Teoría y principio del circuito del puente de Wheatstone

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Ultima edición el 21 septiembre, 2023

El circuito del puente de Wheatstone es uno de los circuitos más conocidos y utilizados en la electrónica y la ingeniería eléctrica debido a su capacidad para medir resistencias eléctricas con gran precisión. Fue inventado por el físico británico Charles Wheatstone en 1833 y desde entonces ha sido utilizado en una variedad de aplicaciones, desde la medición de pequeñas resistencias en laboratorios hasta la detección de cambios en la temperatura o la presión en sistemas de control industrial.

La teoría detrás del circuito del puente de Wheatstone es relativamente simple pero requiere un conocimiento básico de la ley de Ohm y la relación entre voltaje, corriente y resistencia. En esencia, el circuito consiste en cuatro resistencias conectadas en un puente cerrado, con una fuente de corriente continua aplicada a dos puntos del puente y un detector de voltaje conectado a los otros dos puntos. Al ajustar una de las resistencias, se puede equilibrar el puente y leer la resistencia desconocida en el detector de voltaje.

En esta presentación, exploraremos en mayor detalle la teoría detrás del circuito del puente de Wheatstone y cómo se aplica en la práctica para medir resistencias eléctricas. También discutiremos algunos de los desafíos y limitaciones asociados con el uso del circuito del puente de Wheatstone y cómo se han abordado en diversas aplicaciones. En general, esta presentación proporcionará una introducción sólida al circuito del puente de Wheatstone y su importancia en la ingeniería eléctrica y la electrónica moderna.

Características generales

Antes de adentrarnos en el estudio de la teoría y principio del circuito del puente de Wheatstone, es importante conocer algunas de sus características generales:

  • Es un circuito eléctrico utilizado para medir resistencias eléctricas con alta precisión.
  • Se basa en la ley de Ohm y en la ley de Kirchhoff.
  • Consiste en cuatro resistencias eléctricas conectadas en forma de un puente, donde se aplica una fuente de voltaje.
  • Permite medir resistencias desconocidas mediante el ajuste de una resistencia conocida.
  • Es ampliamente utilizado en la industria y en la investigación científica para medir resistencias en circuitos electrónicos y en la medición de sensores.

Es importante destacar que el circuito del puente de Wheatstone fue inventado por Samuel Hunter Christie en 1833, pero fue Charles Wheatstone quien lo popularizó en 1843.

“El circuito del puente de Wheatstone es una herramienta invaluable en la medición de resistencias eléctricas de alta precisión en circuitos electrónicos y en la investigación científica”.

Su simplicidad y eficacia lo han convertido en un componente clave en la medición de sensores y en la construcción de circuitos electrónicos de alta calidad.

Componentes del circuito

El circuito del puente de Wheatstone es un tipo de circuito utilizado para medir resistencias desconocidas. Está formado por varios componentes, cada uno de los cuales tiene una función específica.

1. Resistencias

Las resistencias son los componentes principales del circuito del puente de Wheatstone. Se utilizan cuatro resistencias, dos de las cuales son conocidas y se utilizan para equilibrar el circuito. Las otras dos resistencias son desconocidas y se miden utilizando el circuito.

2. Fuente de alimentación

La fuente de alimentación proporciona la energía necesaria para hacer funcionar el circuito. Se utiliza una batería o una fuente de alimentación regulada para proporcionar una tensión constante al circuito.

3. Galvanómetro

El galvanómetro es un dispositivo de medición utilizado para medir la corriente eléctrica en el circuito. Se utiliza para medir la corriente que fluye a través de las resistencias desconocidas.

4. Interruptor

El interruptor se utiliza para encender y apagar el circuito. Se utiliza para asegurarse de que el circuito está apagado antes de cambiar las resistencias o ajustar la fuente de alimentación.

5. Cableado

El cableado se utiliza para conectar todos los componentes del circuito. Se utilizan cables conductores para conectar las resistencias, la fuente de alimentación, el galvanómetro y el interruptor.

Cada componente tiene una función importante en el circuito y todos ellos trabajan juntos para medir resistencias desconocidas.

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Análisis para determinar la resistencia de los cables

En la teoría y principio del circuito del puente de Wheatstone, es esencial determinar la resistencia de los cables para lograr mediciones precisas. Este análisis se realiza para eliminar los efectos de las resistencias de los cables en la medición de la resistencia desconocida.

Procedimiento para determinar la resistencia de los cables:

  1. Conectar el circuito del puente de Wheatstone sin la resistencia desconocida.
  2. Ajustar las resistencias conocidas hasta que el voltaje en el galvanómetro sea cero.
  3. Medir las resistencias conocidas y calcular la resistencia del brazo del puente que contiene los cables.
  4. Conectar la resistencia desconocida y ajustar las resistencias conocidas hasta que el voltaje en el galvanómetro sea cero nuevamente.
  5. Calcular la resistencia desconocida utilizando la fórmula de Wheatstone y la resistencia del brazo del puente que contiene los cables.

