Cuaderno Practicas

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ESIME CUADERNO DE PRÁCTICAS

Instituto Politécnico Nacional

Física Clásica II Electricidad y Magnetismo

Equipo: #1

Mediciones Eléctricas

Grupo: Salón: 225

Profesor: ING. Alejandro Medina Ramos

Adjunto: ING. Vladímir Aguirre Buitrón

Fecha de Realización: 24/04/2015

I MEDICIONES ELECTRICAS

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ÍndiceObjetivos..................................................................................................................2

Introducción..............................................................................................................2

Desarrollo Experimental...........................................................................................3

Lista de material y equipo.....................................................................................3

Experimento 1.......................................................................................................3

Procedimiento...................................................................................................3

Discusión y conclusiones..................................................................................5

Experimento 2.......................................................................................................5

Procedimiento...................................................................................................5

Discusión y conclusiones..................................................................................7

Experimento 3.......................................................................................................7

Procedimiento...................................................................................................7

Discusión y Conclusiones.................................................................................9

CUESTIONARIO..................................................................................................9

RESPONDA AMPLIAMENTE A LA SIGUIENTES PREGUNTAS:..................10

Tabla 1.....................................................................................................................5Tabla 2.....................................................................................................................7Tabla 3...................................................................................................................10

Ilustración 1..............................................................................................................4Ilustración 2..............................................................................................................7Ilustración 3..............................................................................................................9Ilustración 4..............................................................................................................9


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Objetivos Al finalizar la practica el alumno: Concluirá que existen errores en las mediciones eléctricas. Dada una serie de medidas no reproducibles, podrá calcular

estadísticamente:a) Su valor promedio (más probable) y le asignara su incertidumbre

absoluta.b) La precisión del resultado.

Obtendrá medidas directas de resistencia, voltaje y corriente con diversos instrumentos de medición y sabrá asociarles su incertidumbre experimental.

Medirá la incertidumbre de la potencia (P) de un circuito simple de coriente directa mediante 2 métodos y aplicara los teoremas de incertidumbres para determinar su incertidumbre y precisión.

En base a sus resultados experimentales elegirá el método más adecuado para la obtención de la medida indirecta.

IntroducciónEn el curso del laboratorio de física I los alumnos se habrán dado cuenta que medir no es solo comparar un objeto con un patrón y anotar un numero con su unidad, ni tampoco simplemente observar que se mueva la aguja del medidor para obtener datos vagos, pues eso lo hace personal técnico que no requiere rigurosidad en sus medidas. Un futuro ingeniero debe de ser capaz de obtener los “límites de variación" de sus medidas para obtener resultados más precisos y por ende más rigurosos y confiables ya que los procesos con los cuales se confrontara en su vida personal así se lo van a exigir.

Por tan motivo en este segundo laboratorio de física, se dará seguimiento a las actividades de determinar dichos intervalos o incertidumbres pero ahora con medidas de variables eléctricas, dándose especial énfasis en la “toma de lecturas idóneas” y el cálculo de la precisión de las medidas o de los experimentos.

En esta primera practica se busca que el alumno conozca o repase el uso de instrumentos, de medición tales como: Multímetros digitales, Multímetros analógicos; voltímetros didácticos, etc. A fin de que detecten las ventajas y desventajas de cada una y sepa hacer mediciones precisas y confiables con ellos.

Así mismo, se aprovecharan los experimentos para revisar conceptos aprendidos en el laboratorio de física aplicada, tales como: la determinación de la incertidumbre y la precisión de medidas directas e indirectas por medio de:


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El método estadístico. Las leyes de la propagación de incertidumbres.

Los cuales deberán aplicarse en las prácticas futuras para obtener conclusiones experimentales satisfactorias.

Desarrollo Experimental

Lista de material y equipo1 Pila de 6 Volts1 Multímetro analógico1 Multímetro digital1 Voltímetro didáctico

2 Cables banana-banana2 Cables caimán-caimán2 Cables banana-caimán10 Resistencias del mismo valor

Experimento 1 Análisis estadístico de una serie de medidas no

reproducibles. Medición de resistencias

Procedimiento

1.1.- Acueste el multímetro digital frente a usted y gire su perilla seleccionando el rango de 20 kΩ.

