APLICACIN DE LA LEY DE FARADAYA. Prez, O. Perdomo, M. Garca.Facultad de IngenieraUniversidad del Valle

-ResumenEn este laboratorio, realizamos dos procedimientos para un circuito elctrico, est conformado por un circuito de entrada y uno secundario abierto.En la primera parte, con el circuito secundario est abierto y con dos bobinas, una de 500 vueltas y la otra de 1000 vueltas, variamos el voltaje primario, tomamos los datos de la corriente y el voltaje secundario inducido. En la segunda parte, conectamos un restato al circuito secundario, variando la resistencia y dejando el V1 constante, tomamos la corriente I1, I2 y el V2.

-IntroduccinLa LEY DE FARADAY nos dice que en presencia de la variacin de un flujo magntico existe la induccin de una fuerza electromotriz sobre un circuito aleatorio. Para este experimento contamos con una serie de materiales como son: transformador experimental, un juego de bobinas, un restato, cuatro multmetros y varios cables de conexin.

Los objetivos de este laboratorio son, entre otros, aplicar la LEY DE FARADAY de una manera prctica; conocer los aspectos bsicos relacionados con el funcionamiento del transformador y estimar el valor de la permeabilidad magntica del ncleo del transformador que se tiene para esta prctica.

Marco TericoEste es considerado el trabajo ms importante de Michael Faraday el cual se baso en los experimentos realizados en su laboratorio en el ao de 1831, esta ley establece que el voltaje inducido (FEM: fuerza electromotriz, toda causa capaz de mantener una diferencia de potencial) en un circuito es directamente proporcional a la rapidez con que cambia el flujo magntico que lo atraviesa,

Teniendo en cuenta que y que el smbolo negativo representa la FEM que se opone al flujo magntico, al observar esta ecuacin notamos que si se presenta algn tipo de variacin en el flujo magntico o en la seccin que este atraviesa se producir una FEM, por lo cual se hace necesario trabajar con una fuente de corriente alterna para garantizar de este modo la produccin constante de un campo variable.La ley de faraday para el caso de las bobinas se denota como,

Bajo este principio funcionan gran cantidad de dispositivos como los generadores elctricos, transformadores, etc.Tomando a N como el nmero de espiras presentes, para el caso de los transformadores (2 bobinas y un ncleo de hierro) se puede probar que la expresin siguiente se hace validaVp/Np = Vs/Ns

La bobina primaria es la que se conecta a la fuente y la secundaria es sobre la cual se induce el voltaje, siendo el nucle de hierro el encargado de concentrar las lneas del campo magntico.

Procedimiento Experimental

Figura 1. Montaje experimental

Se realiz el montaje del circuito que se representa en la figura 1 para realizar los siguientes experimentos:

1. Con una configuracin de 1000 vueltas para N1 y 500 vueltas para N2, s vario el voltaje V1 utilizando una resistencia infinita (circuito secundario abierto), para medir la corriente I1 y el voltaje secundario inducido V2; estos datos se consignaron en la tabla 4.1.

2. Se fij el voltaje V1, se tome un valor de 1000 vueltas para N1, 500 vueltas para N2, se vari la resistencia del circuito secundario con la ayuda de un restato y se midi la corriente I1, el voltaje secundario V2, y la corriente I2; estos valores se consignaron en la tabla 4.3.

A continuacin se mostrarn cada una de las tablas que contienen los datos anotados para la realizacin de este laboratorio.

