Informe Numero 4 de Laboratorio de Fisica 3

7/25/2019 Informe Numero 4 de Laboratorio de Fisica 3

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INTRODUCCIN

Este siglo est por el desarrollo exponencial de la electrnica y la

microelectrnica han motivado que en todas las partes del mundo se estn

automatizando, por ejemplo: la industria, las comunicaciones, el hogar, los

comercios, la agricultura, la ganadera, el transporte, etc. En todo ese proceso

de automatizacin El puente de heatstone juega un papel de suma

importancia. El cual ha permitido el desarrollo de sistemas inteligentes que

resuelven los ms diversos pro!lemas.

OBJETIVOS

"eterminar los valores de las resistencias desconocidas

utilizando el puente de heatstone. Estudiar la versatilidad del circuito #uente.

FUNDAMENTO TERICO

En la tcnica de medidas elctricas se presenta a menudo el pro!lema de lamedida de resistencias.

#ara estas medidas existen diversos mtodos, entre los que se puede elegir

el mas adecuado en $uncin de la magnitud de la resistencia a determinar.

%eg&n sus valores las resistencias se pueden clasi$icar en peque'as

(in$eriores a ) *, medias (entre ) y ) +* y grandes (superiores a ) +*. El

puente de heatstone es el primer tipo de puente de medida que se utilizo y

es tam!in el de uso mas $recuente. Es un puente de corriente continua que

se utiliza para medir resistencias de valor medio y que $ue ideado por %. .

-hristie el a'o )// e introducido por -. heatstone en )0/. El esquema de

conexin se puede ver en la 1igura 2.). En el -aptulo de introduccin se

puede encontrar los aspectos generales del $uncionamiento de los puentes,

tanto de los de corriente continua como de los de corriente alterna.


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Este es un circuito inicialmente descrito en )// por %amuel unter -hristie

()203)45*. 6o o!stante, $ue el %r. -harles heatestone quien le dio

muchos usos cuando lo descu!ri en )0/. -omo resultado este circuito

lleva su nom!re. Es el circuito ms sensitivo que existe para medir una

resistencia. Es un circuito muy interesante y se utiliza para medir el valor de

componentes pasivos como ya se dijo como las resistencias (como ya se

ha!a dicho*. El circuito es el siguiente: (puede conectarse a cualquier voltaje

en corriente directa, recomenda!le no ms de )7 voltios*

-uando el puente se encuentra en equili!rio:

8)9 87y 8x 9 8/ de donde 8) 8x 9 87 8/

En este caso la di$erencia de potencial (la tensin* es de cero ;, donde se ha colocado un ampermetro, que muestra

que no pasa corrienteentre los puntos = y > (< amperios*

-uando 8x 9 8/ ?=>9 < voltios y la corriente 9 < amperios

%i no se conoce el valor de 8x, se de!e equili!rar el puente variando el valor

de 8/. -uando se haya conseguido el equili!rio 8x ser igual a 8 /(8x 9 8/*.

8/ de!e ser una resistencia varia!lecon una cartula o medio para o!tener

valores muy precisos.
http://www.unicrom.com/Tut_resistencia.asphttp://www.unicrom.com/Tut_voltaje.asphttp://www.unicrom.com/Tut_corrientecontinua.asphttp://www.unicrom.com/Tut_corriente_electrica.asphttp://www.unicrom.com/Tut_corriente_electrica.asphttp://www.unicrom.com/Tut_resistenciavariable.asphttp://www.unicrom.com/Tut_voltaje.asphttp://www.unicrom.com/Tut_corrientecontinua.asphttp://www.unicrom.com/Tut_corriente_electrica.asphttp://www.unicrom.com/Tut_resistenciavariable.asphttp://www.unicrom.com/Tut_resistencia.asp


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Ejemplo:

