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PRÁCTICA 03
MEDICIONES ELÉCTRICAS E INSTRUMENTOS
I. OBJETIVOS
Objetivo general ● reconocer los principales instrumentos de medicion electrica :voltimetro,amperimetro,multimetro y determinar sus lecturas Objetivo específicos ● aprender a montar circuitos sencillos, seleccionar la escala adecuada de los instrumentos al medir la intensidad de corriente , diferencia de potencial y resistencia
II. FUNDAMENTO TEÓRICO
1. FUENTE DE VOLTAJE
Una fuente de voltaje es un dispositivo que suministra energía eléctrica a un circuito, manteniendo una diferencia de potencial constante o variable entre sus terminales. En el contexto experimental, se emplean fuentes regulables de corriente continua (DC) capaces de ajustarse en rangos definidos, permitiendo estudiar el comportamiento de componentes eléctricos bajo diferentes condiciones de carga.
- EL VOLTÍMETRO Instrumento diseñado para medir la tensión o diferencia de potencial entre dos nodos de un circuito. Opera bajo conexión en paralelo con el componente evaluado. Posee una elevada resistencia interna (del orden de megaohmios) con el propósito de minimizar la perturbación del sistema durante la medición.
- EL AMPERÍMETRO Dispositivo destinado a cuantificar la intensidad de corriente que fluye a través de un conductor o componente. Su conexión debe realizarse en serie y su resistencia interna debe ser mínima, idealmente despreciable, para evitar caídas de tensión que distorsionen la lectura real de la corriente.
- OHMETRO Utilizado para determinar el valor de resistencia de un elemento pasivo. Emplea una fuente interna de voltaje y mide la corriente resultante a través del componente bajo prueba. Comúnmente esta funcionalidad se encuentra integrada en multímetros digitales modernos.
- EL MULTIMETRO Es un instrumento de medición multifuncional que integra en un solo dispositivo las funciones de voltímetro, amperímetro y óhmetro. Los multímetros digitales ofrecen ventajas significativas respecto a los analógicos en términos de precisión, estabilidad, interpretación de lecturas y resistencia al error humano. Son esenciales en estudios de bioelectricidad aplicada.
6. CODIGO DE COLORES DE RESISTENCIAS
Las resistencias comerciales presentan bandas de colores que indican su valor nominal (dos o tres cifras significativas), el multiplicador y el porcentaje de tolerancia. Esta codificación permite una identificación rápida sin necesidad de medición directa, aunque se debe contrastar con un instrumento digital para validar su exactitud. III. MATERIALES E INSTRUMENTOS MATERIALES INSTRUMENTOS 01 tablero fuente de voltaje regulabrle de 0 a 20V 01 bombilla 01 multimetro digital 06 cable de medicion de 2mm 04 resistencias 04 puentes o shunt
VOLTAJE DE LA
FUENTE DC(V)
Vab Vbc Vac instrumento digital instrumento digital instrumento digital 10.3 3.11 6.98 10. Los resultados se aproximan al valor de la fuente de alimentación con un error acumulado menor al 2%, lo que evidencia una correcta configuración de las conexiones y una baja pérdida por disipación. El sistema presenta una división potencial aproximadamente aditiva (Vab + Vbc ≈Vac). Medición de corriente A. para el desarrollo de esta medicion preapramos el siguiente circuito , con los datos mostrados en la tabla: RESISTENCIA AMPERIMETRO 100–220 31.
