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Física y Química 3.º ESO · Medida de magnitudes eléctricas. La ley de Ohm

Medir con el polímetro: el amperímetro en serie y el voltímetro en paralelo

Objetivo: Al terminar, sabrás conectar correctamente un amperímetro (en serie) y un voltímetro (en paralelo), preparar el polímetro (bornes, selector y escala) y leer en su pantalla la intensidad y el voltaje de un circuito sencillo.

Explicación

Dos aparatos, dos formas de conectarlos

El amperímetro: en serie

El amperímetro mide la intensidad que pasa por un punto del circuito. Para que toda esa corriente lo atraviese, se conecta en serie: hay que abrir el circuito en ese punto e intercalar el amperímetro, de modo que la corriente entre por una punta y salga por la otra.

El amperímetro tiene una resistencia muy pequeña, para no frenar la corriente. Por eso, nunca se conecta en paralelo con un elemento ni directamente a la pila: la corriente pasaría casi toda por él (como por un cable), sería enorme y fundiría su fusible.

El voltímetro: en paralelo

El voltímetro mide el voltaje (diferencia de potencial) entre dos puntos. Se conecta en paralelo: sus dos puntas se apoyan en los dos extremos del elemento, sin abrir el circuito.

El voltímetro tiene una resistencia muy grande, para que casi no pase corriente por él. Si se conecta en serie, corta prácticamente la corriente: la bombilla se apaga.

El polímetro

El polímetro (o multímetro) reúne en un solo aparato el voltímetro, el amperímetro y el óhmetro.

Bornes (agujeros donde se enchufan los cables):

Borne	Para qué
COM	El cable negro, siempre
V Ω mA	El cable rojo para medir voltajes, resistencias e intensidades pequeñas (hasta unos 200 mA)
10 A	El cable rojo para medir intensidades grandes (hasta 10 A)

Selector (la rueda): se elige la magnitud y la escala (rango).

V⎓: voltaje de corriente continua (pilas, baterías). Es la que usaremos. (V~ es para corriente alterna, la del enchufe: no se mide en el laboratorio del instituto.)
A⎓ o mA⎓: intensidad de corriente continua.
Ω: resistencia (con el elemento desconectado del circuito).

Cada posición del selector indica el valor máximo que se puede medir en ella (por ejemplo, 2 V, 20 V, 200 V).

Cómo medir sin estropear nada

Calcula aproximadamente qué vas a medir. Si no lo sabes, empieza por la escala mayor.
Baja después a la menor escala que sea mayor que la medida: tendrás más cifras decimales (una medida más precisa).
La pantalla da el número en la unidad de la escala: en la escala de 20 V lee voltios; en la de 200 mA lee miliamperios.
Si en la pantalla aparece solo un «1» a la izquierda, la medida no cabe en esa escala: sube de escala.
Si aparece un signo menos, las puntas están al revés (el rojo debe ir hacia el polo +). El valor es correcto; solo cambia el signo.

Puntos clave

Amperímetro: mide la intensidad; se conecta en serie, abriendo el circuito e intercalándolo.
Voltímetro: mide el voltaje entre dos puntos; se conecta en paralelo, en los extremos del elemento, sin abrir el circuito.
Polímetro: cable negro en COM; cable rojo en V Ω mA o en 10 A según lo que se mida.
Empieza por la escala mayor y baja hasta la menor en la que quepa la medida.
La pantalla da el valor en la unidad de la escala; un «1» solo significa fuera de escala.
Nunca se conecta un amperímetro en paralelo, y nunca se mide el enchufe en clase.

Errores frecuentes

ErrorConectar el amperímetro como el voltímetro, apoyando las puntas en los extremos de la bombilla.
Cómo corregirloPara medir intensidad hay que abrir el circuito y hacer que la corriente pase a través del amperímetro. Las puntas «a caballo» de un elemento son solo para el voltímetro.
ErrorMedir voltajes con el cable rojo en el borne de 10 A o de mA.
Cómo corregirloAntes de medir, comprueba el borne: para voltios, el cable rojo va en V Ω mA. Con el cable en el borne de intensidad, el polímetro hace de cable y provoca un cortocircuito.
ErrorLeer «152.4» en la escala de 200 mA y escribir 152,4 A.
Cómo corregirloLa unidad es la de la escala: son 152,4 mA, es decir, 0,1524 A.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1. La intensidad de una linterna experimental (procedimiento de medida)
Queremos medir la intensidad que pasa por la bombilla de una linterna (pila de 4,5 V, interruptor y bombilla en un solo camino). No sabemos cuánto va a salir. Describe los pasos. Primero medimos en la escala de 10 A y la pantalla marca 0.15; después pasamos a la escala de 200 mA y marca 152.4. ¿Cuál es la intensidad? ¿Qué medida es mejor?