%i 8)y 879 ) @A (@ilo ohmio* y 8/9 5 @A, 8x de!er de 5 @A para lograr

que el voltaje entre = y > (?=>* sea cero (corriente igual a cero*

=s, !asta conectar una resistencia desconocida (8x* y empezar a variar 8/

hasta que la corriente entre = y > sea cero. -uando esto suceda, el valor de

8Bser igual al valor de 8/

Cna aplicacin muy interesante en la industria es como censor de

temperatura, presin, etc. (dispositivos que varan el valor de su resistencia

de acuerdo a la variacin de las varia!les antes mencionadas*. Es en el

ampermetro donde se ve el nivel o grado de des!alance o di$erencia que

hay entre el valor normal a medir y la medida real.

Dam!in se utiliza en los sistemas de distri!ucin de energa elctrica donde

se lo utiliza para detectar roturas o $allas en las lneas de distri!ucin.

Cn puente de heatstone es un instrumento elctrico de medida inventado por.

%amuel unter -hristie en )/7, mejorado y popularizado por %ir -harles

heatstoneen)0/. %e utiliza para medir resistenciasdesconocidas mediante

el equili!rio de los !razos del puente. Estos estn constituidos por cuatro

resistencias que $orman un circuito cerrado, siendo una de ellas la resistencia

!ajo medida.

1igura 7.3 magen de un #uente de heatstone tpico
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Samuel_Hunter_Christie&action=edithttp://es.wikipedia.org/wiki/1832http://es.wikipedia.org/wiki/Charles_Wheatstonehttp://es.wikipedia.org/wiki/Charles_Wheatstonehttp://es.wikipedia.org/wiki/1843http://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Puente_Wheatstone2.JPGhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Samuel_Hunter_Christie&action=edithttp://es.wikipedia.org/wiki/1832http://es.wikipedia.org/wiki/Charles_Wheatstonehttp://es.wikipedia.org/wiki/Charles_Wheatstonehttp://es.wikipedia.org/wiki/1843http://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctrica


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1igura ).3 "isposicin del #uente de heatstone

En la 1igura ) vemos que, 8x es la resistencia cuyo valor queremos

determinar, 8), 87 y 8/ son resistencias de valores conocidos, adems la

resistencia 87es ajusta!le. %i la relacin de las dos resistencias del !razo

conocido 878)* es igual a la relacin de las dos del !razo desconocido

(8x8/*, el voltajeentre los dos puntos medios ser nulo y por tanto no

circular corriente alguna entre esos dos puntos.

#ara e$ectuar la medida lo que se hace es variar la resistencia 87 hasta

alcanzar el punto de equili!rio. Fa deteccin de corriente nula se puede hacer

con gran precisin mediante el galvanmetro G.

Fa direccin de la corriente, en caso de desequili!rio, indica si 87 es

demasiado alta o demasiado !aja. El valor de la 1.E.+.(E* del generador es

indi$erente y no a$ecta a la medida.

-uando el puente esta construido de $orma que 8 )es igual a 8/, 8xes igual a

87en condicin de equili!rio. (-orriente nula por el galvanmetro*.

=simismo, en condicin de equili!rio siempre se cumple que:
http://es.wikipedia.org/wiki/Voltajehttp://es.wikipedia.org/wiki/Galvan%C3%B3metrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza_electromotr%C3%ADzhttp://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:PWheatstone.pnghttp://es.wikipedia.org/wiki/Voltajehttp://es.wikipedia.org/wiki/Galvan%C3%B3metrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza_electromotr%C3%ADz


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%i los valores de 8), 87y 8/se conocen con mucha precisin, el valor de 8x

puede ser determinado igualmente con precisin. #eque'os cam!ios en el

valor de 8xrompern el equili!rio y sern claramente detectados por la

indicacin del galvanmetro.

"e $orma alternativa, si los valores de 8), 87y 8/son conocidos y 87no es

ajusta!le, la corriente que $luye a travs del galvanmetro puede ser utilizada

para calcular el valor de 8xsiendo este procedimiento ms rpido que el

ajustar a cero la corriente a travs del medidor.