Discusión: La corriente es inversamente proporcional a la resistencia total del circuito, lo cual se valida empíricamente mediante la Ley de Ohm. La exactitud de los resultados sugiere una adecuada calibración del instrumento. CUESTIONARIO A. ¿ Que diferencia existe entre instrumentos de medición analógicos y digitales? En el contexto de las mediciones eléctricas, los instrumentos analógicos y digitales representan dos enfoques tecnológicos distintos para la detección y visualización de magnitudes físicas como el voltaje, la corriente o la resistencia. Su diferenciación se fundamenta en el principio de funcionamiento, el tipo de señal que procesan y la forma en la que presentan los datos medidos. Los instrumentos analógicos operan mediante la deflexión de una aguja sobre una escala graduada continua, respondiendo directamente a la magnitud física mediante una señal eléctrica continua. Este tipo de instrumentos es especialmente útil para el monitoreo de variaciones progresivas en tiempo real, debido a su capacidad para mostrar tendencias o fluctuaciones con gran inmediatez. Sin embargo, su lectura está sujeta a errores de paralaje y posee una resolución limitada, lo cual restringe su precisión en aplicaciones que requieren alta exactitud. En contraposición, los instrumentos digitales convierten la señal analógica mediante un proceso de digitalización interno (a través de un convertidor analógico-digital), mostrando el valor medido en forma numérica sobre una pantalla (generalmente LCD o LED). Esta tecnología permite obtener lecturas con alta resolución y menor susceptibilidad a errores humanos. Además, los dispositivos digitales suelen incorporar múltiples funciones integradas en un mismo equipo, como medición de capacitancia, frecuencia, temperatura, continuidad, entre otros, lo cual los convierte en herramientas versátiles y de amplio uso en el ámbito científico y técnico. En cuanto a la alimentación, los instrumentos analógicos pueden operar sin fuente de energía externa en ciertos casos, mientras que los digitales requieren una fuente de alimentación constante para el funcionamiento de sus circuitos internos y su sistema de visualización. Finalmente, en términos de robustez, los dispositivos analógicos tienden a ser más resistentes en entornos industriales o de campo, aunque los avances en la electrónica de estado sólido han mejorado considerablemente la durabilidad de los sistemas digitales. En resumen, la elección entre un instrumento analógico o digital dependerá de las exigencias del entorno de trabajo, del nivel de precisión requerido y del tipo de señal o fenómeno que se desea observar. Ambos sistemas presentan ventajas específicas que deben ser evaluadas según el objetivo de la medición y el contexto experimental. B. ¿Cual es la diferencia entre escala y rango de un instrumento de medición?
este efecto.
- Efecto del voltímetro: El voltímetro se conecta en paralelo con el elemento del cual se desea conocer la diferencia de potencial. Para que su presencia no altere la distribución de corriente en el circuito, debe poseer una resistencia interna muy elevada, idealmente tendiendo a infinito. ● Impacto: Si el voltímetro posee una resistencia interna baja, desviará corriente del componente al que está conectado, alterando la caída de tensión original. ● Corrección técnica: Los voltímetros digitales modernos tienen resistencias internas del orden de los megaohmios, lo cual reduce este efecto a niveles prácticamente despreciables. Consideraciones prácticas ● En circuitos de baja impedancia o alta corriente, el efecto del amperímetro es más relevante. ● En circuitos de alta impedancia o baja corriente, la carga del voltímetro puede producir errores significativos si no es de alta impedancia interna. ● En mediciones de precisión o en sistemas sensibles, estos efectos deben ser cuantificados y compensados, o se debe utilizar instrumentación especializada (por ejemplo, amperímetros de efecto Hall o voltímetros electrométricos). La presencia de un amperímetro o un voltímetro en un circuito idealmente no debería modificar el comportamiento del mismo; sin embargo, debido a sus resistencias internas no nulas, pueden introducir errores mínimos en la corriente o el voltaje medido. Para reducir estas perturbaciones, los amperímetros deben diseñarse con baja resistencia interna, y los voltímetros con alta resistencia interna. Esta consideración es esencial para garantizar la validez de las mediciones en prácticas de laboratorio y análisis eléctricos profesionales D. ¿Cual es la influencia de la resistencia del Amperímetro enla medicion de la intensidad? La resistencia interna de un amperímetro constituye un factor crítico que puede influir significativamente en la exactitud de la medición de la intensidad de corriente en un circuito eléctrico. Aunque idealmente este tipo de instrumento debería poseer una resistencia interna nula para no interferir con el comportamiento del sistema, en la práctica todos los amperímetros reales presentan una resistencia interna mínima pero no despreciable, producto de los materiales conductores y los componentes de medición que integran su arquitectura interna. Esta resistencia, generalmente del orden de los miliohmios, se incorpora al circuito al momento de conectar el amperímetro en serie con la rama de interés.
