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PATRÓN DE RESISTENCIA ELÉCTRICA EN CORRIENTE CONTINUA
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Karen Daniela Escorcia Otálora: 174827 1María Angélica Gómez Gordillo: 01174788; 1Andrea Estefanía Rocha Abella: 01174793
2 Jaime Villalobos
1Estudiantes
1,2 Universidad Nacional de Colombia
Fundamentos de electricidad y magnetismo 2 Profesor
Bogotá, D. C., 21de junio de 2012
RESUMEN
El desarrollo de la metrología como ciencia ha permitido el avance y progreso de las ciencias exactas, los intercambios
comerciales, un mejoramiento en la calidad de vida de las personas, a partir de la estandarización de patrones de medida
que faciliten las relaciones interpersonales, económicas, políticas y sociales. En esta oportunidad se abordará el patrón de
resistencia eléctrica en corriente continua mediante el cual es posible calibrar los medidores de resistencia eléctrica,
aumentando la confianza, exactitud y precisión en las medidas.
PALABRAS CLAVE: Metrología, medida, exactitud, precisión, calibración, patrón de medida, resistencia, Efecto Hall
Cuántico, instrumento de medición, resistores patrón, incertidumbre, heteroestructuras.
ABSTRACT
The metrology development as a science has allowed the development and progress of the exact sciences, trade improvement
in quality of life of people, from the measurement standardization standards that facilitate interpersonal relationships,
economic, policies and socials. This time will address the pattern of dc electrical resistance through which it is possible to
calibrate the electrical resistance meters, increasing confidence, accuracy and precision in measurements.
KEY WORDS: Metrology, measurement, accuracy, precision, calibration, measurement standard, resistance, Quantum Hall
Effect, measuring instrument, standard resistors, uncertainty, heterostructures.
Introducción
A lo largo de la historia, el ser humano se ha
preocupado por conocer su entorno en función
del mejoramiento de las condiciones de vida.
Empíricamente, ha interactuado con la
naturaleza mediante el proceso de medición, lo
que le ha permitido el desarrollo y evolución de
sus
actividades
comerciales,
sociales
económicas e industriales, que requieren el
previo establecimiento de patrones de
comunicación y medición.
En la actualidad, la precisión y exactitud de las
mediciones se encuentra altamente vinculada
con los índices de eficiencia y calidad de los
productos o actividades profesionales que
realizan todas las personas alrededor del
mundo. Para ello ha sido necesaria la
calibración periódica de los instrumentos de
medición con patrones nacionales o
internacionales, mediante comparación, con el
objeto de garantizar un nivel de certeza y
confianza en las mediciones que asegure un
entorno de equidad y justicia en la dinámica
actual.
La metrología, motor de desarrollo
La metrología como ciencia que se ocupa de las
medidas, resulta muy influyente en todas las
áreas del conocimiento ya que se encarga de
obtener, procesar y entregar mediante un
instrumento
de
medida
información
cuantitativa que describa las propiedades de un
sistema, fenómeno físico u objeto. 1
Actualmente, todos los aspectos de la vida
implican patrones metrológicos de diversa
índole, siendo una medida la comparación de la
magnitud del mesurando en relación a un
patrón de referencia establecido.
El progreso de la ciencia y la humanidad esta
ligado a los avances en la capacidad de
medición y en la posibilidad de evaluar el grado
1http://s3.amazonaws.com/lcp/ing-
electronica/myfiles/Cap2.Metrologia.pdf.
de confianza de nuestras mediciones (precisión
y exactitud) de acuerdo a la rigurosidad del
instrumento y del experimentador, así como
también de la reproducibilidad de la medida; ya
que esta viene condicionada por errores
personales, sistemáticos y aleatorios.
A partir de lo mencionado anteriormente, se
enfocará el estudio en el patrón nacional de
resistencia eléctrica con corriente continua.
La resistencia eléctrica
Acuerdo del patrón nacional de resistencia
eléctrica
El patrón nacional de resistencia eléctrica en
corriente continua tiene un valor definido por
el valor promedio de un conjunto de resistores
patrón de 1W tipo Thomas, mantenidos en un
baño de aceite a una temperatura controlada
de 25,0 °C. La incertidumbre de este patrón es
de
± 0,24 µΩ/Ω (k=2, con un nivel de confianza de
aproximadamente 95 %).
En términos generales, la resistencia eléctrica
describe la tendencia de un material a impedir
el flujo de corriente a través del mismo2, siendo
el ohm la unidad de medida, que esta definida
como la resistencia eléctrica de un elemento
pasivo en un circuito eléctrico que es recorrido
por una corriente continua de un ampere
cuando se aplica a sus terminales una tensión
eléctrica en corriente continua de un volt.
Su relación con otras unidades del sistema
internacional es: 1W=1V/A3.
La unidad de resistencia eléctrica se ha
determinado directamente en función de las
unidades mecánicas, mediante trabajos
experimentales para la determinación del Ohm
absoluto, efectuados por el National Boreau of
Standards y por laboratorios nacionales de
otros países. Para ello se compara el valor de la
reactancia a una frecuencia conocida de una
bobina o de un condensador de construcción
especial, cuyo valor puede calcularse a partir de
sus dimensiones, con una resistencia. Con ello
se puede asignar a dicha resistencia un valor en
unidades absolutas, en función de la longitud y
el tiempo, las dimensiones de la inductancia o
condensador y el periodo correspondiente a la
frecuencia de comparación.4
2
La
Guía
Metas
02
09
en
“http://www.metas.com.mx/guiametas/La-GuiaMetAs-02-09-Res.pdf” (Consultado el 28/05/12).
3
Patrones
Nacionales
en
“http://www.simet.gob.mx/patrones/electrica/1997
/resistencia.htm” (Consultado el 28/05/2012).
4
FINK, D.G.;BEATY, H.W.;CARROLL, J.M:
“Manual práctico de electricidad para
Figura 1: Patrón Nacional de Resistencia Eléctrica en
corriente continua (esquina superior derecha) y dispositivos
de transferencia tipo Hamon.
El patrón nacional de resistencia eléctrica en
corriente continua tiene un valor definido
El valor del patrón nacional de resistencia se
obtiene mediante la reproducción del efecto
Hall Cuántico, el cual se puede observar en
muestras
semiconductoras,
llamadas
heteroestructuras, que contienen un gas de
electrones de dos dimensiones en la interfaz de
dos capas de material semiconductor de la
muestra.
La muestra se somete a temperaturas
inferiores a la del Helio líquido en presencia de
un campo magnético B intenso.
Bajo estas condiciones la resistencia Hall (RH) de
la muestra se cuantiza y queda expresada en
términos de la constante de Planck (h) y la
carga
del
electrón
(e)
mediante:
ingenieros”. Tomo I. Editorial Reverte S.A.
1981. España. Pág.: 3.54
𝑅(𝐻) =
ℎ
𝑅𝐾−90
=
2
𝑖𝑒
𝑖
ser aplicadas como referencias de resistencia
eléctrica en metrología.
Los patrones de resistencia eléctrica se
construyen con un metal de elevada
resistividad en forma de hilo o de cinta.
Generalmente se emplean aleaciones como la
manganina (Cobre, Níquel, Magnesio) y el
Evanohm (Cobre, Níquel, Cromo, Aluminio) las
cuales tienen un bajo coeficiente de
temperatura.
5
Figura 2: El efecto Hall6
El laboratorio cuenta con un conjunto de
heteroestructuras
de
AlGaAs/GaAs
proporcionadas por el Physikalisch-Technische
Bundesanstalt (PTB) de Alemania y el Bureau
International des Poids et Mesures (BIPM).7
Mantenimiento del patrón
El mantenimiento del patrón nacional de
resistencia eléctrica en c.c., se efectúa
mediante la aplicación de un control estadístico
de los valores de cada resistor, a través de
intercomparaciones periódicas, utilizando un
puente de resistencia que opera bajo el
principio de un comparador de corrientes.
El laboratorio cuenta con varios sistemas de
medición para cubrir todo el intervalo de
medición:
Figura 3: Heteroestructura proporcionada por el PTB
(izquierda); Heteroestructuras proporcionada por el BIPM
(Derecha)
Las líneas de investigación y desarrollo de este
laboratorio
son:
la
construcción
y
caracterización de comparadores de corriente
criogénicos para mejorar los niveles de
incertidumbre alcanzados hasta el momento.
Junto con otras instituciones de investigación
del país se trabaja en el desarrollo de muestras
semiconductoras de AlGaAs/GaAs para
observar el efecto Hall cuántico, con el fin de