1.2.- Inserte la punta roja (+) del multímetro en el orificio (V-Ω) y la negra (-) en (COM).Conectarlas a los extremos de la primera resistencia como muestra la figura 1.1.

1.3.- Tome la lectura indicada en la ventanilla y regístrela en la primera columna de la tabla 1.1.

1.4.- Repita el procedimiento con las resistencias restantes y complete la columna.


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Ilustración 1

1.5.- Con los datos obtenidos y auxiliándose en el ANEXO A del instructivo, efectué los siguientes cálculos estadísticos.

El valor promedio, medio o más probable. (R) Cada una de las desviaciones o errores absolutos. (∆ Ri¿ Las desviaciones cuadráticas. (∆Ri)2

La sumatoria de las desviaciones cuadráticas. ∑ (∆ Ri)2

Con sus resultados complete la tabla 1.1.

Tabla 1

No. Ri(KΩ)

∆Ri(KΩ)

(∆Ri)2

(KΩ)01020304050607080910

R= ∑ (∆ Ri)2

1.6.- Con los datos de la tabla anterior determine La desviación estándar de la resistencia (Sr). La incertidumbre absoluta (δR ).

1.7.- Reporte el valor más probable asociándole su incertidumbre:R=R±δR=¿±¿(KΩ)

1.8.- Calcule la precisión del proceso de medición:


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P=( δRR )×100=¿±¿(% )

1.9.- Usando el código de colores, anote el valor teórico de las resistencias “especificado” por el fabricante ± su porcentaje de variación esperado (que lo da su última (franja).

Rteo=¿±¿=¿(K Ω)

Discusión y conclusiones

Compare los resultados de los incisos 1.7 y 1.8 con el valor del inciso 1.9 y responda lo siguiente.

¿Se cumplieron experimentalmente los valores esperados? De acuerdo con esta muestra de resistencias ¿Qué se puede decidir acerca

de su proceso de fabricación? ¿Están dentro de las especificaciones? O ¿Fuera de ellas?

¿Qué puedes decir del instrumento utilizado?

Argumente sus respuestas y anote conclusiones.

Experimento 2Medición directa del voltaje de una pila

Procedimiento

2.1.- Lea cuidadosamente los pasos a seguir para la “medición del voltaje de una pila” que bien en el ANEXO C. (Inciso 3).

2.2.- Tome el multímetro analógico marca “PRECISION” y acuéstelo frente a usted.

2.3.- Gire lentamente su perilla seleccionadora al rango de 10 V.

2.4.- Deslice el interruptor seleccionador del tipo de corriente a medir a “DC (+)” (el voltaje que se está midiendo es de corriente directa).

2.5- Conecte sus puntas respetando la polaridad, como muestra la Fig. 1.2:


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Ilustración 2

2.6- Tome la lectura (v) en la escala correspondiente y repórtela en la tabla 1.2 considerando hasta cifras estimadas (ver anexo B).

2.7- Determine para el primer instrumento indicado en la tabla:

El valor de rango mínimo: RMIN=RMAX

NO .DIVISIONES=¿ .

La incertidumbre experimental: δv=12

(RMIN )=¿(V ).

La precisión de la medida: Ρ= (δνη )X 100=¿ .

Y registre sus resultados en el primer renglón de dicha tabla.

2.8- Repite el procedimiento para instrumentos señalados en la tabla cuidando de seleccionar en cada caso escalas con rangos mayores al voltaje de la pila que se está midiendo y compleméntela.

Tabla 2

No. INSTRUMENTO DE MEDICIONV

(V)RMIN(V)

δV(V)

P(%)

01 MULTIMETRO ANALÓGO


1


02MULTIMETRO DIGITAL

03VOLTÍMETRO DIDÁCTICO

04OTRO (*)

(*)ELIJA USTED OTRA ESCALA DE CUALQUIERA DE LOS MULTIMETROS CITADOS.

Discusión y conclusiones.

¿Resultaron iguales o diferentes los valores de V? ¿A qué se puede atribuir lo anterior, si estamos midiendo una misma pila? ¿Podemos afirmar cuál fue la medida “exacta”? ¿Por qué razón? Diga entonces cual fue la “más precisa “argumentando matemáticamente

su respuesta ¿Cuál resultó ser el factor que más influyó para que esta medida haya sido

la más precisa? Ahora bien ¿Qué medida resultó ser la menos confiable? ¿Porque? Anote las conclusiones a las que llegó.

