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Unidad 4

“Mediciones eléctricas”

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Estas magnitudes pueden medirse con instrumentos que dan directamente el valor correspondiente, mediante una lectura clara y constante, mediante instrumentos que reciben el nombre de la magnitud a medir, como ser, amperímetro, voltímetro, vatímetro, etc. Dentro de los instrumentos nos encontramos con los analógicos, los cuales son de medición directa, basándose la lectura en la posición de una aguja sobre una escala adecuada y los digitales, en los cuales el instrumento por “si” lee el valor de la medición y la misma aparece en un display.

Antecedentes

La medición en la historia

Desde la aparición del ser humano en la tierra, la necesidad de explorar nuevos territorios en busca de mejores condiciones de vida, le llevó a medir dichas distancias tomando como referencia las jornadas solares y las medidas corporales

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(pies, brazas...). Se conocen desde hace 2.500 años a.C. en el Cercano Oriente algunos planos y mapas esbozados.

De igual modo, en los intercambios comerciales donde el trueque suponía intercambiar unos productos por otros, era necesario conocer la cantidad exacta del producto que se pretendía intercambiar, así comenzaron las mediciones en los productos alimenticios y de objetos de valor como el oro y la plata.

Así se estima que los comienzos de la balanza se remontan al año 5.000 a.C... En Mesopotamia y Egipto comienzan a utilizarse en hacia el año 3.000 a.C. siendo sus valores múltiplos de una unidad común: el peso de un grano de trigo. Es posible que el uso de las pesas para la medición fuese posterior al uso del peso de grano.

PRIMERA MEDICIÓN TERRESTRE.

 

En el año 280 a.C. Eratóstenes realizó un cálculo muy aproximado de la circunferencia terrestre del siguiente modo:

1.- Observó que en el mismo momento del día, en la actual ciudad de Asuán y en Alejandría, las varas colocadas verticalmente producían en una sombra y en otra no. ¿Cómo era esto posible?

2.- Al estar el sol a una distancia tan enorme, se considera que los rayos son paralelos.3.- Si no hubiese sombra en ninguna de las dos varas, o fuesen iguales, esto supondría que la tierra era plana.

4.- Pero como en Asuán no tenía sombra y en Alejandría si, la conclusión es que la superficie de la tierra era curva. Por tanto a mayor curvatura, mayor longitud de sombra.

5.- Calculó que si las varas se prolongasen hasta el centro de la tierra, formarían un ángulo de 7º que es la 1/50 parte de 360.

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6.- Eratóstenes encargo a una persona que midiese con sus pasos la distancia entre las dos ciudades que aproximadamente era de 800 km

.7.- Por lo tanto multiplicó 800 km x 50 = 40.000 km que es la longitud aproximada de la circunferencia terrestre.

Historia de la medición. Uno de los primeros conceptos desarrollados por el hombre fue el de número, pues tenía la necesidad de poder expresar numéricamente todo lo que se encontraba a su alrededor. Entonces el hombre comenzó a medir mediante un simple conteo de objetos. Más tarde, y por propias necesidades de su desarrollo, enunció el concepto de medida, realizando las primeras mediciones a partir de unidades muy rudimentarias.

Las primeras mediciones realizadas estuvieron relacionadas con la masa, la longitud y el tiempo, y posteriormente las de volumen y ángulo como una necesidad debido a las primeras construcciones realizadas por el hombre.Así, por ejemplo, en las primeras mediciones de longitud se empleaba el pie, el palmo, el brazo, etc., que constituyeron, al mismo tiempo, los primeros patrones de medición (patrones naturales), que eran fácilmente transportables y presentaban una relativa uniformidad.

Además, se comparaban masas de acuerdo con la sensibilidad muscular o se medían distancias relacionándolas con el tiempo, a partir de lo que se podía recorrer a pié en un día y otras mediciones por el estilo.Todas estas unidades de medida resultaban imperfectas, ya que variaban de individuo en individuo y de un lugar a otro, lo que comenzó a crear dificultades a la hora de establecer las primeras relaciones comerciales entre los hombres.

No obstante, estos primeros pasos condujeron al origen de la Matemática, y de la Metrología o ciencia de la medición. Esta última se deriva de la primera y otras ciencias puras. A medida que paso el tiempo, el propio desarrollo del comercio, la industria y la ciencia, fueron obligando a un desarrollo paulatino de las mediciones que tan importante papel desempeñan hoy día en las relaciones entre los hombres, ya que forman parte de nuestra vida cotidiana, de la producción, la distribución, la investigación etcétera.