Dos puentes de resistencia que operan
bajo el principio de comparación de
corrientes para cubrir el subintervalo de 1
Ω a 10 kΩ

Los sistemas anteriores en conjunto con
un extensor de intervalo se utilizan para
cubrir el subintervalo de 100 mΩ a 1 mΩ

Un sistema de medición potenciométrico
para cubrir el subintervalo de 10 kΩ a 1 TΩ

Un sistema de medición basado en el
puente de Wheatstone se utiliza para
cubrir el subintervalo de 10 MΩ a 1 TΩ8.
5
TENA, J.G. “Circuitos electrotécnicos básicos. Sistemas de
carga y arranque”. Madrid, España: Ediciones Noble S.A.
2009. Pág.:202
6
Para concluir, el patrón nacional de resistencia
eléctrica con corriente continua sigue siendo un
tema de discusión; actualmente se siguen
buscando alternativas en pro de la mejora de la
incertidumbre del mismo con objeto de
7
8
Es un fenómeno que manifiesta en algunos
materiales semiconductores cuando este es recorrido
por una corriente I y con un campo magnético B,
perpendicular a la corriente, se genera un potencial Uh
perpendicular a I y a B
DEMEM Laboratorio de Resistencia Eléctrica en
“http://www.cenam.mx/dme/410_Hall.asp” (Consultado el
28/05/12).
DEMEM Laboratorio de Resistencia Eléctrica en
“http://www.cenam.mx/dme/410_Resistencia.asp”
(Consultado el 28/05/12).
obtener valores aceptados a nivel mundial y
garantizar la calibración de los instrumentos de
manera óptima.
BIBLIOGRAFIA





La
Guía
Metas
02
09
en
“http://www.metas.com.mx/guiametas/La
-Guia-MetAs-02-09-Res.pdf” (Consultado el
28/05/12).
Patrones
Nacionales
en
“http://www.simet.gob.mx/patrones/elect
rica/1997/resistencia.htm” (Consultado el
28/05/2012).
FINK, D.G.;BEATY, H.W.;CARROLL, J.M:
“Manual práctico de electricidad para
ingenieros”. Tomo I. Editorial Reverte S.A.
1981. España. Pág.: 3.54
TENA, J.G. “Circuitos electrotécnicos
básicos. Sistemas de carga y arranque”.
Madrid, España: Ediciones Noble S.A. 2009.
Pág.:202
DEMEM Laboratorio de Resistencia
Eléctrica
en
“http://www.cenam.mx/dme/410_Hall.asp
” (Consultado el 28/05/12).