?ariantes del puente de heatstone se pueden utilizar para la medida de

impedancias, capacidadese inductancias

Fa disposicin en puente tam!in es ampliamente utilizada en

instrumentacin electrnica. #ara ello, se sustituyen una o ms resistencias

por censores, que al variar su resistencia dan lugar a una salida proporcional

a la variacin. = la salida del puente (en la 1igura ), donde est el

galvanmetro* suele colocarse un ampli$icador.

Modos de uso del puente de wheatstone:

#ara los clculos de circuitos son indispensa!les las dos primeras leyes

esta!lecidas por Gustav 8. @irchho$$ ()703)2*.
http://es.wikipedia.org/wiki/Impedanciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Capacidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Inductanciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Instrumentaci%C3%B3n_electr%C3%B3nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sensorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Amplificadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Impedanciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Capacidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Inductanciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Instrumentaci%C3%B3n_electr%C3%B3nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sensorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador


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). Fa suma de las corrientes que entran, en un punto de unin de

Cn circuito es igual a la suma de las corrientes que salen de ese punto. %i se

asigna signo ms (H* a las corrientes que entran en la unin, y signo menos

(3* a las que salen de ella, entonces la ley esta!lece que la suma alge!raica

de las corrientes en un punto de unin es cero:

%uma de 9 < (en la unin*

En esencia, la ley simplemente dice que la carga elctrica no puede

acumularse en un punto (es decir, cuanto ms corriente lega a un punto,

mayor cantidad sale de l*.

7. #ara todo conjunto de conductores que $orman un circuito cerrado, se

veri$ica que la suma de las cadas de voltaje en las resistencias que

constituyen la malla, es igual a la suma de las $em intercaladas.

-onsiderando un aumento de potencial como positivo (H* y una cada de

potencial como negativa (3*, la suma alge!raica de las di$erencias de

potenciales (voltajes* en una malla cerrada es cero:

%uma de E 3 suma de las cadas 8 9 < (en la malla cerrada*

#ara aplicar esta ley en la prctica, se supone una direccin ar!itraria para la

corriente en cada rama. El extremo de la resistencia, por donde penetra la

corriente, es positivo, con respecto al otro extremo. %i la solucin para la

corriente que se resuelve, hace que quede invertido el negativo, es porque la

direccin de la corriente es opuesta a la que se ha supuesto.


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ROCEDIMIENTO E!ERIMENTA"

El motivo de esta prctica es el estudio y aplicacin de las leyes o reglas de

@irchho$$, de gran importancia prctica en Electricidad y Electrnica. >asadas

en estas leyes, estudiaremos el anlisis de mallas, para aprender a

sistematizar el estudio de un circuito elctrico, y aplicaremos lo anterior al

anlisis de circuitos simples como el puente de heatstone.

OBJETIVOS:

+edir la resistencia neta de circuitos en serie y contrastar los

resultados con la teora

+edir la resistencia neta de circuitos en paralelo y contrastar los

resultados con la teora

+edir con precisin la resistencia elctrica de un conductor

+edir la resistividad de un conductor cilndrico

>alancear un puente elctrico

-

MATERIA"ES

-aja de 8esistencias

Galvanmetro

-onexiones

1uente de ?-", ),5 voltios

Da!lero de 8esistencias


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DISE#O E!ERIMENTA"

$% ROCEDIMIENTO

).3 =rme el circuito de la $igura 7. -onsidere una resistencia 8)el ta!lero de

resistencias y seleccione otra resistencia 8xde la caja de resistencias.

7.3 ?ari la posicin del contacto deslizante ", a lo largo del hilo hasta que la

lectura del galvanmetro sea cero.

/.3 =note los valores de longitudes del hilo F7y F0as como tam!in el valor de

8) en la ta!la ).