Es importante destacar que la resistencia de los cables puede variar debido a la temperatura, la longitud y el diámetro de los mismos. Por lo tanto, es fundamental mantener las condiciones de medición constantes.

Es necesario seguir un procedimiento específico y tomar en cuenta las posibles variaciones en la resistencia de los cables.

El efecto del puente en la corriente

El puente de Wheatstone es un circuito utilizado para medir resistencias eléctricas con gran precisión. Consiste en cuatro resistencias dispuestas en forma de diamante, con una fuente de corriente continua conectada a dos vértices opuestos y un detector de voltaje conectado a los otros dos vértices opuestos.

¿Cómo funciona?

La idea detrás del puente de Wheatstone es que si dos de las resistencias son iguales y las otras dos también son iguales, entonces la corriente se distribuirá equitativamente entre ellas, y el detector de voltaje no medirá ninguna diferencia de potencial. Sin embargo, si una de las resistencias cambia, entonces habrá una diferencia de potencial en el detector, lo que permitirá calcular el valor de la resistencia desconocida.

El efecto del puente en la corriente

Una de las aplicaciones más interesantes del puente de Wheatstone es su capacidad para medir la corriente eléctrica. Si se coloca una resistencia conocida en uno de los brazos del puente y se mide la tensión en el detector, se puede calcular la corriente que fluye a través de ella utilizando la ley de Ohm.

Este efecto es especialmente útil en aplicaciones donde se necesita medir corrientes muy pequeñas, como en sensores de temperatura, células solares y detectores de gas. En estos casos, la resistencia a medir es muy alta, y cualquier perturbación en la corriente puede alterar significativamente los resultados.

Ejemplo de aplicación

Supongamos que queremos medir la corriente que fluye a través de una célula solar. Colocamos una resistencia conocida de 100 ohmios en uno de los brazos del puente y medimos la tensión en el detector, que es de 1 voltio. Aplicando la ley de Ohm, podemos calcular que la corriente que fluye a través de la resistencia es de 0,01 amperios (o 10 mA). Como la célula solar está conectada en serie con la resistencia, la corriente que fluye a través de ella es la misma, por lo que podemos medir la corriente de la célula solar con gran precisión.

Conclusión

Su diseño simétrico asegura que la corriente se distribuya equitativamente entre las resistencias, lo que permite detectar cualquier cambio en la resistencia desconocida. Esto lo hace especialmente útil en aplicaciones donde se necesita medir corrientes muy pequeñas o resistencias muy altas.

Aplicaciones del puente de Wheatstone

El puente de Wheatstone es un circuito utilizado para medir resistencias eléctricas desconocidas. Aunque su función principal es la medición de resistencias, también tiene diversas aplicaciones en la industria y la tecnología. A continuación, se presentan algunas de las aplicaciones más comunes del puente de Wheatstone:

1. Medición de resistencias

Como se mencionó anteriormente, el puente de Wheatstone se utiliza principalmente para medir resistencias eléctricas desconocidas. Es un método muy preciso y se utiliza en muchos campos, como la electrónica, la ingeniería y la física.

2. Sensor de presión

El puente de Wheatstone también se puede utilizar como un sensor de presión. Por ejemplo, si se coloca un sensor de presión en un tubo que transporta líquidos, la presión del líquido puede hacer que cambie la resistencia eléctrica del sensor. Al conectar el sensor a un puente de Wheatstone, se puede medir la resistencia y, por lo tanto, la presión del líquido.

3. Sensor de temperatura

Otra aplicación común del puente de Wheatstone es como un sensor de temperatura. Si se coloca un sensor de temperatura en un objeto, como un motor, la temperatura puede afectar la resistencia eléctrica del sensor. Al conectar el sensor a un puente de Wheatstone, se puede medir la resistencia y, por lo tanto, la temperatura del objeto.

4. Detección de carga

El puente de Wheatstone también se puede utilizar para detectar cargas eléctricas en un circuito. Por ejemplo, si se coloca una resistencia conocida en un circuito, y se mide la resistencia del circuito con un puente de Wheatstone, se puede calcular la carga eléctrica que está siendo transmitida a través del circuito.

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5. Conversión de señales analógicas a digitales

El puente de Wheatstone también se puede utilizar como parte de un sistema de conversión de señales analógicas a digitales. Al medir la resistencia de un sensor analógico con un puente de Wheatstone, se puede generar una señal eléctrica que se puede convertir en una señal digital y procesar en un ordenador.