La concepción de la medición: 

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“La medición es la forma de determinar tamaños la cantidad o la extensión de algo. Es la manera de describir un objeto”.

La medición es la acción y el efecto de medir. Este verbo, con origen en el término latino metīri, se refiere a comparar una cantidad con su respectiva unidad, con el fin de averiguar cuántas veces la segunda está contenida en la primera.

En otras palabras, una medición es la determinación de la proporción entre la dimensión o suceso de un objeto y una determinada unidad de medida. Para posibilitar la medición, la dimensión del objeto y la unidad deben ser de la misma magnitud.

Historia de la Medición 

Hace algunos siglos, medir resultaba algo muy complicado. Como decíamos, medir es simplemente comparar, y cada persona, cada pueblo, cada país comparaba las cosas con lo que más se le antojaba. Por ejemplo, usaban la medida mano para medir distancias, y aún hoy mucha gente, cuando no tiene una regla o una cinta métrica, mide el ancho de la puerta con la mano o el largo del patio con pasos. El problema con esto es obvio: todos los seres humanos no tienen los pies ni las manos del mismo tamaño, o sea, también un problema de medidas.

Los sistemas más raros de medición coexistían hasta la Revolución Francesa, allá por el año 1789. En esta época de tumulto y grandes cambios, los franceses, enardecidos por su afán de cambiar y ordenar el mundo, decidieron que tenían que fundar un sistema de mediciones racional y único que fuera superior a todos

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los demás. Mientras los políticos se dedicaban a mandar a sus enemigos a la guillotina, la Asamblea Nacional (francesa) le encomendó en 1790 a la Academia de Ciencias que creara este nuevo sistema. 

El nuevo sistema tenía que: 

Estar basado en cosas que permanecieran estables en la Naturaleza. No, por ejemplo, el largo de un pie, porque como bien se sabe el largo de los pies, como el de las narices, varía de persona en persona.

 Estar basado en pocas formas de medir que se conectaran unas con otras de manera lógica. Por ejemplo, una vez definido el centímetro, se define al litro como el volumen de algo que entra en un cubo de 10 cm de lado, y se define el kilogramo como el peso de un litro de agua.

  Debía ser un sistema decimal, es decir, donde los múltiplos de las unidades variaran de 10 en 10. Así, un decámetro es igual a 10 metros, un hectómetro es igual a 10 decámetros, y así sucesivamente.

Nacimiento del metro 

Después de mucho pensar, los científicos de la época se pusieron de acuerdo en que la unidad de medición debería tener que ver con el planeta Tierra. Y se propuso: ¿por qué no hacer que la unidad de longitud sea la diez millonésima parte de un cuarto de meridiano terrestre? 

Pues un meridiano terrestre es la distancia que va desde el Polo Norte al Polo Sur y vuelta al Polo Norte, es decir, una vuelta completa al planeta pasando por ambos polos. La Academia de Ciencias, le encomendó a un grupo de aventureros que fueran a medir, no todo un meridiano, que es muy largo, sino un cuarto de meridiano, que igual es bastante. Estos medidores midieron la distancia de la ciudad deDunkirk, FRANCIA, hasta la de Barcelona, España. 

A partir de esa medición y mediante observaciones astronómicas se pudo calcular el largo del cuarto de meridiano terrestre. A ese número se le dividió por diez millones. El largo que resultó de esa cuenta se usó para fabricar una barra de platino bautizándola con el nombre demetro. 

Entonces, se hicieron y guardaron varias copias del metro patrón en una bóveda de seguridad, protegida de la herrumbre, el frío, el calor y los ladrones. También se decidió que el kilogramo sería, por definición, el peso del agua que cabe en un cubo de un décimo de metro de lado (es decir, 10 centímetros). También se construyó y guardó una pesa patrón de exactamente un kilogramo  junto con el

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metro. A partir de ese momento, todas las mediciones fueron comparaciones con esa barra y esa pesa de platino.

Marco teórico

Las mediciones eléctricas son los métodos, dispositivos y cálculos usados para

medir cantidades eléctricas. La medición de cantidades eléctricas puede hacerse

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al medir parámetros eléctricos de un sistema. Usando transductores, propiedades

físicas como la temperatura, presión, flujo, fuerza, y muchas otras pueden

convertirse en señales eléctricas, que pueden ser convenientemente registradas y

medidas.