Experimento 3Medición indirecta de la potencia eléctrica de un circuito

simple por dos métodos diferentes.Procedimiento

3.1- Arme el círculo de la Fig. 1.3 cuidando de:

Conectar los instrumentos y escalas indicadas.

Respetar las polaridades.

Conectar el voltímetro en paralelo y el amperímetro en serie.

Mantener el interruptor abierto.

3.2- Solicite al maestro verifique sus conexiones.

3.3- Cierre el interruptor, efectúe las mediciones y ábralo nuevamente. Anote las lecturas y cálculos solicitados en la columna derecha del circuito. Recuerde que:


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La incertidumbre de los instrumentos de carátula y aguja es igual a: La mitad del rango mínimo.

La incertidumbre del multímetro digital es igual a: La mitad de la última cifra decimal.

La incertidumbre de la resistencia cuando ésta es obtenida con el código de colores es de 5% de su valor.

Ilustración 3

3.4- Repita lo anterior para el circuito 2 cuidando que el nuevo instrumento se encuentre en las escalas y rangos adecuados.

3.5- Registre sus resultados finales en la Tabla 1.3

Ilustración 4


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Tabla 3

CIRCUITO W (mW) δW (mW) P (%)

01

02

03

Discusión y Conclusiones

Si la fuente y la resistencia no cambiaron ¿Cómo debe resultar idealmente la Potencia en los 2 circuitos? ______________________________________ (Igual o diferente)

¿Se cumplió lo anterior experimentalmente? Explique.

¿Cuál de los dos métodos resultó ser el más adecuado para la obtención indirecta de la potencia? ¿Qué criterio siguió usted para esta elección?

¿Cuál fue el método menos adecuado? ¿Por qué?

Con los instrumentos de usted tiene ¿Habrá alguna otra forma de obtener la potencia que mejore los resultados? Si es así, diséñala, tome sus mediciones, realice sus cálculos y reporte sus resultados en el circuito 3 de la Tabla 1.4.

Anote sus conclusiones

CUESTIONARIO1) La precisión de una medida tomada con instrumento de medición sencillo,

depende de:a) Su rango mínimob) Su exactitudc) Su proximidad respecto al valor real d) Su calibración

2) Son aquellos errores que se deben a perturbaciones individuales o fluctuaciones por lo que se desconoce su origen:a) Accidentales b) De calibraciónc) Sistemáticosd) De paralaje

3) La característica principal de los errores sistemáticos es:


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a) Se obtiene de varias medicionesb) Varían en un solo sentido c) Varían en ambos sentidosd) No se puede conocer su valor

4) Una medida será de precisión si:a) P< 1%b) 7<p<10%c) 5<p<10% d) 1<p<5%

5) La precisión de una medida tomada con un voltímetro depende de su:a) Calibraciónb) Proximidad con respecto al valor real c) Incertidumbred) Su exactitud

RESPONDA AMPLIAMENTE A LA SIGUIENTES PREGUNTAS:

6) ¿Qué es medir?R= Comparar un patrón seleccionado con una unidad establecida que se toma como referencia.

7) ¿Por qué se cometen errores en las mediciones?R= Por falta de calibración de los aparatos, falta de capacidad del instrumento de mantener una misma medida, etc.

8) ¿Por qué es importante determinar la incertidumbre de las medidas experimentales?R= Para saber su margen de error.

9) Defina los siguientes términos:A) Medida directa: Se utiliza un aparato para medir.B) Error: Diferencia entre el valor medio y el verdadero. C) Precisión: Dispersión del conjunto de valores obtenidos de mediciones

repetidas.D) Exactitud: Que tan cerca del valor real está el valor medio.

PROBLEMA: Al medir 9 resistencias similares, se obtuvieron los siguientes resultados:

6.1; 6.3; 6.1; 6.2; 6.3; 6.0; 6.0; 6.2; 6.3; (kΩ)

Calcular:


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El valor más probable.

R= 6.3

L desviación estándar.

R= ∑ R

9=5.5

(.6)2+(.8)2+(.6)2+(.7)2+(.8)2+(.5)2+(.5)2+(.7)2+(.8)2=4.129

=o .4577

√0.4577=0.68

La incertidumbre absoluta.

ΔR=0.1

La precisión.

P=0.3


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