1. FISICA EXPERIMENTAL I
III
PUENTE DE WEATSTONE
I. OBJETIVOS
S
Estudiar el dispositivo denominado “Puente de Weatstone”.
ar
Weatstone”.
Medir el valor de la resistencia.
II. FUNDAMENTO TEORICO
PUENTE DE WHEATSTONE
Las mediciones más precisas de la resistencia se
obtienen
con
un
circuito
llamado
puente
de
Weatstone, este circuito consiste en tres resistencias
,
conocidas y una resistencia desconocida, conectadas
entre sí en forma de diamante. Se aplica una corriente
continua a través de dos puntos opuestos del diamante
ntinua
y se conecta un galvanómetro a los otros dos puntos.
Cuando todas las resistencias se nivelan, las
corrientes que fluyen por los dos brazos del circuito
se igualan, lo que elimina el flujo de corriente po el
por
galvanómetro,
el
puente
puede
ajustarse
a
cualquier valor de la resistencia desconocida, que se
calcula a partir los valores de las otras resistencias.
Se utilizan puentes de este tipo para medir la
inductancia y la capacitancia de los componentes de circuitos. Para ello se
sustituyen las resistencias por inductancias y capacitancias conocidas. Los puentes
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de este tipo suelen denominarse puentes de corriente alterna, porque se utilizan
fuentes de corriente alterna en lugar de corriente continua. A menu los puentes
menudo
se nivelan con un timbre en lugar de un galvanómetro, que cuando el puente no
está nivelado, emite un sonido que corresponde a la frecuencia de la fuente de
corriente alterna; cuando se ha nivelado no se escucha ningún tono.
Un puente de Wheatstone. es un instrumento eléctrico de medida inventado
atstone.
por Samuel Hunter Christie en 1832, mejorado y popularizado por Sir Charles
Wheatstone en 1843. Se utiliza para medir resistencias desconocidas mediante el
.
equilibrio de los brazos del puente. Estos están constituidos por cuatro resistencias
que forman un circuito cerrado, siendo una de ellas la resistencia bajo medi
medida.
Donde:
Rଵ , R ଶ Son resistencia de precisión.
R ୴ : Es una resistencia variable conocida.
ܴ௫ : Es una resistencia a medir.
G: es un galvanómetro de alta sensibilidad con el cero en el centro.
Cuando se cierre el interruptor S, y la resistencia variable ܴ௩ se modifica de tal
manera, que el galvanómetro no indique una diferencia de potencial, entonces
tendremos que V஻஽ ൌ 0; es decir el circuito estará equilibrado.
;
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Se cumplirá entonces:
V୅୆ ൌ V୅ୈ
R ୴ . Iଵ =Rଵ . Iଶ ………….. (1)
V୆େ ൌ Vୈେ
R ୶ . Iଷ =R ଶ . Iସ ………….. (2)
Además Iଵ ൌ Iଷ
;
Iଶ ൌ Iସ por estar en serie.
Dividiendo (2) y (1) y considerando las igualdades anteriores tenemos:
R୶ Rଶ
ൌ
R୴
Rଵ
Entonces:
R୶ ൌ
Rଶ
R
Rଵ ୴
En el laboratorio se emplea un tipo de puente denominado “puente unifilar”. La
resistencia Rଵ y R ଶ , han sido sustituido por un alambre Nichrome de sección
transversal uniforme. La resistencia también se puede expresar como:
R ൌ ‫ ݌‬
L
S
L: Longitud
P: coeficiente de resistividad.
S: sección transversal del conductor
Si consideramos que:
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Rଵ ൌ ‫ ݌‬
Lଵ
Lଶ
y R ଶ ൌ ‫ ݌‬
S
S
La ecuación (3) se convertirá en:
Rଵ ൌ
Lଵ
R
Lଶ ୚
El puente de Weatstone es un dispositivo que no permite medir también.
eatstone
Capacitancias e inductancias, utilizando corriente alterna en vez de continua.
Todos
estos métodos tienen la ventaja de que no se requiere mediciones
calibrados para la medición de la cantidad desconocida.
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III. MATERIALES
Fuente de C.C.
0 – 12v
1 multímetro
Resistencias
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Cables de
conexiones
1 Interruptor
1 Puente unifilar
de Weatstone
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IV. PROCEDIMIENTO
1.- Paso: Arme el equipo del puente de Weatstone, como en la fig. 2.
2.- Paso: Observe que entre los puntos B y D existen: las resistencias desconocidas
Rx por calcularse, la resistencia de los conductores y de los contactos, que podrían
alterar significativamente los resultados; por ello, es recomendable que el punto
de contacto D, está situado cerca al punto central del alambre, luego elegir un
valor adecuado de Rv, tal que la aguja del galvanómetro experimente la menor
desviación posible a uno y otro lado de la posición de equilibrio.
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3.- Paso: Conectar la resistencia Rx
4.- Paso: Regule la resistencia a 6V.
5.- Paso: Cierre el interruptor S y corra lentamente el cursor sobre el alambre de
nichrome, de forma que se logre la menor desviación posible del galvanómetro.
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6.- Paso: Anote los valores leídos de Rv, L1 y L2 en la siguiente tabla I, y calcule Rx
con la expresión (4).
TABLA I
Rx
200
L1
28.6
L2
21.4
Rv
150
7.- Paso: Cambie Rx con otras resistencias y repita el procedimiento 5. Llene la
siguiente Tabla II.
TABLA II
Resistencia Nº
1
2
3
4
5
150
320
600
150
300
550
Valor
nominal(código)
% de tolerancia
25
750
±5%
±5%
Valor medido
25
750
8.- Paso: Combine dos resistencias diferentes en serie.
9.- Paso: Calcule la resistencia total con el puente:
R12=
52
.
10.- Paso: Realice el cálculo analítico:
R1 = 25
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→ R2 = ?
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Usando el puente observamos que las distancias obtenidas son L1 = 23.5 y
L2 = 21.5, entonces haciendo uso de la fórmula:
∴ Luego como las resistencias están en serie: 25
+ 27
= 52
11.- Paso: Compare los resultados de los procedimientos 9 y 10. Explique.
En este caso los valores concuerdan porque estamos trabajando con las mismas
resistencias haciendo uso del mismo equipo de trabajo par ambos casos.
12.- Paso: Combine dos resistencias diferentes en paralelo y repetir los
procedimientos 9. 10 y 11.
Experimentalmente se tiene R12 = 560
R1 = 700
→ R2 = ?
Usando el puente observamos que las distancias obtenidas son L1 = 20 y L2 = 25,
entonces haciendo uso de la fórmula:
Luego como las resistencias están en serie: 560
+ 700
= 1260
, al igual que
el anterior se calcula el valor de la resistencia desconocida, como podemos
observar obtenemos el mismo valor debido aque trabajamos con las mismas
herramientas.
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V. CUESTIONARIO
1.
De la tabla I. ¿Qué procedimiento es más exacto; considerando la
tolerancia de las resistencias?
Es más exacto haciendo uso de la fórmula que Rx depende de los valores de
las longitudes marcadas por el galvanómetro.
2.
Si la tolerancia de las resistencias 1, 2, 3, 4, 5 de la ta
tabla I fuese
del 1%. ¿Sería más exacto el puente?
Sería más exacto ya que el puente podría calcular con mayor precisión el
valor real de la resistencia ya que la tolerancia indica que el valor real puede
ser mayor o menor que el valor que indica el código.
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