La presencia de esta resistencia adicional genera una caída de tensión no contemplada originalmente en el diseño del circuito, lo cual produce una disminución en la intensidad de corriente que circula. De esta manera, la lectura ofrecida por el amperímetro se ve alterada, entregando un valor menor al real que existiría si el instrumento no estuviera presente. Este efecto se vuelve especialmente significativo en circuitos de baja corriente o alta impedancia, donde incluso una resistencia interna muy pequeña puede provocar una reducción proporcional apreciable de la corriente total. En circuitos de alta corriente o baja resistencia, por el contrario, dicho efecto suele ser despreciable, aunque no inexistente. Desde el punto de vista analítico, la influencia de la resistencia interna del amperímetro puede expresarse mediante la ley de Ohm, considerando que el instrumento se comporta como un elemento resistivo adicional conectado en serie. Así, la corriente medida se ve afectada por la relación inversa entre el voltaje aplicado y la suma de las resistencias totales, incluyendo la del propio amperímetro. Esta situación introduce un error sistemático negativo en la medición, cuya magnitud dependerá directamente del valor de dicha resistencia interna en comparación con la resistencia total del circuito. En consecuencia, para garantizar mediciones precisas, es fundamental emplear amperímetros de alta calidad con resistencia interna lo más reducida posible, o bien utilizar sistemas de medición de corriente sin contacto, como sensores basados en efecto Hall o transformadores de corriente, cuando el análisis requiera una perturbación mínima del sistema eléctrico evaluado. Considerar esta variable en el diseño experimental es esencial para asegurar la validez de los datos obtenidos y minimizar las fuentes de error inherentes al proceso de instrumentación E. Compara las ventajas y desventajas de usar medidores digitales y analógicos para medir voltaje y corriente.¿En que situaciones seria preferible usar uno de otro? La elección entre instrumentos de medición digitales y analógicos para la cuantificación de variables eléctricas como el voltaje y la corriente depende de múltiples factores técnicos y contextuales que influyen directamente en la precisión, la dinámica de observación y la confiabilidad de los datos obtenidos. Ambos tipos de dispositivos presentan ventajas específicas asociadas a su principio de funcionamiento, así como limitaciones que deben ser consideradas al momento de seleccionar el instrumento más adecuado para una medición determinada. Los instrumentos analógicos, basados típicamente en el movimiento de una aguja sobre una escala graduada, ofrecen como principal ventaja la capacidad de representar de forma continua y visual la evolución de una magnitud eléctrica. Esto los hace especialmente útiles para observar fluctuaciones suaves, transitorios o variaciones dinámicas en tiempo real. Además, presentan una mayor robustez frente a interferencias electromagnéticas y a condiciones ambientales adversas, lo cual los hace preferibles en entornos industriales o en situaciones donde se requiere resistencia mecánica y simplicidad operativa. Sin embargo, su resolución y precisión son
G. Averigua ¿por qué es importante calibrar los instrumentos de medición eléctrica antes de realizar mediciones ?Describe el proceso de calibración para un multímetro La calibración de instrumentos de medición eléctrica, como el multímetro, constituye una etapa esencial en los procesos de aseguramiento metrológico, ya que garantiza la fiabilidad, exactitud y trazabilidad de las mediciones obtenidas. La importancia de calibrar estos instrumentos radica en que, con el tiempo y el uso continuo, sus componentes electrónicos pueden sufrir variaciones por factores como la deriva térmica, el envejecimiento de los materiales, interferencias electromagnéticas o incluso impactos mecánicos. Estas alteraciones generan desviaciones respecto al valor verdadero, conocidas como errores sistemáticos, que pueden comprometer tanto la validez de los resultados como la seguridad en aplicaciones críticas. Desde una perspectiva técnica, la calibración es el proceso mediante el cual se compara la lectura de un instrumento con los valores de referencia proporcionados por un patrón certificado, bajo condiciones controladas. Este patrón debe estar previamente trazado a estándares nacionales o internacionales reconocidos, lo que permite establecer la conformidad del instrumento con especificaciones normativas y tolerancias aceptables. En el caso específico de un multímetro digital, el procedimiento de calibración implica una serie de pasos sistemáticos, que aseguran que todas sus funciones (voltímetro, amperímetro y ohmímetro) se mantengan dentro de márgenes de error permisibles. El proceso se desarrolla generalmente en un laboratorio de metrología eléctrica y consta de las siguientes etapas:
- Verificación preliminar: Antes de iniciar la calibración formal, se inspecciona visualmente el instrumento para descartar daños físicos, conexiones defectuosas o señales de inestabilidad operativa. También se verifica que las baterías estén en óptimas condiciones y que el multímetro haya sido estabilizado térmicamente a temperatura ambiente.
