http://hdl.handle.net/10366/157312 2026-06-10T20:13:23Z http://hdl.handle.net/10366/158919 En este voltímetro la suspensión del cuadro está extraordinariamente cuidada y dispone de un regulador de posición de puesta a cero. Resulta curioso observar que en lugar de dar la información típica de un voltímetro como su característica Ω/V, el fabricante ha preferido incorporar en el aparato la información de intensidad a fondo de escala o sensibilidad, 3.93 mA. Es decir, estamos ante un voltímetro de aproximadamente 255 Ω/V, valor que hoy nos parece muy pequeño pero que hemos de considerarlo en el contexto de la época en que se fabricó. Las características principales de los voltímetros Carpentier son su robusted y fiabilidad. Se fabricaron diferentes modelos con distintas escalas. Además de su uso como voltímetro podemos medir también corrientes muy débiles que podemos calibrar sin problema si conocemos la resistencia interna del cuadro móvil. El que vemos aquí se puede usar para medir corrientes eléctricas del orden del μA. http://hdl.handle.net/10366/158918 El modelo de tubo de rayos catódicos que presentamos aquí corresponde a un triodo planar de vacío Teltron 521 formado por cátodo y ánodo y una rejilla entre ellos. Se trata de una ampolla de vacío en la que se ha depositado en su parte interior una fina capa metálica para eliminar efectos electrostáticos externos. El filamento de wolframio se calienta con alimentación de 6,3 V y se añade un electrodo circular con agujeros conectado a uno de los bornes del filamento a fin de conseguir un campo eléctrico más uniforme. El ánodo o placa es otro disco circular y también la rejilla está realizada sobre un disco metálico de forma que los tres electrodos paralelos forman una estructura planar. El potencial del ánodo es del orden de 500 V y la corriente de aproximadamente 0,35 mA. Si la diferencia de potencial entre rejilla y cátodo es nula tenemos un simple diodo en el que midiendo la corriente de placa conectada a un potencial determinado y atendiendo a la polaridad de la corriente concluimos que los portadores de carga salientes del filamento son de carga negativa, es decir, electrones. Si operamos con la rejilla observaremos cómo la corriente de placa crece cuando la rejilla es positiva y decrece cuando es negativa, lo que confirma la carga negativa de los rayos catódicos. Además notaremos que pequeñas variaciones del potencial de rejilla dan lugar a grandes cambios en la corriente anódica, lo que sugiere emplear el tubo como amplificador de señales eléctricas. Así pues, tenemos un dispositivo que se comporta sin rejilla como un simple diodo rectificador pues solo conduce cuando el potencial de placa es positivo frente al filamento y además puede operar como triodo amplificador de la señal aplicada a la rejilla permitiendo construir circuitos de interés como por ejemplo el oscilador. http://hdl.handle.net/10366/158917 La medida de grandes intensidades de corriente en generadores y redes de distribución de AC constituyó un problema notable en los primeros años del desarrollo de la electrotecnia, pues la rectificación de corrientes elevadas no era simple. La medida es más sencilla mediante un transformador de intensidad, básicamente un transformador con primario de una sola espira (bobina de Walter Rogowski, 1881-1947). Resulta sencillo comprobar cómo, suponiendo excitación armónica, el valor eficaz del voltaje del secundario resultará proporcional a la intensidad del primario y a la frecuencia de operación, independientemente de que el conductor que medimos esté situado o no en el centro de la bobina, de acuerdo con la ley circuital de Ampère. Es éste el procedimiento utilizado siempre para la medida de grandes intensidades, y también para intensidades medias o bajas mediante la pinza amperimétrica, que no es más que una bobina de Rogowski con un secundario flexible que permite su apertura y cierre para abrazar al conductor cuya intensidad deseamos medir. Se diseñan pinzas amperimétricas para AC y también para DC mediante efecto Hall. El modelo aquí utiliza el mismo principio de las sondas de corriente o de una moderna pinza amperimétrica de AC y también puede utilizarse empleando como primario y secundario un par de bobinados toroidales de las que