Conexión del amperímetro y el voltímetro

Programas: KS3, cycle 4, Sek I

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Objetivo

Aprender a conectar un amperímetro en serie y un voltímetro en paralelo con un tramo del circuito.

Teoría

Un amperímetro mide la corriente que pasa por él mismo, así que toda la corriente del circuito tiene que atravesar el medidor: abra el circuito e intercale el amperímetro en el corte, en serie. En un circuito en serie la corriente es la misma en todas partes, y el amperímetro marca lo mismo antes de la resistencia que después de ella. Un amperímetro ideal no tiene resistencia. Uno real añade un poco al circuito, y cuanto menos añade, menos cambia la corriente que mide.

Un voltímetro mide la tensión entre los dos puntos que tocan sus bornes. Conéctelos a los extremos del tramo, en paralelo con él, y el circuito sigue cerrado. Un voltímetro ideal no consume corriente. Uno real desvía un poco de corriente por fuera del tramo, y cuanto mayor es su resistencia, menos cambia la tensión que mide.

El borne «+» de un medidor va del lado del «+» de la fuente. Con los cables intercambiados, un medidor digital muestra un signo menos, y la aguja de un medidor analógico se desvía hacia el lado contrario, por debajo de cero.

Intercambiar los dos medidores da lugar a dos errores típicos:

• un amperímetro conectado en paralelo con un tramo lo cortocircuita: solo limitan la corriente la resistencia interna de la fuente y el propio amperímetro, y un medidor real funde su fusible;
• un voltímetro en serie detiene la corriente casi por completo: no causa ningún daño, pero muestra casi toda la tensión de la fuente en lugar de la tensión en el tramo.

Un medidor con más de un terminal tiene un rango propio en cada uno. Conecte primero el cable al rango más alto y pase a uno menor solo cuando la lectura quepa en él: el medidor queda a salvo, y la aguja recorre una parte mayor de la escala. Los medidores de nuestro montaje tienen dos bornes cada uno y ningún rango que elegir.

El montaje

Una fuente de 6 V, un amperímetro, una resistencia de 100 Ω; un voltímetro está conectado en paralelo con la resistencia. Los medidores están en modo DC.

Procedimiento

1. Anote las lecturas del amperímetro y del voltímetro.
2. Conecte un segundo amperímetro con cables en paralelo con la resistencia.
3. Quite el amperímetro sobrante y encienda la fuente con la tecla de encendido.
4. Conecte el voltímetro al circuito en serie: quite el cable entre el amperímetro y la resistencia y mueva los cables del voltímetro — el cable del «+» a la salida del amperímetro, el cable del «−» al borne izquierdo de la resistencia. Anote las lecturas de los dos medidores.

Resultado esperado

El amperímetro marca unos 59,6 mA, el voltímetro unos 5,96 V. El segundo amperímetro conecta sus 0,1 Ω en paralelo con la resistencia de 100 Ω, y casi toda la corriente pasa por el medidor. En el circuito solo quedan unos 0,8 Ω: la resistencia interna de la fuente, los dos amperímetros y los cables. Con 6 V sobre 0,8 Ω, la ley de Ohm da más de 7 A, mucho más de lo que admite la fuente: la protección contra sobrecarga la apaga y el indicador de encendido parpadea en rojo. Después de quitar el amperímetro sobrante y encender la fuente, las lecturas son las de antes.

El voltímetro conectado en serie muestra unos 6,00 V, y el amperímetro prácticamente cero (menos de un microamperio). En serie, el voltímetro y el resto del circuito se reparten la tensión de la fuente en proporción a sus resistencias: \(U_V = U \cdot R_V / (R_V + R)\). Con 10 MΩ frente a unos 100 Ω, al voltímetro le corresponden los 6 V salvo una cienmilésima, la corriente es de solo unos 0,6 µA y en la resistencia hay unos 60 µV.

Preguntas

1. ¿Cuánto reduce el amperímetro la corriente del circuito y qué parte de la corriente de la resistencia desvía el voltímetro?
2. ¿Por qué un voltímetro conectado en serie muestra casi la tensión de la fuente mientras la corriente del circuito desaparece?

Respuestas

1. Sin el amperímetro, en el circuito están la resistencia de 100 Ω, los 0,5 Ω de la fuente y los cables, y \(I = U / R\) da unos 59,7 mA. El amperímetro añade sus 0,1 Ω y baja la corriente a los 59,6 mA de su pantalla, en torno a un 0,1%. El voltímetro, en paralelo con la resistencia, desvía unos 5,96 V / 10 MΩ ≈ 0,6 µA, una cienmilésima de los 59,6 mA que pasan por la resistencia.
2. En serie los 10 MΩ del voltímetro se suman a los aproximadamente 100 Ω del resto del circuito, así que la corriente es solo \(I = U / R\) ≈ 6 V / 10 MΩ = 0,6 µA. Con esta corriente en la resistencia hay solo unos 60 µV, en el amperímetro y la fuente aún menos, y casi los 6 V completos quedan en el voltímetro: las tensiones se reparten en proporción a las resistencias.