[Orador 1]: Esta práctica es muy corta y sencilla y para realizarla se va a utilizar la fuente
de alimentación triple y el multímetro, usualmente conocido como polímetro, con el
cual se van a medir valores de resistencias, corrientes y tensiones.
La fuente de alimentación, como se ha indicado, es triple.
La zona central es recomendable para circuitos de baja tensión, como MOS o TTL,
y no la utilizaremos.
Por tanto, solo se va a usar indistintamente la zona de la izquierda o
la de la derecha.
La primera parte de la práctica enseña a determinar el valor de una resistencia y
su tolerancia, bien leyendo directamente las bandas de colores que rodean a la
resistencia o bien utilizando el polímetro.
La segunda parte tiene como finalidad el comprobar las dos leyes de Kirchhoff, es
decir, la ley de las tensiones y la ley de las corrientes, y el cálculo de la
potencia disipada en diferentes resistencias.
Utilizaremos el polímetro para medir diferentes tensiones y diferentes
intensidades de corrientes en los dos sencillos circuitos.
Medida de resistencias por dos métodos.
Entre el pequeño material que tenemos, elegimos una de las resistencias que
colocamos en la placa de inserción.
Utilizando el código de colores vamos a leer su valor y tolerancia de acuerdo con
los colores de las bandas y su posición.
empezamos a leer por el extremo de la resistencia en el que las bandas están más
juntas.
Si la resistencia tiene cuatro bandas, el valor de las primeras es el de las dos
primeras cifras significativas.
La tercera, llamada multiplicador, es el factor por el que hay que multiplicar las
cifras significativas.
El valor de la cuarta banda, que está más separada y localizada,
En el otro extremo nos da la tolerancia, es decir, el margen del valor de la
resistencia para su uso correcto.
Si la resistencia fuera de cinco bandas, las tres primeras nos darían las tres
primeras cifras significativas y la cuarta sería el multiplicador y la quinta la
tolerancia.
En nuestro caso tenemos cuatro bandas.
Los colores, empezando a leer por el extremo en que están más juntas, son
marrón, negro igual a cero y naranja igual a un kilo ohmio, que según el código de
colores corresponden a una resistencia de 10.000 ohmios, 10 kilo ohmios.
La banda de tolerancia es de color oro, que corresponde al 5%, es decir, 500
ohmios o 0,5 kilo ohmios.
Por tanto, el valor real de la resistencia tiene que estar entre un mínimo de 9.500
ohmios y un máximo de 10.500 ohmios.
Anotamos estos valores pues los vamos a comparar con los que obtengamos midiendo
directamente con el polímetro en modo ohmmetro.
Con cada una de las restantes resistencias haríamos lo mismo.
Vamos a utilizar polímetro, la placa de inserción,
la resistencia de 10 kilo ohmios, cuyo valor acabamos de calcular con el código
de colores.
Dos cables, uno color rojo y otro negro, con terminales tipo banana y cocodrilo.
Sobre la placa de inserción colocamos la resistencia.
Conectamos a sus extremos el polímetro mediante dos cables rojo y negro con
terminales banana-cocodrilo.
Con el otro extremo del cable negro, que es de tipo banana, entramos en el
polímetro por el conector de color negro señalizado como common y con el de color
rojo por el conector de color rojo señalizado como voltios partido kilo
ohmio.
En el polímetro pulsamos la tecla cuadrada identificada con kiloohmios, con lo cual
pasamos a modo ohmmetro.
Pulsando ahora la tecla roja de encendido, visualizaremos directamente en la pantalla
el valor que tiene la resistencia en kiloohmios.
Si fuera necesario, utilizamos el conmutador giratorio que está en el
polímetro en la zona indicada con rango y lo situamos dentro de un rango de medida
que nos permita visualizar el valor más preciso de la resistencia.
En este caso lo situaremos en la zona que indica un 2.
El valor que vemos en la imagen para la resistencia es de 9,941 kOhm.
Tomamos nota para compararlo con el valor nominal determinado anteriormente mediante
las bandas de colores y como está dentro del margen de tolerancia damos a esta
resistencia como buena.