incorpora. http://hdl.handle.net/10366/158916 Los puentes de medida fueron aparatos muy utilizados desde mediados del siglo XIX. Fue inventado en 1833 por Samuel Hunter Christie (1784-1865) y mejorado y popularizado por Charles Wheatstone (1802-1875). El puente de Wheatstone se diseñó para la medida de resistencias, operando indistintamente en DC y AC a baja frecuencia. A partir de él se han desarrollado puentes de impedancias y puentes específicos para valores muy grandes o muy pequeños de la magnitud a medir. Su funcionamiento es muy simple, y para el caso de resistencias en DC basta disponer una fuente de alimentación, tres resistencias conocidas y un detector de cero. Cuando se conecta en el cuarto brazo del puente la resistencia desconocida y se equilibra, actuando sobre las otras ramas, se encuentra una relación muy simple que permite calcular la resistencia desconocida. Para trabajar en AC hay que alimentar con un voltaje de baja frecuencia, típicamente del orden del kHz. El funcionamiento es el mismo que se ha descrito, con la única diferencia que ahora la detección de equilibrio se realizaba acústicamente, mediante unos auriculares. http://hdl.handle.net/10366/158914 Los sistemas de medida de resistencia eran muy rudimentarios y siempre se basaban en técnicas de comparación. Uno de los primeros procedimientos fue el del galvanómetro diferencial. Más tarde surgió la idea de puente, como el de Charles Wheatstone (1833) para resistencias en DC o el doble puente de Kelvin (1862) para resistencias muy pequeñas.Para la medida de componentes inductivos o capacitivos se desarrollaron puentes de AC, siendo entre ellos el más conocido el de Maxwell-Wien. Este puente permite obtener simultáneamente y de forma sencilla la componente óhmica y la reactiva, así como factor de calidad y coeficiente de disipación para frecuencias de hasta decenas de kHz. Todos estos puentes requerían una notable pericia del experimentador, básicamente una técnica iterativa, pues para equilibrar correctamente el puente hay que garantizar que se ha encontrado efectivamente el minimum minimorum. Hacia 1980 comenzaron a fabricarse puentes digitales automáticos de forma que hoy día podemos obtener espectros de impedancia en un amplio abanico de frecuencias de forma prácticamente inmediata. http://hdl.handle.net/10366/158915 El puente de Wheatstone se diseñó para la medida de resistencias, operando indistintamente en DC y AC a baja frecuencia. A partir de él se han desarrollado puentes de impedancias y puentes específicos para valores muy grandes o muy pequeños de la magnitud a medir. El puente es un circuito eléctrico que se utiliza para medir resistencias desconocidas mediante el equilibrio de sus brazos que están constituidos por cuatro resistencias, siendo una de ellas la desconocida. El equilibrio del puente, es decir, diferencia la de potencial nula entre dos puntos determinados, permite escribir unas ecuaciones muy simples y obtener de ellas el valor de la resistencia problema. http://hdl.handle.net/10366/158913 En 1824 A. M. Ampère (1775-1836) inventó el galvanómetro y estableció las leyes que gobiernan las fuerzas entre corrientes eléctricas y entre éstas e imanes. Es famosa la denominada mesa de Ampère. A partir de esa fecha surgieron diferentes tipos de galvanómetros, pero también se desarrollaron los llamados galvanoscopios, que no pretendían efectuar medidas cuantitativas sino más bien experiencias y demostraciones cualitativas para mostrar el movimiento de conductores con contactos deslizantes sobre mercurio.En nuestro péndulo magnético el campo magnético en la región del mercurio es muy débil y no se observa prácticamente ningún efecto hasta que se suprime la armadura de cierre del imán. Entonces aumenta el campo notablemente y se desplaza el péndulo un pequeño ángulo a derecha o izquierda según el sentido de la corriente, de acuerdo con la expresión F=I(L×B). El fabricante aconseja trabajar con una corriente de 4 A, muy pequeña para observar esas fuerzas ya que el campo magnético creado por ese imán es muy débil. http://hdl.handle.net/10366/158912 Para visualizar y eventualmente medir pequeñas fuerzas electrostáticas se puede utilizar un dispositivo muy simple llamado péndulo electrostático. La extraordinaria ligereza