0.3 Ctilizando la ecuacin 8x 9 (F)F7* 8)I halle el valor de la resistencia 8 xluego

comprelo con el valor que indica la caja de resistencias.

5.3 8epita los pasos ), 7, / y 0 para otras resistencias anotndolas en la ta!la

).

4.3 -omplete la ta!la ).


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-=J= "E

8E%%DE6-=

8) (K+*

FK6GDC"

"EF FK

8E%%DE6-= +E""=

(K+*

#K8-E6D=JE "E

E88K8

((EDL EEB#* ED* B)


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OOO.)

OOO.7

Pueda:

OOOOO)

Fa resistencia de un conductor homogneo en $uncin a su resistividad. Q est

dado por la relacin:

-omo se trata de un mismo conductor la resistividad y el rea transversal es lo

mismo #or tanto de la ecuacin queda para un 8B

%i reemplazamos (/* en (7* o!tenemos:

2.- !u"les cree usted que han sido las posi#les fuentes de error en la presente

experiencia$

el mal $uncionamiento de los instrumentos del la!oratorio

la mal lectura delas medidas por parte del alumno

los colores desgastados de las resistencias

%. !&o podr'a eitar estas fuentes de error$

Fas posi!les $uentes de error se podran evitar con una mejor visi!ilidad de

las personas que toman las lecturas del galvanmetro.

En cuanto alas resistencias mediante el cdigo de colores ya sa!emos que

los clores pintados estn desgatados y por eso no se puede di$erenciar !ien

los colores ah descritos.


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.- !u"les son los factores que influyen en la precisin del puente

*+,/0, al tratar de conocer el alor de una resistencia desconocida$

or qu3$

-omo hemos explicado en lo re$erente a errores en la presente prctica,

algunos de los $actores que in$luyen en la precisin del puente, lo

constituyen, entre otros, las $luctuaciones de corriente y tensin, y que, como

sa!emos al momento de aplicar la $rmula, hacen variar la di$erencia de

potencial de las resistencias, y por consiguiente el valor de estas tam!in se

altera. #or otra parte, tam!in in$luye el modo sustancial, la precisin en la

lectura de la regleta que reemplazan a dos de las resistencias, ya que una

mala lectura conlleva a un errneo reemplazo de valores resultantes de

malas mediciones, lo que por consiguiente mostrar un resultado muchas

veces incompati!le con el valor real.

.- !u"l ser'a la &"xi&a resistencia que podr'a &edir con el puente de

*heatstone$

Fa mxima resistencia que puede medirse con el circuito tipo puente es

dependiente de los valores de las resistencias o!tenidas por la distancias

en el hilo de tungsteno, el cual se de!e medir (en longitud*, esto es:

( )X =

1 2

1R

R L

L

de esta ecuacin, se desprende que para que el valor de la resistencia 8 B

logre su valor mximo, el valor de 8 )de!e ser lo ms grande posi!le, y

que a su vez, el valor de F 7y F)de!en ser lo ms grande y ms peque'o

posi!le respectivamente, y ya que:

R =L

A

%e deduce entonces que los valores de F7 y F) son directamente

proporcionales a la distancia medida en el hilo de tungsteno, esto es,

cuando mayor sea dicha longitud, mayor ser la resistencia del mismo.


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Dodo lo anterior se cumple desde el punto de vista matemtico, ya que

desde el punto de vista $sico, de!emos expresar que el valor del voltaje

que entrega la $uente de!e ser relativamente alto, en tanto que los

valores de las resistencias no de!en exceder un determinado rango, ya

que de ser el valor de 8Bmuy grande, ste puede actuar dentro del

circuito como un aislante, de modo que el circuito quede a!ierto

elctricamente.