Resolución
Pasos:
1. Abrimos el interruptor y desconectamos un cable (por ejemplo, el que va de la bombilla al polo − de la pila).
2. Cable negro en COM y cable rojo en 10 A; selector en A⎓, escala de 10 A (no sabemos cuánto va a salir).
3. Intercalamos el polímetro: la punta roja al extremo que viene del lado del polo + (la bombilla) y la negra al polo −. Así toda la corriente pasa por el polímetro: está en serie.
4. Cerramos el interruptor y leemos: 0,15 A.
5. Como 0,15 A = 150 mA es menor que 200 mA, pasamos el cable rojo a V Ω mA y el selector a 200 mA. Leemos 152,4 mA.
Resultado: $I = 152{,}4\ \text{mA} = 0{,}1524\ \text{A}$ . Es mejor la segunda medida: la escala más pequeña da más cifras (más precisión).
Ejemplo 2. Leer la pantalla del polímetro lectura de instrumentos
Interpreta cada lectura:

Selector Pantalla

a) V⎓, escala 20 V 4.37

b) V⎓, escala 2 V 1 (solo, a la izquierda)

c) mA⎓, escala 200 mA 85.0

d) V⎓, escala 20 V −8.95

Resolución
a) 4,37 V.

b) Fuera de escala: el voltaje es mayor que 2 V. Hay que pasar a la escala de 20 V.

c) 85,0 mA $= 0{,}0850\ \text{A}$ .

d) 8,95 V. El signo menos indica que las puntas están al revés (la roja está en el polo −); el valor es correcto.

Selector	Pantalla
a) V⎓, escala 20 V	4.37
b) V⎓, escala 2 V	1 (solo, a la izquierda)
c) mA⎓, escala 200 mA	85.0
d) V⎓, escala 20 V	−8.95

Ejercicios

De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.

1. Fácil
Completa la tabla:

Aparato Magnitud que mide Unidad ¿Cómo se conecta?

Amperímetro

Voltímetro
Ver solución
Amperímetro: intensidad, amperio (A), en serie. Voltímetro: voltaje, voltio (V), en paralelo.
- Amperímetro: intensidad; amperio (A); en serie (abriendo el circuito e intercalándolo).
- Voltímetro: voltaje (diferencia de potencial); voltio (V); en paralelo (en los dos extremos del elemento).
2. Fácil
Escribe el valor medido con su unidad (y en amperios si es una intensidad): a) escala 20 V, pantalla 1.52; b) escala 200 mA, pantalla 45.6; c) escala 10 A, pantalla 1.20; d) escala 20 V, pantalla −4.48; e) escala 200 mV, pantalla 1 (solo, a la izquierda).

Ver solución
a) 1,52 V. b) 45,6 mA = 0,0456 A. c) 1,20 A. d) 4,48 V (puntas invertidas). e) Fuera de escala: hay que subir de escala.
a) 1,52 V. b) 45,6 mA $= 0{,}0456$ A. c) 1,20 A. d) 4,48 V; el signo menos indica que las puntas están al revés. e) La medida no cabe en 200 mV: fuera de escala; hay que pasar a una escala mayor (2 V o 20 V).
3. Media
Un circuito tiene una pila (polo + en el punto A y polo − en el punto C), un interruptor entre A y B, y una bombilla entre B y C. Cuatro alumnos proponen:
1. Conectar el amperímetro con una punta en B y otra en C, sin quitar nada.
2. Soltar el cable que une la bombilla con C y poner el amperímetro entre ese extremo de la bombilla y C.
3. Conectar el voltímetro con una punta en B y otra en C, sin quitar nada.
4. Soltar el cable de la bombilla a C y poner el voltímetro en su lugar. ¿Qué propuestas son correctas para medir la intensidad que pasa por la bombilla y el voltaje de la bombilla?
Ver solución
Correctas: la 2 (amperímetro en serie) y la 3 (voltímetro en paralelo). Incorrectas: la 1 y la 4.
- 1) Incorrecta: el amperímetro quedaría en paralelo con la bombilla. Haría de puente: la bombilla se apagaría y pasaría una corriente muy grande por el amperímetro.
- 2) Correcta: el amperímetro queda intercalado, en serie, y lo atraviesa toda la corriente de la bombilla.
- 3) Correcta: el voltímetro queda en paralelo con la bombilla (en sus dos extremos) y mide su voltaje.
- 4) Incorrecta: el voltímetro quedaría en serie; por su gran resistencia casi no pasaría corriente y la bombilla se apagaría.
4. Media
Para medir la tensión de una pila de 9 V, Irene tiene el selector en la escala de 200 V y lee 9.0. Su compañero, con la escala de 20 V, lee 9.12. a) ¿Por qué no coinciden? b) ¿Cuál es la mejor escala para esta medida? ¿Y para medir una pila de 1,5 V, si el polímetro tiene escalas de 200 mV, 2 V, 20 V y 200 V?