del conjunto permite que la presencia de cualquier objeto cargado dé lugar a una notable deflexión del péndulo que se aparta claramente de la vertical. Las medidas cuantitativas no resultan fáciles de realizar pues la descarga de la bolita a través del hilo de seda e incluso a través del aire que la rodea es difícilmente evaluable.El experimento más interesante consiste en la introducción del péndulo en un condensador plano de placas verticales, mostrándose las oscilaciones asociadas a la carga de signo alternado como consecuencia del contacto con los electrodos. En muchas ocasiones se utilizan dos péndulos para visualizar directamente las experiencias de Coulomb. También es interesante realizar el experimento introduciendo el péndulo dentro de un conductor hueco y observando que la deflexión es nula. http://hdl.handle.net/10366/158910 Entre los primeros multímetros de laboratorio hay que destacar el AVOmeter, o simplemente AVO, cuyo primer modelo data de 1923. La evolución del modelo resultó espectacular y fue probablemente el multímetro más conocido en los laboratorios de física de todo el mundo. La necesidad de aumentar la resistencia de entrada en las medidas voltimétricas impulsó el desarrollo de los multímetros electrónicos.Fue usado para medir con un mismo aparato diferentes magnitudes eléctricas (diferencia de potencial e intensidad (tanto en AC como en DC) y también resistencia eléctrica). http://hdl.handle.net/10366/158911 En la pila Weston el ánodo está formado de una amalgama de cadmio y mercurio mientras que el cátodo es de mercurio puro cubierto por una pasta de sulfato mercurioso y mercurio. El electrolito es una disolución saturada de cristales de sulfato de cadmio hidratado (CdSO4⋅8/3H2O), actuando como despolarizador el sulfato mercurioso. En 1893 Edward Weston (1850-1936) patentó la pila patrón que hoy conocemos con su nombre y que suministra una fuerza electromotriz extraordinariamente estable, 1.0183 V a 20°C. Cuando la disolución electrolítica está efectivamente saturada, el efecto de la temperatura en la fuerza electromotriz es de -40 μV/°C y debe operar sin corriente, a lo más 100 μA durante un máximo de unos 5 segundos. Si no se respetan estas limitaciones no puede garantizarse la bondad y fiabilidad de este tipo de pila patrón. http://hdl.handle.net/10366/158909 A principios del siglo XVIII comenzó una nueva forma de tratamiento médico llamada electroterapia. Durante muchos años se aplicaron descargas eléctricas sobre el cuerpo humano sin conocimiento suficiente produciéndose graves daños e incluso la muerte (tortura, silla eléctrica). Aparte del éxito de la desfibrilación ventricular, hay que señalar que actualmente, la tecnología ha desarrollado numerosos aparatos para la aplicación de la electroterapia sin correr riesgos de efectos secundarios, aunque quizá tampoco primarios. Los más importantes son los electroestimuladores de alta o baja frecuencia. Sus efectos son muy discutidos, pero hoy día se usan en analgesia, potenciación muscular, termoterapia, etc. A partir del descubrimiento en 1831 de la ley de inducción por M. Faraday (1791-1867) se desarrollaron también máquinas de corriente alterna, lo que abrió un nuevo campo a toda esta difusa y poco explicada ciencia.Esta máquina genera unos pocos voltios de AC en vacío y una corriente de cortocircuito de fracción de amperio cuando se acciona enérgicamente la manivela. Dispone de un yugo de hierro movible para cerrar el circuito magnético cuando la máquina está fuera de uso. En la tapa de la caja el propio fabricante nos indica cómo operar. http://hdl.handle.net/10366/158907 Se trata básicamente de un pequeño motor de inducción, concepto desarrollado por Nikola Tesla (1856-1943). La idea inicial fue de Galileo Ferraris en 1885, pero en 1893 Tesla patentó el descubrimiento del principio del motor de inducción.Para hacerlo rotar se cubre parcialmente un polo del entrehierro o, como es nuestro caso, se añade un pequeño bobinado (que se cortocircuita conectando S y P en la figura) sobre una mitad del núcleo junto al entrehierro. La corriente inducida en él retrasa el flujo magnético de forma que todo ocurre como si hubiera un imán de anchura mitad del polo que continuamente se está moviendo desde la región sin sombra