El Voltímetro

Materiales:1 Galvanómetro1 Decade resistor box1 Power supply1 Voltimetro6 connecting wires + alligator clipper

Objetivos:

1. Explicar el funcionamiento del Galvanómetro de D’Arsonval 2. Discutir el funcionamiento del voltímetro3. Aplicar el principio de funcionamiento del galvanómetro para construir un

voltímetro

Pre-LabDiscuss the D’Arsonval Movement

Fig.1: Inside of Galvanometer

http://www.tpub.com/content/neets/14188/css/14188_79.htm

What component supplies restoring force to the coil of the D’Arsonval meter movement?

A voltmeter is a device used to measure the voltage potential between two points in an electrical circuit. First created in the early 1800s, voltmeters were originally called

galvanometers. Technically, all voltmeters are ammeters, as they measure current rather than voltage. Although current is measured in amps, Ohm's Law, which establishes the relationship between voltage, current and resistance, can be used to scale the amps to volts.

Because all measurable electrical properties are related to each other through Ohm's Law, in practice most voltmeters are actually multimeters capable of measuring voltage, current and resistance. When measuring voltage, a large resistance is placed in line with the coil of the D'Arsonval movement to minimize interference with the circuit being measured. This is also due to Ohm's Law, which states voltage is directly proportional to resistance. By minimizing the voltage consumed by the voltmeter itself, a more accurate measurement of the circuit's voltage can be obtained. Current is inversely proportional to resistance; conversely, to minimize the amount of current flowing into an ammeter, a large resistance is placed in parallel with the coil.

Modern multimeters come with digital displays and may even use digital measuring techniques rather than a D'Arsonval movement. By incorporating microprocessors, they are also capable of advanced functions such as measuring frequency, counting electrical events, and measuring capacitance

Procedimiento:

Para poder construir el voltímetro o el amperímetro necesitamos conocer dos valores intrínsicos del galvanómetro esto es, su corriente característica ( ) y su resistencia interna ( )

Para determinar la corriente característica o sea la corriente que pasando por la bobina causa deflexión máxima de la aguja en la escala del galvanómetro utilizaremos el circuito mostrado en la Fig 2. Ello lo conseguiremos de la siguiente manera:

1. Monte el circuito mostrado en la Figura 2 con V ~ a 6 V, Rbox igual a 120 kΩ y complete la Tabla 1 anotando la deflexión indicada por el numero de divisiones en la escala del galvanómetro. Cuando este cerca del punto de deflexión máxima (un poquito antes) aumente ligeramente el voltaje de la fuente tomando mucho cuidado con que la deflexión de la aguja no exceda el valor máximo de la escala.

Tabla 1.Deflexión del galvanómetro

Rbox Deflexión120 k60 k30 k24 k20 k15 k

Figura 2

2. Monte el circuito mostrado en la figura 3, complete la tabla 2. Usando la Ley de Ohm determine el valor de la corriente característica del galvanómetro.

Tabla 2

Rbox = ΩVbox = V

Ic=__________ A

Figura 3

3. Monte el circuito mostrado en la figura 4, tome los datos pedidos y usando la Ley de Ohm determine el valor de la resistencia intrínseca del galvanómetro.

Ic=__________ A

VGalv= _________ V r =__________ Ω

Figura 4

4. Ahora se debe calcular el valor del resistor Rm, tal que conectado en serie con el galvanómetro funcione como un voltímetro que pueda medir valores de voltajes entre 0 y Vmax (el valor de Vmax será dado por el profesor).

Vmax = Ic ( Rm + r)

Fig. 5

5. Diseña tres voltímetros que puedan medir voltajes máximos de 3.0 V, 4.0 V y 5.0 V respectivamente y completa la siguiente tabla.

Tabla 3

Escala Rm

Rm (ajustado) (opcional)

% diferencia

6. Utiliza tus voltímetros y el multímetro digital suministrado por el técnico para medir el voltaje de a) Una bateria AA y b) dos baterías AA en serie y completa la tabla 4.

Tabla 4

Medida con el voltímetro que diseñaste

Medida con el multimetro digital

% diferencia

Preguntas:

1. Justifica el porque el esquema “Fig 4” puede funcionar como un voltímetro con cualquier escala.

2. Haga el diagrama de un voltímetro que posea simultáneamente las tres escalas 0-3 V, 0-4 V y 0-5.

3. Que puedes concluir de los resultados de la tabla 4?

4. ¿Cuál será la escala menor que podrá medir tu voltímetro?

5. La sensitividad del voltímetro se expresa comúnmente en ohmios por voltios (Ω/V). ¿Cuál es la resistencia total del voltímetro (r + Rm) dividido entre la escala mayor que puede leer tu multímetro? Calcula la sensitividad del voltímetro para cada una de las tres escalas para la cual tú diseñaste el voltímetro. ¿ será la sensitividad igual para todas? ¿Serán iguales a 1/Ic?

Referencias:

Physics Laboratory Experiments, The Voltmeter and Ammeter, p.324-336, Jerry D. Wilson