Ver solución
a) La escala de 200 V da menos cifras: la medida es menos precisa. b) La de 20 V para la pila de 9 V; la de 2 V para la de 1,5 V.
a) Las dos medidas son compatibles, pero la escala de 200 V solo da un decimal, mientras que la de 20 V da dos: 9,12 V es más precisa. b) La mejor escala es la menor en la que cabe la medida: para 9 V, la de 20 V (en la de 2 V no cabe). Para 1,5 V, la de 2 V.

Para practicar más

1. Fácil
Explica con tus palabras por qué el amperímetro se conecta en serie y el voltímetro en paralelo.
Ver solución
El amperímetro debe ser atravesado por toda la corriente que se quiere medir; el voltímetro compara dos puntos y no debe alterar la corriente.
- El amperímetro mide la corriente que pasa por un punto: para que toda esa corriente lo atraviese, hay que intercalarlo en el camino, en serie.
- El voltímetro mide la diferencia de potencial entre dos puntos: basta con tocar esos dos puntos con sus puntas, en paralelo, sin cortar el circuito; como casi no deja pasar corriente, no lo altera.
2. Fácil
Un polímetro tiene estas escalas: voltaje 200 mV, 2 V, 20 V y 200 V; intensidad 2 mA, 20 mA y 200 mA (borne V Ω mA) y 10 A (borne 10 A). ¿Qué escala y qué borne usarías para medir: a) una pila de 1,5 V; b) la batería de una moto, de 12 V; c) una intensidad de unos 50 mA; d) una intensidad de unos 2 A?

Ver solución
a) 2 V (borne V Ω mA). b) 20 V (V Ω mA). c) 200 mA (V Ω mA). d) 10 A (borne 10 A).
Se elige la menor escala en la que quepa la medida: a) 1,5 V → escala de 2 V, cable rojo en V Ω mA. b) 12 V → escala de 20 V, cable rojo en V Ω mA. c) 50 mA → escala de 200 mA, cable rojo en V Ω mA. d) 2 A no cabe en 200 mA → escala de 10 A, cable rojo en el borne 10 A.
3. Media
Escribe, paso a paso, cómo medirías el voltaje entre los extremos de la bombilla de una linterna (pila de 4,5 V) con un polímetro: bornes, selector, escala, dónde pones las puntas y qué esperas leer aproximadamente.
Ver solución
Negro en COM, rojo en V Ω mA; selector en V⎓, escala 20 V; puntas en los dos extremos de la bombilla (roja hacia el +) con el circuito cerrado; se espera algo menos de 4,5 V.
1. Cable negro en COM y rojo en V Ω mA.
2. Selector en V⎓, escala de 20 V (4,5 V no cabe en la de 2 V).
3. Con el interruptor cerrado y la bombilla encendida, se apoyan las puntas en los dos extremos de la bombilla, la roja en el extremo que va hacia el polo +. No se abre el circuito: el voltímetro va en paralelo.
4. Se espera leer algo menos de 4,5 V (prácticamente el voltaje de la pila, porque es el único receptor).
4. Difícil
Hugo acaba de medir la intensidad de un circuito con el cable rojo en el borne 10 A. Sin cambiar el cable de borne, gira el selector a V⎓ 20 V y pone las puntas en los dos polos de una pila para medir su voltaje. a) ¿Qué ocurre? b) ¿Qué regla debería seguir siempre antes de medir?

Ver solución
a) Por el borne de 10 A el polímetro tiene resistencia casi nula: hace un cortocircuito con la pila, pasa una corriente enorme, la pila se calienta y puede fundirse el fusible del polímetro. b) Comprobar el borne y el selector antes de tocar el circuito.
a) Con el cable en el borne de intensidad, el polímetro se comporta como un cable, sin casi resistencia, aunque el selector esté en voltios. Al tocar los dos polos de la pila hace un cortocircuito: pasa una intensidad muy grande, la pila se calienta y se descarga, y se puede fundir el fusible del polímetro (o estropearse). b) Antes de medir, comprobar siempre el borne y el selector: para voltajes, cable rojo en V Ω mA; y después de medir intensidades, devolver el cable rojo a ese borne.

Aparato	Magnitud que mide	Unidad	¿Cómo se conecta?
Amperímetro
Voltímetro