hacia la sombreada. De esta forma el campo magnético alterno interacciona con las corrientes inducidas (Eddy) en el disco y produce el par motor que lo hace girar. http://hdl.handle.net/10366/158908 La Máquina de Wimshurst consta de dos discos de material aislante con una serie de sectores metálicos que rotan en sentidos opuestos pasando frente a las escobillas de sendas barras conductoras en posición cruzada. La presencia de una pequeña cantidad de carga en cualquiera de los sectores induce carga de signo contrario en los sectores vecinos del otro disco y del mismo signo en los diametralmente opuestos, siendo este efecto amplificado por la constante rotación que separa las cargas de ambos signos, haciendo crecer la diferencia de potencial entre ellas y llevándolas a los electrodos de salida. La calidad del aislamiento y el tamaño de los electrodos determinan la máxima diferencia de potencial alcanzable. Para incrementar la carga eléctrica y la energía de la descarga se añade un par de condensadores tipo botellas de Leyden, que en nuestro equipo pueden operar con dos valores diferentes de capacidad. http://hdl.handle.net/10366/158906 Nos vamos a referir aquí solamente a dos de los aparatos que se presentan: el vatímetro y el medidor de factor de potencia.Vatimentro: su funcionamiento se basa en la medida del par sobre un cuadro móvil alimentado con una intensidad proporcional al voltaje en la carga y en fase con ella. El cuadro puede girar en el seno de un campo magnético producido por una bobina en reposo alimentada por la corriente en la carga. El valor medio del par de torsión, y la posición de equilibrio de la aguja, resulta proporcional a la potencia media (activa) consumida.Medidor del factor de potencia: La aguja indicadora se mueve solidariamente con dos devanados ortogonales que forman el cuadro móvil. Están alimentados por corrientes iguales en amplitud; una en fase con el voltaje en la carga y la otra retrasada π⁄2. El cuadro gira libremente en el seno del campo magnético producido por una bobina en reposo alimentada por la corriente en la carga. Adquiere una posición de equilibrio, resultado del balance de los pares sobre los dos devanados del cuadro, que es proporcional a cos φ, distinguiéndose el carácter inductivo o capacitivo. http://hdl.handle.net/10366/158905 Vamos a referirnos solamente al vatímetro y al frecuencímetro por ser los más interesantes en el conjunto que se muestra. El funcionamiento del vatímetro se basa en la medida del par sobre un cuadro móvil alimentado con una intensidad proporcional al voltaje en la carga y en fase con ella. El cuadro puede girar en el seno de un campo magnético producido por una bobina en reposo alimentada por la corriente en la carga. El valor medio del par de torsión, y por tanto la posición de equilibrio de la aguja, resulta proporcional a la potencia media (activa) consumida. El frecuencímetro fue diseñado para verificar la frecuencia de la red industrial de AC y el que aquí se presenta se basa en la resonancia de láminas metálicas calibradas a frecuencias muy próximas a la que desemos medir, típicamente 50 o 60 Hz. http://hdl.handle.net/10366/158903 Se utiliza para mediciones de corrientes de baja intensidad. En la práctica se sustituye el clásico hilo de torsión por un resorte elástico de forma que con dos resortes espirales se lleva la corriente a medir al cuadro móvil. Esos resortes generan también un par elástico que contrarresta el par debido a la acción del campo magnético. El instrumento, con indicador de aguja en lugar de espejo, aunque menos sensible, tiene la ventaja de permitir lecturas directas, por lo que es preferido en todas las mediciones realizadas en máquinas o dispositivos eléctricas. Además, el principio Deprez-D'Arsonval, gracias a la presencia del imán de herradura, significa que el galvanómetro no se ve afectado por el efecto del magnetismo terrestre ni por perturbaciones magnéticas derivadas de fuertes corrientes o de la presencia de cuerpos ferrosos, haciendo que el sistema astático resulte superfluo. Cuando una corriente circula por el cuadro móvil la acción del campo magnético produce sobre él un momento que hace que gire. Para ángulos pequeños la rotación es proporcional a la intensidad de la corriente a medir.