&% 'o( )u* +,(+ula +o((,ente po( el -al.an/0et(o +uando el puente no

est1 en +ond,+,ones de e)u,l,2(,o3 E4pl,)ue detallada0ente%

-ircula corriente por que las di$erencias de potencial en los dos puntos de

contacto del galvanmetro(=* son di$erentes (explicamos mejor en el siguiente

ejemplo*

#ara entender el $uncionamiento de este

circuito es necesario remarcar que:

Fas di$erencias de potencial son di$erencias

(restas* entre los potenciales de dos puntos.

aremos un smil, suponga usted que se

encuentra al pie de una monta'a que se

encuentra a una altura - y asciende hasta el punto que tiene una altura = ymide la di$erencia entre estas dos alturas

=9 altura del punto =

-9 altura del punto -

Fgicamente dir que la di$erencia de alturas es = 3 - que llamaremos

=- del mismo modo si asciende desde - hasta el punto > encontrar una

di$erencia de alturas > 3 - que llamaremos >-


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%i le pregunto Rqu di$erencia de alturas hay entre los puntos = y >S

Fgicamente usted me dir que, la di$erencia de alturas entre los puntos = y >,

que llamaremos =>, es igual, a la medida que hemos hecho en el primer

recorrido =-, menos la medida en el segundo recorrido >-

=s pues tendremos que:

5AB6 5AC7 5BC6 85A75C9 7 85B75C9 6 5A7 5C75B 5C6 5A7 5B

-on los potenciales y di$erencias de potencial ocurre lo mismo que con las

alturas con lo que nos queda que:

VAB6 VAC7 VBC6 8VA7VC9 7 8VB7VC9 6 VA7 VC7VB VC6 VA7 VB

Es decir, que para conocer la di$erencia de potencial entre dos puntos = y

>, se pueden medir por separado las tensiones respecto a un tercer punto de

re$erencia, -, y restarlas. Este mtodo se usa mucho en la prctica y el punto

de re$erencia com&n a todo un circuito suele llamarse masa, y diremos que

este punto de re$erencia puede tener cualquier valor por lo que tomaremos

como tensin de re$erencia el punto de masa a < voltios. K!serva que en el

caso de las alturas no nos importa a que altura est el punto - si conocemos

las di$erencias de altura de = y > respecto a -.

?olviendo a nuestro circuito puente se cumple como hemos dicho:

VAB6 VAC7 VBC6 8VA7VC9 7 8VB7VC9 6 VA7 VC7VB VC6 VA7 VB

) 9 ? (8) H 8/* 9T ?=-9 ) x 8/ 9 ? x 8/ (8)H 8/*

79 ? (87H 8/* 9T ?>-9 7x 809 ? x 80 (87H 80*

VAB6 VAC7 VBC6 V x ;8R$ < 8R= R$99 7 8R> < 8R? R>99@

%e dice que el puente est equili!rado cuando la tensin en el punto = ?=

es igual a la tensin en el punto >, ?> entonces ?=> 9 9


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En nuestra &ltima $rmula y marcado en azul claro vemos dos trminos

que se restan, si esos dos trminos son iguales entonces ?=> 9 < 8R? R>9

Ope(ando:

R$4 R? R$4 R>6 R>4 R= R> 4 R$

R=< R?6 R$< R>

% 'Cu1les son las .entaas des.entaas de usa( el uente3 'o( )u*3

VENTAJAS

El puente de heatstone al $ormar parte de un circuito logra esta!ilizaren una nueva posicin de equili!rio a un transmisor de equili!rio de

$uerzas con detector $otoelctrico.

Fos cam!ios en las resistencias se determinan normalmente mediante el

puente de heatstone.

El puente de heatstone de un %ensor FEF dise'ado para medir

metano sirve para medir el calor li!erado cuando se quema un gas

in$lama!le en una perla cataltica. El aumento de temperatura provocaun cam!io en la resistencia, que es medido y convertido a N de FEF.