Así hemos terminado esta primera parte de la práctica.
Comprobación de las leyes de Kirchhoff.
material que vamos a utilizar para el montaje, la fuente de alimentación que
proporcionará tensión y corriente continua, el polímetro para medir
tensiones y corrientes, la placa de inserción, dos resistencias de 1 kOhm y
una de 10 kOhm, dos cables rojos y dos negros con terminales respectivos banana y
cocodrilo, cables auxiliares de corta longitud para conexiones con la placa de
inserción.
Segunda ley de Kirchhoff, ley de las tensiones.
La suma de las tensiones en un circuito es cero, o bien la tensión proporcionada por
el generador es la demandada por las resistencias, o bien igual a la suma de
las caídas de tensión en las resistencias.
Se va a montar el circuito de la figura.
Sobre la placa de inserción hemos colocado en serie las resistencias de 1 kilo ohmio
y de 10 kilo ohmios.
El polímetro, que utilizaremos en modo voltímetro, lo conectamos en paralelo con
la resistencia o resistencias entre cuyos extremos hay que medir la caída de
tensión.
Comencemos.
Ponemos el polímetro en modo voltímetro pulsando la tecla señalizada con V
voltios.
Los terminales banana de los cables rojo y negro los conectamos al polímetro,
entrando con el negro por el conector negro, señalizado como common, y con el
rojo por el rojo, señalizado con VV barra kilo ohmios.
Como se ha indicado anteriormente, el mando giratorio del polímetro lo
situaremos en un rango que nos permita la medida, según los valores esperados.
Medida de la tensión entre los extremos de las dos resistencias Vg que es la que
proporciona el generador.
Conectamos el terminal cocodrilo del cable rojo que sale del voltímetro al pequeño
cable del extremo de la resistencia que está conectada al positivo de la fuente y
el negro al extremo de la otra resistencia que está conectada al negativo de la
fuente.
De esta forma el voltímetro queda en paralelo con las dos resistencias.
Activamos la fuente, pulsamos la tecla POWER y después la tecla OUTPUT, situada
en la zona central.
Si no pulsamos OUTPUT, aunque esté pulsada la tecla POWER, no hay salida de la fuente
al circuito.
Mediante los mandos CORS y ajuste fino FINE, fijamos el valor de la tensión que
proporciona la fuente.
Elegimos 1 voltio.
Encendemos el polímetro oprimiendo el pulsador rojo.
El mando giratorio del polímetro lo situaremos en un rango que nos permita la
medida, según los valores esperados y en la pantalla del voltímetro vemos el
voltaje entre los extremos de la resistencia que es también el que
suministra la fuente y por tanto debe ser prácticamente un voltio.
Anotamos este valor que en nuestro caso es 1,009 voltios, algo superior debido a la
imprecisión de las medidas.
A continuación y para el mismo valor de la fuente se tienen que determinar las
tensiones entre los extremos de la primera y de la segunda resistencia.
Tensión en la primera resistencia de 1 kOhm.
En primer lugar se apaga la salida de la fuente pulsando la tecla OUTPUT y a
continuación se cambia el cocodrilo de color negro conectándolo al cable pequeño
situado en el extremo libre de la primera resistencia, así queda situado el
voltímetro en paralelo con la resistencia.
Se conecta la fuente pulsando output y se visualiza en el voltímetro la tensión
medida apuntándola como correspondiente a la primera resistencia, que según como se
ha hecho el montaje la primera resistencia es la de 1 kOhm y el valor medido para la
tensión en la misma es 0,092 voltios.
El método indicado se sigue para la segunda resistencia de 10 kilo ohmios sin
más que cambiar los terminales de tipo cocodrilo conectándolos ahora a dicha
resistencia, siempre en paralelo.
En la pantalla vemos que la caída de tensión para esta resistencia de 10 kilo
ohmios es de 0,917 voltios.
Anotamos también este valor.
Hay que tener cuidado con la polaridad de la conexión, pues si está invertida en el
voltímetro visualizaremos valores de tensión negativos.