Desde la medición de resistencias hasta la detección de cargas eléctricas, el puente de Wheatstone es una herramienta valiosa para cualquier persona que trabaje con circuitos eléctricos.

Vatímetros y potenciómetros en el circuito

¿Qué es el circuito del puente de Wheatstone?

El circuito del puente de Wheatstone es un circuito eléctrico utilizado para medir resistencias eléctricas desconocidas. Este circuito se compone de cuatro resistencias, dos de las cuales son conocidas y dos desconocidas, que se conectan en forma de puente.

¿Qué son los vatímetros y potenciómetros?

Los vatímetros y potenciómetros son dispositivos eléctricos que se utilizan en el circuito del puente de Wheatstone para medir la potencia y resistencia eléctrica, respectivamente.

El vatímetro es un instrumento que mide la cantidad de energía eléctrica consumida por un circuito eléctrico en un momento determinado. Es decir, mide la cantidad de energía que se está convirtiendo en trabajo útil y la que se está disipando en forma de calor.

El potenciómetro, por otro lado, es un dispositivo que permite variar la resistencia eléctrica en un circuito. Esto se logra mediante la rotación de un dial que cambia la posición de un contacto deslizante sobre una resistencia fija.

¿Cómo se utilizan los vatímetros y potenciómetros en el circuito del puente de Wheatstone?

En el circuito del puente de Wheatstone, los vatímetros se utilizan para medir la potencia eléctrica en las ramas del circuito. Esto permite calcular la resistencia eléctrica desconocida.

Los potenciómetros, por otro lado, se utilizan para ajustar la resistencia eléctrica en una de las ramas del circuito hasta que se alcance un equilibrio en el puente. Esto se logra haciendo que la resistencia eléctrica desconocida sea igual a la resistencia eléctrica conocida.

Ejemplo de uso

Supongamos que tenemos un circuito eléctrico con una resistencia eléctrica desconocida de 100 ohmios y dos resistencias eléctricas conocidas de 50 ohmios cada una. Para medir la resistencia eléctrica desconocida, podríamos utilizar el circuito del puente de Wheatstone.

En este circuito, utilizaríamos dos vatímetros para medir la potencia eléctrica en las dos ramas del circuito. Luego, ajustaríamos el potenciómetro en una de las ramas del circuito hasta que se alcance un equilibrio en el puente.

Cuando se alcance el equilibrio, la resistencia eléctrica desconocida será igual a la resistencia eléctrica conocida. En este caso, la resistencia eléctrica desconocida sería de 100 ohmios.

Conclusión

Estos dispositivos permiten medir la potencia y resistencia eléctrica en el circuito, lo que permite calcular la resistencia eléctrica desconocida.

El circuito del puente de Wheatstone es una herramienta muy útil en la medición de resistencias eléctricas desconocidas y los vatímetros y potenciómetros son esenciales para su correcto funcionamiento.

Determinación de la resistencia interna del circuito

El circuito del puente de Wheatstone es una herramienta muy útil para medir la resistencia eléctrica de un objeto, pero también puede ser utilizado para determinar la resistencia interna del circuito. La resistencia interna se refiere a la resistencia que posee el circuito en sí mismo, independientemente de los componentes externos.

¿Por qué es importante determinar la resistencia interna del circuito?

Conocer la resistencia interna del circuito es importante para poder calcular la corriente que fluye a través de él y, por lo tanto, prever cómo se comportará en diferentes situaciones. Además, también es esencial para asegurar que el circuito esté funcionando correctamente.

¿Cómo se determina la resistencia interna del circuito?

La resistencia interna del circuito se puede determinar utilizando el circuito del puente de Wheatstone. A continuación, se muestran los pasos a seguir:

  1. Conecta el circuito del puente de Wheatstone como se muestra en la figura.
  2. Ajusta la resistencia variable R3 hasta que la corriente que fluye a través del amperímetro A sea cero.
  3. Desconecta la resistencia R2 del circuito y mide su valor con un multímetro.
  4. Conecta nuevamente la resistencia R2 al circuito y mide la corriente que fluye a través del amperímetro A.
  5. Usando la ley de Ohm, calcula la resistencia interna del circuito utilizando la fórmula: Ri = (R1 + R3) / (IA) – R2

Donde:

  • Ri: es la resistencia interna del circuito.
  • R1: es la resistencia conocida del circuito.
  • R2: es la resistencia desconocida del circuito.
  • R3: es la resistencia variable que se ajusta para equilibrar el puente.
  • IA: es la corriente que fluye a través del amperímetro A.