Necesidad e Importancia de la medición:

Las mediciones ofrecen los medios exactos y precisos para describir las

características y el tamaño de las partes. En esta época de la producción en

masa, es frecuente que las partes se hagan en una localidad y se ensamblan en

otras. Las mediciones proporcionan ese control al brindar la información en

términos comprensibles para todo el mundo.

Las razones básicas que justifican la medición:

La medición proporciona una manera de controlar la forma en que se dimensionen sus partes.

Segundo ofrece, el medio para controlar el dimensionado de las partes que hacen para otros.

Es una manera de describir físicamente una parte.

El resultado de medir es conocido como medida. Al realizar una medición, se debe

tener cuidado para no alterar el sistema que se observa. De todas formas, hay que

considerar que siempre las medidas se realizan con algún tipo de error, ya sea por

las imperfecciones del instrumental, las limitaciones del medidor o los errores

experimentales.

El patrón que permite realizar las mediciones se conoce como unidad de medida y debe cumplir con tres condiciones básicas:

Ser inalterable (no puede cambiar con el tiempo ni en función de quién realice la medida),

  Ser universal (puede ser utilizado en todos los países)

Ser fácilmente reproducible.

Cuando una medición se concreta a través de un instrumento de medida, se habla de una medición directa. En cambio, en los casos en que no existe el instrumento

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adecuado (porque el valor a medir es muy grande o muy pequeño, por ejemplo), la medición se realiza a través de una variable que permite calcular otra distinta. En estos casos, se dice que la medición es indirecta.

Para medir propiedades eléctricas:

electrómetro (mide la carga) amperímetro (mide la corriente eléctrica) galvanómetro (mide la corriente) óhmetro (mide la resistencia) voltímetro (mide la tensión) vatímetro (mide la potencia eléctrica) multímetro (mide todos los anteriores valores) puente de Wheatstone osciloscopio

Multímetro

Un multímetro también denominado polímetro, es un aparato usado para medir magnitudes eléctricas, cuenta con un selector que según la posición puede trabajar como voltímetro, amperímetro y ohmímetro.

El multímetro tiene un principio, que es el galvanómetro. Un instrumento utilizado para la medida de corriente eléctrica de mínimas intensidades. Este se basa en el giro que realiza una bobina posicionada entre los polos de un imán muy potente cuando recorre por una corriente eléctrica.

Multimetro analógico

Los efectos mutuos entre el imán y la bobina, producen un par de fuerzas electrodinámicas, que hacen que la bobina gire junto a una aguja indicadora dentro de un cuadrante. Este aparato es el más empleado en la fabricación de voltímetros y amperímetros.

Características y aplicación del multímetro

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Se utiliza básicamente para medir las diferentes reacciones de los electrones en lo componentes electrónicos. Gracias al multímetro, podrás medir resistencia, tensión eléctrica y corriente.

• Son provistos generalmente con una caja protectora de un tamaño aproximado a las 25 pulgadas cúbicas.

• Cuentan con dos terminales cuyas polaridades se caracterizan por colores: Negro (-) y Rojo (+).

• Existen dos zócalos diferentes donde se ubican los terminales. Uno es para las medidas de circuitos que cuentan con corriente alterna (AC) y otros para medir circuitos de corriente directa (DC)

• Es importante prestar especial atención a las polaridades, deben ser observadas bien para poder conectar apropiadamente el multímetro.

• El multímetro cuenta con una llave que sirve para seleccionar el tipo de medida que se realizará. Su diseño es exclusivamente para hacer medidas de corriente, resistencia y tensión eléctrica.

Tipos de multímetro

Actualmente existen dos tipos de multímetro: uno Digital y otro Analógico.

Multímetro analógico. Es un instrumento especial para laboratorios, de campo especializado, muy útil y variable. Es capaz de medir voltajes en CA y CD, corriente, ganancia de transistor, caída de voltaje de diodos, resistencia, capacitancia e impedancia. Mediante el principio del galvanómetro y su funcionamiento, cuenta con una aguja que se mueve sobre una escala. Los aparatos digitales son habitualmente más resistentes que los analógicos, pero también tienden a malograrse si se les pone en una escala menor a la señal.

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Multímetro digital. Este aparato usa los circuitos para convertirlos de valores analógicos a valores digitales para luego mostrarlo en una pantalla. En estos últimos años, los multímetro más usados son los digitales, pero también los analógicos no fueron dejados atrás ya que brindan una más rápida respuesta gracias al movimiento de la aguja, cosa que uno digital no puede brindar.

Problema

Se tiene un circuito en paralelo

¿Cómo se calcula la corriente, voltaje y la resistencia de este circuito?

