley de Ohm.

Procedimiento PARTE 1: Resistencias Resistencias fijas 1. El código de colores en cada resistor define el valor nominal de la resistencia. Alrededor de este valor se define la tolerancia, la cual indica cuanto se aleja el valor real de la resistencia del valor nominal de la misma. Utilice el código de colores para determinar el valor nominal de cada resistencia y escríbalo en la Tabla 1-1 de la hoja de reporte. 2. Escriba en la Tabla 1-1 la tolerancia y el rango de valores entre los cuales puede variar la resistencia. 3. Utilice el multímetro para medir el valor real de cada resistor. Escríbalo en la Tabla 1-1 y compare este resultado con el valor nominal obtenido en el paso 1. Para determinar la diferencia entre el valor medido y el nominal, utilice la siguiente fórmula: R − Rno min al %diferencia = medida ⋅ 100 Rno min al

4. Escriba el resultado en la Tabla 1-1.

Resistencias variables

5. Tome el potenciómetro, ubique el eje en el medio de la trayectoria e identifique los terminales. Numérelos del 1 al 3 para identificar los valores resistivos entre pares de terminales. Ajuste el multímetro en la escala de Ohmios.

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Figura 1-5 Numeración de los terminales del potenciómetro

6. Conecte el multímetro entre los terminales 1 y 3. Escriba el valor medido en la Tabla 1-2. 7. Conecte el multímetro entre los terminales 1 y 2, luego entre los terminales 2 y 3. Escriba las medidas obtenidas en la Tabla 1-2. 8. Sume los valores obtenidos en R12 y R23. Compare el resultado obtenido con el valor de R13. 9. Gire el eje del potenciómetro un cuarto de vuelta y repita los pasos 2 a 4 para esta nueva posición, escribiendo los resultados en la Tabla 1-2. 10. Tome la fotorresistencia y mida su valor con el multímetro. Escriba este valor en la hoja de reporte. Nota: “Mantenga una posición fija de la fotorresistencia al momento de hacer la medida y procure que esta reciba la máxima cantidad de luz que sea posible.” 11. Con el multímetro aún conectado, comience a oscurecer la superficie de la fotorresistencia. Escriba el valor de la fotorresistencia cuando se encuentra completamente oscurecida.

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PARTE2: El Multímetro Medida de Voltaje y Corriente

1. Tome la fuente de poder, localice sus terminales e identifique el positivo y el negativo de la fuente. 2. Encienda la fuente de poder y ajuste el control de nivel para una salida mínima. 3. Tome el multímetro y colóquelo en la escala DC de voltios. 4. Conecte el multímetro directamente a la fuente de poder, asegurándose que los terminales tengan la polaridad correcta. El negativo (-), común o terminal negro del multímetro se conecta al terminal negativo de la fuente. Haga lo mismo con el terminal positivo (+) o rojo del multímetro, conéctelo al terminal positivo de la fuente. 5. Lentamente aumente el nivel da salida de la fuente hasta llegar a la mitad de la trayectoria. Observe el valor que entrega el multímetro. Escriba el resultado en la hoja de reporte. 6. Arme el siguiente circuito:

Figura 1-6 Medida de Corriente

7. Coloque el multímetro en la escala DC mA. No olvide dejar al multímetro en la mayor escala la primera vez que hace la medida, para evitar daños en el instrumento. 8. Encienda la fuente de poder y observe el resultado del instrumento. Escriba este dato en la hoja de reporte. 9. ¿Que polaridad presenta el resultado del instrumento? ¿Qué se debe hacer para obtener una medida positiva si el resultado que presenta el instrumento es negativo?

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PARTE3: Ley de Ohm 1. Seleccione una resistencia al azar (ilustrado con una de 1 kΩ). Mídala con el multímetro y escriba este resultado en la hoja de reporte. 2. Arme el circuito de la Figura 1-7.

Figura 1-7 Circuito para observar la ley de Ohm.

3. Encienda la fuente de poder. Comenzando en 0 voltios, aumente el voltaje en valores de un voltio. Escriba en la Tabla 1- 3 la corriente medida por el multímetro. 4. Realice la gráfica de Corriente versus Voltaje utilizando los datos obtenidos en el numeral anterior. 5. Determine el valor de la pendiente de esta gráfica. ¿A que corresponde el valor de esta pendiente? 6. Determine el valor de la resistencia a partir de la gráfica y compárela con el valor nominal y el valor medido con el multímetro. ¿Qué observa?

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Hoja de Reporte Experimento 01

Resistencias, el Multímetro y la Ley de Ohm Nombre: ________________________ ___________________________

ID:

Sección: ________________________ _____________________

Instructor:

Parte 1: Resistencias Tabla 1-1 Resistencias Fijas Nominal Tolerancia Valor Max Valor Min Medido %Diferencia

¿Cómo se debe considerar a las resistencias cuyo valor real está por fuera del rango de tolerancia aceptable?

Tabla 1-2 Resistencias Variables

Resistencia Medida R13

R12

R23

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La fotorresistencia

Valor con máxima luz: ____________Ω Valor con mínima luz: ____________Ω Describa el comportamiento de la fotorresistencia con la luz:

Parte 2: El Multímetro Voltaje de fuente: ______________ V Corriente en el circuito: _____________ mA ¿Que polaridad presenta el resultado del instrumento? ¿Qué se debe hacer para obtener una medida positiva si el resultado que presenta el instrumento es negativo?

Parte 3: Ley de Ohm Valor medido de la resistencia: _______________Ω Tabla 1- 3 Resultados de la Ley de Ohm

Voltaje (V) Corriente (mA)

0.5

1

2

3

4

5

6

7

8

9

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Gráfica:

Determine el valor de la pendiente de esta gráfica. ¿A que corresponde el valor de esta pendiente?

Determine el valor de la resistencia a partir de la gráfica y compárela con el valor nominal y el valor medido con el multímetro. ¿Qué observa?

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CONCLUSIONES ORIGINALES

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