Galvanometro

EL GALVANÓMETRO
AMPERÍMETRO Y VOLTÍMETRO

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1.1.- OBJETIVO
Diseño y construcción de un amperímetro y un voltímetro.
1.2.- FUNDAMENTO TEORICO

Hasta los momentos se ha aprendido los diferentes usos que tiene el multimetro, aunque visto
como una caja negra, es decir, sin saber su constitución interna ni su principio de funcionamiento. Así
mismo se ha utilizado un tester analógico y untester digital, que si bien tienen el mismo uso, tienen
constitución y principios de funcionamiento diferentes.
El multímetro analógico se basa en el galvanómetro o amperímetro de bobina móvil, el
multímetro digital utiliza circuitos electrónicos complejo formados por un microcircuito integrado ó
chip que hace el papel de galvanómetro.
1.2.1- EL GALVANÓMETRO
La figura 1, muestraesquemáticamente un instrumento de bobina móvil: Un entrehierro de
forma cilíndrica el cual se encuentra entre los polos N y S un imán permanente y un bloque cilíndrico
P. En esta región hay una bobina rectangular y dos resortes en forma de espiral M Y M ′ los cuales
tienen la función de mantenerla en equilibrio si no hay torque presentes, o de tender a regresarlas a
dicha posición cuando por algún motivola bobina es desplazada de la posición de equilibrio. Los dos
resortes sirven también para llevar la corriente a la bobina.

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Figura 1. Estructura básica de un galvanómetro de bobina móvil
La finalidad de la geometría cilíndrica es lograr que en el entrehierro y en la superficie del
cilindro, las líneas de campo magnético sean siempre perpendiculares a los lados “verticales” de la
bobinamóvil, es decir, tengan la dirección del radio del cilindro (sin embargo, dentro del cilindro las
líneas de campo no son radiales, ni se cruzan entre sí). En los lados “horizontales” de la bobina, el
campo es despreciable.

Figura 2. Líneas de campo en el entrehierro.
Para ver lo que ocurre en la bobina rectangular, partimos del hecho conocido de que cuando

un alambre recto de longitud “”,se encuentra dentro de un campo magnético “ B ”, y dicho alambre
es atravesado por una corriente “ I ”, entonces la interacción del campo magnético con la corriente
origina una fuerza sobre el alambre:


F = I .xB



donde  apunta a lo largo del alambre en la dirección de la corriente.
Consideremos entonces que hay “n” espiras rectangulares cuyos lados “verticales” miden b
ycuyos lados “horizontales” miden a (figura 3):
a
L
1

N

2

4
3

L’

S

b

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Figura 3. Esquema de la interacción entre el campo y la bobina
El módulo de las fuerzas que actúan sobre los lados (2) y (4) es:
F2 = F4 = nIbB

Estas dos fuerzas tienen direcciones contrarias, pero no tienen la misma línea de acción, por lo
que producen un momento o torque neto de magnitud:

τ =2.(nIbB ).

a
= nIB.s
2

donde s = a.b es el área de la espira.
Las fuerzas que actúan sobre los lados (1) y (3) son muy pequeñas por ser el campo
despreciable en las regiones correspondientes. Además estas fuerzas no producen torque por tener la
misma línea de acción: el eje del cilindro.
La bobina gira hasta que el torque debido a la deformación de los resortes equilibre el torque delas fuerzas magnéticas. El torque del resorte se puede escribir como:


τ ′ = − .α.b
κˆ
ˆ
donde “ κ ” es la constante del resorte, “ α ” es el ángulo girado y “ b ” es un vector unitario que va del
lado 3 hacia el lado 1.

En condiciones de equilibrio:


τ +τ ′ = 0
de donde:
 nBs 
α =
.I
κ

El ángulo de giro “ α ” resulta entonces proporcional a la corriente “ I ”,siempre que las líneas del
campo magnético estén en el plano de las espiras y sean perpendiculares a los lados “verticales” de
éstas, para cada posición de la bobina.
Un índice ( o aguja ) fijo a la eje LL ′ , permite leer sobre una escala la posición alcanzada por la
parte móvil. Esta escala puede ser dividida en intervalos iguales ya que a es directamente proporcional
a “ I ” y puede ser...