¿Cómo se afecta la corriente que pasa por cada bombilla (la tasa de flujo de electrones) cuando se añaden más bombillas en un circuito paralelo? 

La cantidad de corriente a través de cada bulbo permanece igual cuando los bulbos se agregan en paralelo. Mientras no se agrega ningunos bulbos a la misma trayectoria, no hay resistencia creciente al flujo de electrones en esa trayectoria del circuito.

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Desarrollo

1.- primero se debe hacer un diagrama para reflejar como irán conectados los circuitos ya sea en paralelo, serie o mixto

2.- después organizamos materiales y debemos de checar que materiales se utilizaran como resistencias, depende si es luz directa cargador de 5 voltios

3.- pelar cables de distintos colores en pequeñas porciones, de preferencia de color rojo y negro

4.- poner e instalar con referencias al diagrama

5.-Intalar dependiendo los leds

6.-por ultimo que esté conectado debemos checar la conexiones principales, el puente que sea -,+ ya que no podrá funcionar de esta manera y conectar alternado el conector de cargador para que pueda funcionar

Materiales

Tabla proto Cable y extensión telefónica Leeds Resistencias Cargador de teléfono de 4.5 voltios Dos apagadores de escalera Chicharra

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uno.

21.-Comprobador dieléctrico: Comprobador utilizado para verificar un sistema de aislamiento. Se aplica una tensión de una magnitud específica durante un período de tiempo determinado.

22.-Resistencia dieléctrica: Capacidad de los materiales aislantes y de las separaciones para soportar sobretensiones específicas durante un tiempo determinado (un minuto a menos que se indique lo contrario) sin sufrir descargas disruptivas ni perforaciones.

23.-Diodo: Dispositivo semiconductor de dos terminales (rectificador) que presenta una característica de corriente y tensión no lineales. La función del diodo es permitir la circulación de la corriente en una dirección y bloquearla en la dirección contraria. Los terminales del diodo se denominan ánodo y cátodo.

24.-Frecuencia: En sistemas de corriente alterna, velocidad a la que la corriente cambia de dirección, expresada en hercios (ciclos por segundo); Medida del número de ciclos completos de una forma de onda por unidad de tiempo.

25.-Tierra: Conexión conductora, ya intencionada o accidental, por la que un circuito o equipo eléctrico se conecta a tierra o a cualquier otro cuerpo conductor de electricidad que pueda sustituir a la tierra.Corriente

26.-Corriente de entrada: Sobre corriente inicial que se produce antes de que la resistencia de carga aumente hasta el valor de funcionamiento normal.

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27.-Aislamiento: Material no conductor que se utiliza en un conductor para separar los materiales conductores de un circuito.

28.-kilo: Prefijo que implica (1) multiplicar por mil el valor correspondiente.

29.-LED: Light Emitting Diode

30.-Medidor de aislamiento: Dispositivo de comprobación que aplica una tensión CC y mide la resistencia (en millones de ohmios) del aislamiento de un conductor o equipo.

31.-Ohmio (Ω) : Unidad de resistencia eléctrica que se define como la resistencia de un circuito con una tensión de un voltio y un flujo de corriente de un amperio.

32.-Ley de Ohm: U=IR; I=U/R; R=U/I; U = Tensión aplicada a un circuito, I = corriente que circula por un circuito y R = resistencia del circuito. La ley de Ohm se utiliza para calcular la caída de tensión, las corrientes de fallo y otras características de un circuito eléctrico.

33.-FP: Factor de potencia

34.-Polaridad: En cuanto a los transformadores, la polaridad es la indicación de la dirección del flujo de corriente a través de los terminales de alta tensión con respecto a la dirección a través de los terminales de baja tensión.

35.-Rango: Límites de funcionamiento nominal, especificados desde el punto de calibración más bajo hasta el punto de calibración más alto.

36.-Resistencia: Oposición al flujo de corriente, expresada en ohmios.

37.-Cortocircuito: Carga que se produce cuando un conductor sin conexión a tierra entra en contacto con otro conductor u objeto con conexión a tierra.

38.-V: Tensión; voltio.

39.-VA: Capacidad eléctrica o carga eléctrica, expresada en voltios*amperios.

40.-Voltio: Unidad de fuerza electromotriz. Potencial eléctrico necesario para producir un amperio de corriente a través de una resistencia de un ohmio.

41.-Caída de tensión: Pérdida de tensión en un circuito cuando circula la corriente.

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