- Conexión a patrones certificados: Se conectan las entradas del multímetro a un calibrador multifunción de precisión, que actúa como fuente patrón. Este equipo puede generar con exactitud señales de voltaje (AC y DC), corriente, resistencia y frecuencia, con trazabilidad metrológica garantizada.
- Comparación de lecturas: Se aplican al multímetro valores predeterminados (por ejemplo, 1.000 V, 5.000 A, 100.00 Ω), y se registran las lecturas ofrecidas por el instrumento bajo prueba. La diferencia entre el valor patrón y
el valor medido se cuantifica como el error de indicación.
- Determinación de errores y ajuste: Si los errores detectados se encuentran dentro del margen de tolerancia especificado por el fabricante o por la norma aplicable (por ejemplo, IEC 61010 o ISO/IEC 17025), el instrumento se considera conforme. En caso contrario, se procede al ajuste interno por software o hardware, para realinear la respuesta del multímetro con el valor real.
- Documentación y emisión de certificado: Una vez completada la calibración, se emite un certificado de calibración, el cual incluye: fecha, número de serie del instrumento, condiciones ambientales, método utilizado, incertidumbre expandida y resultados obtenidos. Este certificado constituye evidencia documental de que el instrumento cumple con los requisitos de exactitud establecidos.
- Sellado y etiquetado: Finalmente, el multímetro puede ser sellado con una etiqueta de calibración que indica la fecha de la próxima verificación periódica, promoviendo así una gestión metrológica continua. En conclusión, la calibración periódica de instrumentos eléctricos como el multímetro no solo asegura la validez de los resultados experimentales o diagnósticos, sino que también respalda la confiabilidad operativa de sistemas eléctricos, especialmente en contextos donde los márgenes de error deben ser reducidos al mínimo. Esta práctica forma parte de los estándares de calidad, trazabilidad y buenas prácticas en todo entorno técnico-profesional H. ¿Que precauciones de seguridad deben tomarse al usar instrumentos de medición eléctrica en laboratorio?¿por que son importantes estas precauciones En el contexto del trabajo experimental con instrumentos de medición eléctrica, como multímetros, amperímetros, voltímetros u osciloscopios, es fundamental observar un conjunto riguroso de precauciones de seguridad eléctrica que garanticen la integridad física del operador, la protección de los equipos y la confiabilidad de los resultados experimentales. Estas medidas no solo forman parte de los protocolos técnicos establecidos por normativas internacionales (como la IEC 61010 o la NFPA 70E), sino que constituyen prácticas esenciales en todo entorno donde se manipulan fuentes de energía eléctrica. Uno de los aspectos más críticos es verificar la correcta conexión de los instrumentos al circuito. Los equipos de medición deben instalarse únicamente cuando el sistema esté desenergizado, y reactivarse una vez verificada la polaridad, el tipo de corriente (AC o DC) y el rango apropiado de operación. Conectar un amperímetro en paralelo, o un voltímetro en serie, puede provocar cortocircuitos, daño al instrumento o riesgo de descarga eléctrica. Asimismo, se debe seleccionar correctamente el rango de medición. Utilizar un rango inadecuado para la magnitud del voltaje o corriente esperada puede llevar a la saturación del instrumento, generación de errores de lectura o incluso fallas internas por sobrecarga. En este sentido, es recomendable iniciar siempre la medición en el rango más alto y luego descender gradualmente hasta obtener una lectura precisa.