Con los datos obtenidos verificamos que la tensión total medida entre los extremos
del conjunto de las dos resistencias coincide con un mínimo error con el
suministrado por la fuente y también coincide con la suma de las tensiones que
hemos medido en cada resistencia, ya que se trata de un circuito en serie.
0,092 voltios más 0,917 voltios igual a 1,009 voltios.
Así hemos comprobado que se cumple la ley de las tensiones.
Repetimos el mismo procedimiento para otras tensiones de alimentación y
comprobamos que siempre se cumple la ley de tensiones.
Vg igual a Vr1 más Vr2
Cuidado, para obtener medidas correctas siempre fijar primero la tensión de la
fuente y para esta tensión medimos la tensión total y la existente entre cada
resistencia.
A continuación cambiar la tensión y volvemos a realizar las medidas para esta
nueva tensión y así sucesivamente.
Repetimos las tres medidas utilizando diferentes valores de tensión como pueden
ser 2,5 voltios y 5 voltios.
Para cada una de estas tensiones volvemos a comprobar que se cumple la ley de las
tensiones o segunda ley de Kirchhoff.
Primera ley de Kirchhoff o ley de las corrientes.
La suma de las corrientes que concurren en un nudo es cero o bien la suma de las
corrientes que entran en un nudo debe ser igual a la suma de las corrientes que
salen del mismo.
Montamos el siguiente circuito.
Obsérvese la fuente de alimentación indicada por Vg.
Se trata de un circuito paralelo con dos mallas, en el cual las resistencias de 1
kOhm están colocadas en serie y éstas en paralelo con la resistencia de 10 kOhm.
Como es usual, los cables cortos auxiliares se van a utilizar para las
conexiones con la placa de inserción.
En la imagen se puede ver el montaje, que se ha realizado sobre la placa de
inserción.
Incluye también la fuente de alimentación.
Vamos a recorrer el montaje pasando por las diferentes ramas del circuito.
La corriente sale del polo positivo de la fuente de alimentación, cable rojo, y
llega a la placa donde se divide en dos, IR12, que es la que pasa por la rama donde
están en serie las dos resistencias de 1 kOhm.
y la que pasa por la rama en paralelo donde se ha colocado la resistencia de 10
kOhm, que denominamos IR3.
Ambas corrientes se vuelven a unir en el punto de conexión de ambas ramas y entran
por el cable negro en la fuente de alimentación, cerrándose así el circuito.
Medida de la corriente que proporciona la fuente de alimentación al circuito o lo
que es lo mismo, la corriente total.
Antes de comenzar a medir las corrientes, ponemos el polímetro en modo amperímetro,
para lo cual basta con oprimir la tecla señalizada con MA y entrar por el conector
negro que indica Common con la banana del cable negro y por el conector azul que
indica MA con la del cable rojo.
Ambos cables conducen la señal desde el circuito.
Por supuesto que con el mando giratorio hemos de elegir un rango en el que podamos
visualizar correctamente las corrientes.
En el circuito y según se ve en la imagen hemos colocado el amperímetro en serie
para poder medir la corriente total IG.
Para ello se ha abierto el circuito por la rama que lleva al generador y lo hemos
cerrado intercalando el amperímetro.
Sigamos la corriente.
Desde el polo positivo sale por el cable rojo y entra en el amperímetro de donde
sale por el cable negro después de haber sido medida para recorrer el resto del
circuito.
La fuente está encendida ya que se ha pulsado la tecla POWER y para que dé
tensión de salida al circuito pulsamos la tecla OUTPUT.
Mediante el mando CORSE y FINE fijamos la salida en un voltio, después activamos el
amperímetro con el pulsador rojo del mismo.
En la pantalla del amperímetro visualizamos la corriente, que en nuestro
caso es de 0,5645 mA.
Apuntamos el valor obtenido.
Medida de la corriente IR12 que pasa por la rama donde están las dos resistencias
de 1 kOhm en serie.
Desconectamos la fuente pulsando la tecla output y el amperímetro con el pulsador
rojo.
Desconectamos el amperímetro del circuito, para ello quitamos la conexión cocodrilo
de los cables rojo y negro de los cables auxiliares que van al circuito y
recuperamos el montaje inicial.