El puente de heatstone de un %ensores FEF dise'ado para medir

metano mide la di$erencia entre la resistencia de am!os elementos. =s,

este sensor mide de $orma e$icaz el calor li!erado cuando se quema un

gas.

El sensor tipo %train Gauge esta compuesto de un puente heatstone y

presenta las siguientes ventajas: %ensor sin contacto $sico con el elemento de muelle, y por tanto,

6K vulnera!le a so!recarga.

8esiste los picos de tensin relacionados con soldaduras.

Diempo de reposo: +enos de un milisegundo, lo que signi$ica que

se pueden usar en sistemas dinmicos de pesaje

El sensor puente ;%train3Gauge; es prcticamente lineal en el

rango nominal de la clula de carga.


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DESVENTAJAS

#rue!as realizadas por la!oratorios independientes como D8 han

demostrado que los sensores con puente de heatstone no poseen una

sensi!ilidad adecuada para medir com!usti!le de aviacin. #or ello,

aunque su salida se aumente para proporcionar una !aja respuesta del

com!usti!le de aviacin, los sensores con puente de heatstone no

poseen la sensi!ilidad necesaria para medir los niveles de com!usti!le

de aviacin necesarios para proteger a los tra!ajadores que acceden a

espacios reducidos =s, un sensor FEF con puente de heatstone

presenta un rango de imprecisin tres veces mayor que un #" (8ango

de imprecisin del #": )4< ppm*

El sensor tipo %train Gauge esta compuesto de un puente heatstone y

presenta las siguientes desventajas:

%ensor muy vulnera!le a so!re extensin, lo que no le permite

volver a su ;cero original; y en el peor de los casos, se destruye

"estruccin del sensor en muchos casos con tan solo 5


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Fa mxima resistencia que puede medirse con el circuito tipo puente es

dependiente de los valores de las resistencias o!tenidas por la

distancias en el hilo de tungsteno

-omo se trata de un mismo conductor la resistividad y el rea

transversal es lo mismo

Fas di$erencias de potencial son di$erencias (restas* entre los

potenciales de dos puntos.

El puente de heatstone es el primer tipo de puente de medida que se

utiliz y es tam!in el de uso mas $recuente.

Cn circuito es igual a la suma de las corrientes que salen de ese punto.

CONC"USIONES

%i la resistencia $ija 8) es grande se o!serva que la longitud F) es una

cantidad menor que la del F7.

El puente de heatstone es importante para veri$icar los errores que se

dan al $ormar un circuito cerrado con una resistencia ya conocida como la

resistencia de car!n.

Fa variacin de longitudes de la caja de resistencia ase que el

galvanmetro marque cero y por el experimento se o!serva que el

circuito est en equili!rio.

%e comprue!a que las medidas experimentales con la tericas son

cantidades di$erentes, eso se produce por los malos clculos, la $alla de

los instrumentos la di$erencia de error es mnima.

Fas lecturas experimentales hechas para 8/ con respecto a su lectura

conocida, la variacin de error es mnimo al hacer nuestro clculo.


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RECOMENDACIONES

El valor del voltaje que entrega la $uente de!e ser relativamente alto, en

tanto que los valores de las resistencias no de!en exceder un

determinado rango.

#ara cada valor de la resistencia pro!lema se dispondr de tantos

resultados como resistencias patrn disponi!le. %e de!en com!inar

todos ellos para o!tener un valor ms preciso

En lo re$erente a errores en la presente prctica, algunos de los $actores

que in$luyen en la precisin del puente, lo constituyen, entre otros, las

$luctuaciones de corriente y tensin, y que, como sa!emos al momentode aplicar la $rmula, hacen variar la di$erencia de potencial de las

resistencias, y por consiguiente el valor de estas tam!in se altera.

BIB"IORAFA

=. 6=?=88K y 1. D=#E

Gua de la!oratorio de $sica C6+%+.

%E8=U L >E-6E8. 1sica para -iencias e ingeniera.

+c GraV ill +xico 7

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