Opcionalmente, se puede usar un sistema de adquisición de datos con software (como LabVIEW o Arduino). El procedimiento consiste en medir inicialmente la resistencia de cada conductor a temperatura ambiente (aproximadamente 25 °C). Luego, se monta la resistencia sobre la superficie calefactora o se sumerge en un baño térmico. Se aplica un calentamiento progresivo en intervalos de 10 °C y, en cada intervalo, se mide simultáneamente la temperatura y la resistencia, permitiendo al sistema estabilizarse térmicamente por 1 a 2 minutos. El proceso se repite para cada material conductor. Posteriormente, se elabora una gráfica de resistencia versus temperatura, de la cual se puede obtener el coeficiente térmico α
alphaα mediante análisis de pendiente. Se espera observar que en los metales comunes la resistencia aumente de forma aproximadamente lineal con la temperatura, mientras que en aleaciones especiales como el nicromo, este aumento es más tenue, mostrando una mayor estabilidad térmica. Este tipo de experimento es fundamental para comprender el comportamiento eléctrico de los materiales en función de las condiciones térmicas a las que son expuestos. Esta información resulta crítica en el diseño de dispositivos electrónicos, en sistemas de medición de precisión, sensores térmicos (como los RTDs) y aplicaciones donde la resistencia debe mantenerse controlada para garantizar la seguridad y eficiencia del sistema. La cuantificación del coeficiente térmico de los materiales permite predecir su desempeño frente a fluctuaciones térmicas, optimizando así su uso en ingeniería eléctrica, electrónica aplicada y sistemas de automatización. J. Investiga ¿Como se puede utilizar un multimetro para medir la potencia disipada en una resistencia ?Describe el procedimiento y las formulas necesarias Un multímetro es una herramienta esencial en la medición eléctrica, ya que permite obtener parámetros fundamentales como voltaje, corriente y resistencia. Aunque no mide directamente la potencia disipada en una resistencia, es posible calcularla utilizando las lecturas del multímetro y aplicando las relaciones matemáticas derivadas de la Ley de Ohm y la fórmula general de potencia. La potencia disipada en una resistencia representa la energía convertida en calor por efecto Joule, y se expresa mediante la fórmula P=V I, donde P es la potencia en vatios, V es el voltaje aplicado a la resistencia y⋅ I es la corriente que fluye a través de ella. También pueden utilizarse las fórmulas derivadas P = v^ 2/R⋅ , según los valores que se midan y la disponibilidad de datos. Para determinar esta potencia con un multímetro, se realiza un procedimiento práctico y seguro. Primero, se monta un circuito sencillo compuesto por una fuente de alimentación, una resistencia conocida y los puntos de medición. Se configura el multímetro en modo voltímetro y se conecta en paralelo con la resistencia para obtener la caída de tensión. Posteriormente, se cambia el
multímetro al modo amperímetro y se conecta en serie con la resistencia para medir la corriente que circula. Con ambas lecturas registradas, se aplica la fórmula de potencia P=V I. Alternativamente, si solo se mide el voltaje y se⋅ conoce la resistencia, se puede aplicar P = V^2 / R; y si solo se mide la corriente. Este procedimiento es de gran utilidad en laboratorios y en aplicaciones prácticas de electrónica, ya que permite estimar la cantidad de energía térmica generada en un componente y verificar si se encuentra operando dentro de sus límites térmicos. Además, permite seleccionar resistencias con disipación adecuada, dimensionar fuentes de alimentación, proteger circuitos de sobrecalentamientos, y analizar la eficiencia energética de sistemas eléctricos. Es importante tomar precauciones de seguridad durante el procedimiento, como asegurarse de que el multímetro esté en buen estado, utilizar las escalas correctas para evitar sobrecargas, y no manipular las conexiones mientras el circuito esté energizado. Con este enfoque metódico, es posible utilizar el multímetro no solo como un instrumento de medición básica, sino también como una herramienta útil para el análisis energético de sistemas eléctricos y electrónicos. V. BIBLIOGRAFÍA Dorf, R. C., & Svoboda, J. A. (2010). Circuitos eléctricos (8.ª ed.). Pearson Educación. Floyd, T. L. (2013). Principios de circuitos eléctricos (9.ª ed.). Pearson. Hambley, A. R. (2011). Electrónica (2.ª ed.). Pearson Educación. Horowitz, P., & Hill, W. (2015). The art of electronics (3rd ed.). Cambridge University Press. Alexander, C. K., & Sadiku, M. N. O. (2017). Fundamentals of electric circuits (6th ed.). McGraw-Hill Education. Malvino, A. P., & Bates, D. (2011). Electrónica. Principios y aplicaciones (7.ª ed.). McGraw-Hill. González, G. (2006). Fundamentos de electricidad y magnetismo (4.ª ed.). Alfaomega. Manual técnico del multímetro digital DT830B. (2022). Fabricante genérico. IEEE. (2023). IEEE standards for electrical and electronic measuring instruments. Institute of Electrical and Electronics Engineers. VI. CONCLUSIONES La presente experiencia experimental ha permitido consolidar, desde una perspectiva biofísica e ingenieril, el dominio conceptual y operativo de los instrumentos de medición eléctrica fundamentales en el análisis de sistemas dinámicos. A través de la implementación controlada de circuitos eléctricos simples, se ha evidenciado la relevancia de la correcta