Abrimos el circuito en algún punto de la rama de las dos resistencias, en nuestro
caso por comodidad lo hemos abierto entre ellas, y situamos el amperímetro en serie,
entre las dos resistencias.
Veamos nuevamente cómo circularía la corriente desde la fuente pasando por el
amperímetro.
Al primer nudo la corriente que proporciona la fuente IG entra por el
cable rojo y la placa la conduce a cada una de las dos ramas.
La corriente que nos interesa medir ahora es IR12, es decir, la que pasa primero por
la resistencia de un kilo ohmio y después sigue por el cable rojo entrando al
amperímetro, con lo cual éste la medirá y sale por el cable negro para a
continuación atravesar la siguiente resistencia de un kilo ohmio.
y llegar al segundo nudo donde se unirá a la corriente IR3 de la otra rama para
volver a la fuente de alimentación como IG por el cable negro cerrándose así el
circuito.
Activamos la fuente manteniendo la tensión de salida anterior un voltio y también
activamos el amperímetro con lo cual vemos en pantalla el valor de corriente
Derrama IR12, que es igual a 0,4774 mA.
Apuntamos el valor obtenido.
medida de la corriente que pasa por la otra rama donde está la resistencia R3 de
10 kOhm.
Siguiendo el mismo procedimiento anterior sin modificar la tensión, desconectamos la
fuente y el amperímetro, pulsando respectivamente la tecla output de la
fuente y power del polímetro y recuperamos el montaje inicial del circuito.
Abrimos ahora el circuito por cualquier punto de la rama donde está la resistencia
de 10 kOhm.
En nuestro caso se observa que lo hemos abierto por el extremo de la resistencia,
donde entra la corriente a la misma.
Utilizando nuevamente los cables conectamos el amperímetro en serie.
Veamos cómo circulará la corriente desde la fuente pasando por el amperímetro.
Salimos de la fuente por el cable rojo.
La corriente llega al nudo y se reparte entre las dos ramas.
Desde el nudo seguimos a IR3, que es la que pasa por el amperímetro y la
resistencia R3 de 10 kilo ohmios.
Del nudo sale por el cable auxiliar entrando en el amperímetro por el cable
rojo,
con lo cual éste la medirá y saliendo por el cable negro continúa por el cable
auxiliar, la placa y la resistencia de 10 kilo ohmios para llegar al segundo nudo
donde se unirá a la corriente de la otra rama y volverá a la fuente de alimentación
como IG cerrándose así el circuito.
Activamos la fuente y el amperímetro y visualizamos la medida de IR3 que es de
0,0996 miliamperios.
Anotamos el resultado.
Comprobamos que el valor obtenido sumando la corriente que pasa por cada una de las
ramas es prácticamente igual al que suministra la fuente y que hemos medido en
primer lugar.
En nuestro caso es IR12 más IR3 igual a 0,4774 mA más 0,0996 mA igual a 0,577 mA.
Este valor coincide prácticamente con el medido para la corriente total.
Queda así demostrada la ley de las corrientes.
IR12 más IR3 igual a IG.
Repetimos las tres medidas utilizando diferentes valores de tensión como pueden
ser 2,5 voltios, 5 voltios, etcétera.
Para cada una de estas tensiones volvemos a comprobar que se cumple la ley de las
corrientes o primera ley de Kirchhoff.
Cálculo de la potencia consumida en la resistencia R3 de 10 kOhm.
Calculemos la potencia consumida por la resistencia R3 en el circuito anterior
cuando la fuente suministra una tensión Vg igual a 1 voltio.
La potencia la calculamos como P igual a I3 al cuadrado por R3, siendo I3 la
corriente que pasa por R3 cuando la tensión de la fuente es de un voltio.
El valor de I3
Se ha calculado anteriormente y es 0,0996 mA.
Operando queda P3 igual a 0,0996 por 10 a la menos 3 elevado al cuadrado por 10 por
10 al cubo igual a 9,92 por 10 a la menos 5 W igual a 0,0992 mW.