Ejemplo

Supongamos que tenemos un circuito del puente de Wheatstone como se muestra en la figura, con los siguientes valores:

  • R1 = 100Ω
  • R2 = desconocida
  • R3 = 200Ω
  • IA = 0.5mA

Después de ajustar la resistencia variable R3, la corriente que fluye a través del amperímetro A es cero. Luego desconectamos la resistencia R2 y medimos su valor con un multímetro, resultando que su valor es de 300Ω. Conectamos nuevamente la resistencia R2 al circuito y medimos la corriente que fluye a través del amperímetro A, obteniendo un valor de 1mA. Entonces, podemos calcular la resistencia interna del circuito utilizando la fórmula:

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Ri = (R1 + R3) / (IA) – R2 = (100Ω + 200Ω) / (1mA) – 300Ω = 0Ω

El resultado indica que la resistencia interna del circuito es cero, lo que significa que el circuito no tiene resistencia interna y está funcionando correctamente.

Determinación de la resistencia interna del circuito

El circuito del puente de Wheatstone es una herramienta muy útil para medir la resistencia eléctrica de un objeto, pero también puede ser utilizado para determinar la resistencia interna del circuito. La resistencia interna se refiere a la resistencia que posee el circuito en sí mismo, independientemente de los componentes externos.

¿Por qué es importante determinar la resistencia interna del circuito?

Conocer la resistencia interna del circuito es importante para poder calcular la corriente que fluye a través de él y, por lo tanto, prever cómo se comportará en diferentes situaciones. Además, también es esencial para asegurar que el circuito esté funcionando correctamente.

¿Cómo se determina la resistencia interna del circuito?

La resistencia interna del circuito se puede determinar utilizando el circuito del puente de Wheatstone. A continuación, se muestran los pasos a seguir:

  1. Conecta el circuito del puente de Wheatstone como se muestra en la figura.
  2. Ajusta la resistencia variable R3 hasta que la corriente que fluye a través del amperímetro A sea cero.
  3. Desconecta la resistencia R2 del circuito y mide su valor con un multímetro.
  4. Conecta nuevamente la resistencia R2 al circuito y mide la corriente que fluye a través del amperímetro A.
  5. Usando la ley de Ohm, calcula la resistencia interna del circuito utilizando la fórmula: Ri = (R1 + R3) / (IA) – R2

Donde:

  • Ri: es la resistencia interna del circuito.
  • R1: es la resistencia conocida del circuito.
  • R2: es la resistencia desconocida del circuito.
  • R3: es la resistencia variable que se ajusta para equilibrar el puente.
  • IA: es la corriente que fluye a través del amperímetro A.

Ejemplo

Supongamos que tenemos un circuito del puente de Wheatstone como se muestra en la figura, con los siguientes valores:

  • R1 = 100Ω
  • R2 = desconocida
  • R3 = 200Ω
  • IA = 0.5mA

Después de ajustar la resistencia variable R3, la corriente que fluye a través del amperímetro A es cero. Luego desconectamos la resistencia R2 y medimos su valor con un multímetro, resultando que su valor es de 300Ω. Conectamos nuevamente la resistencia R2 al circuito y medimos la corriente que fluye a través del amperímetro A, obteniendo un valor de 1mA. Entonces, podemos calcular la resistencia interna del circuito utilizando la fórmula:

Ri = (R1 + R3) / (IA) – R2 = (100Ω + 200Ω) / (1mA) – 300Ω = 0Ω

El resultado indica que la resistencia interna del circuito es cero, lo que significa que el circuito no tiene resistencia interna y está funcionando correctamente.

En conclusión, el circuito del puente de Wheatstone es una herramienta fundamental en la medición de resistencias eléctricas. Su principio se basa en la equilibración de dos ramas de un circuito mediante la variación de una resistencia conocida. A través de este método, es posible obtener valores precisos de resistencia, lo que lo convierte en un elemento clave en la industria electrónica y en la investigación científica. A pesar de que ha sido utilizado durante más de un siglo, su efectividad y versatilidad siguen siendo relevantes en la actualidad, y se espera que siga siendo una herramienta importante en el futuro de la tecnología eléctrica.

En conclusión, la teoría y principio del circuito del puente de Wheatstone son fundamentales en la medición de resistencias eléctricas. Este circuito se basa en el equilibrio de las corrientes y voltajes que se producen en un circuito en puente, lo que permite obtener mediciones precisas de resistencias desconocidas. Además, este circuito es utilizado en diversas aplicaciones como la medición de temperatura, la detección de humedad y la medición de deformaciones en estructuras. En resumen, el puente de Wheatstone es una herramienta valiosa en la ingeniería eléctrica y electrónica.

JORGE CABRERA BERRÍOS Administrator
Ingeniero Electrónico por la UNI, con maestría y doctorado por la University of Electro-Communications (Japón).

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