Resultados y discusin:Tabla 4.1 N2= 500 vueltas

I1(A)V1V2V2/V1

0.0330.314.20.458

0.0439.918.80.471

0.0552.124.70.474

0.0666.631.70.475

0.0778.437.40.477

0.0887.842.00.478

0.0990.143.10.478

I1V1I2V2V2/V1P2/P

0.39300.738.80.2930.549

0.5340.30.99120.2970.556

0.6650.21.24150.2980.5613

0.860.61.5118.10.2980.5637

0.9270.11.75210.29950.5698

1.0680.22.0124.10.30.5698

1.1890.12.2627.10.30.5760

1.32100.62.5230.30.3010.5841

1.48112.62.8333.80.30.5739

Grafico de intensidad (I) en funcin de V2/ V1Tabla 4.3 N2= 500 vueltas

Grafico de intensidad (I) en funcin de V2/ V1

Grafico de Intensidad (I) en funcin de P2 /P 1

Permeabilidad magntica

V2B0I1

14.2 5.61x10-80.03

18.87.43x10-80.04

24.79.76x10-70.05

31.71.25x10-70.06

37.41.47x10-70.07

421.66x10-70.08

Preguntas y anlisis:1) Qu papel desempale ncleo en el transformador?Este concentra las lneas del campo magntico, aumentando la permitividad magntica del medio.

2) Para la configuracin de bobinas N1 = 1000 vueltas, N2 = 500, observando los datos de las tablas para los cocientes V2/V1 qu puede inferir sobre el funcionamiento del transformador si R = ?Al observar los cocientes V2/V1 cuando R = podemos observar que se mantiene constantes para cualquier variacin de V1 (voltaje inductor) y la dispersin entre uno y otro valor es despreciable. De ello podemos inferir que el voltaje inducido (V2) s directamente proporcional al voltaje inductor (V1) otra inferencia al ser R = es que el circuito formado por la bobina secundaria tendr poca permitividad al paso de la corriente cuya magnitud vendra a ser cero.3) Se induce completamente el voltaje del primario al secundario? por qu?El voltaje primario no se induce completamente en le secundario por que el numero de vueltas en las bobinas es diferente y como se sabe la fem inducida es proporcional al nmero de vueltas, tambin influye la permitividad magntica que no puede concentrar bien las lneas.4) Qu ocurrira si la bobina primaria fuese alimentada con corriente continua?Si esto ocurriese se generara un campo magntico constante en la primera bobina y por lo tanto no podra inducirse un voltaje ni sobre ella misma ni sobre la segunda bobina.5) De las graficas V2/V1 Vs I2 observe los interceptos con el eje y; qu relacin guardan con el cociente N2/N1 para R Para N2 = 500 el intercepto es 0.294 y al resolver N2/N1 500/1000 obtenemos 0.5 los cuales son valores casi aproximados, parte del error se debe a que parte del voltaje inicial no es inducido completamente.6) De las graficas P2/P1 Vs I2 observe los valores del intercepto con el eje y y que relacin guardan con el cociente N2/N1 para R ?Para N2 =500 vueltas P2/P1 Vs I2 tiene como ecuacin Y = 0.187 7.38X cuyo intercepto es Y = P2/P1 donde P2/P1= I2V2/I1V1 y como V2/V1 = N2/N1 tambin P2/P1= I2N2/I1N1.Tenemos el valor experimental de P2/P1= 0.542 para estipular un valor terico nos vemos precisados a hacer una aproximacin con derivacin parcial de la relacin con respecto a I2 e I1( P2/P1) = (N2 I2/ N1I1) + (N2I2I1/ N1I1) ( P2/P1) = 0.0217De donde concluimos que el valor P2/P1(eficiencia del transformador) es:0.542 0.0217 resultado muy optimo.7) Para R como es la potencia obtenida con relacin a la potencia suministrada y por qu?La potencia obtenida para la bobina de 500 vueltas es aproximadamente la mitad en comparacin a la potencia suministrada por la bobina de 1000 vueltas esto se presenta ya que al ser R el circuito 2 de fem inducida posee mayor permitividad al paso de la corriente y por lo tanto la magnitud de I2 es superior a la de I1 adems la fem inducida al ser menor que la aplicada hace que dicha superioridad se contrarrestre en la ecuacin P = VI y se obtenga los resultados mencionados.

8) Es este un transformador eficiente?La eficiencia obtenida en el primer transformador fue del 54.3% aprox considerando que son transformadores conductores dicho porcentaje es bueno.

Causas de Error: Las prdidas de un transformador se pueden deber a el efecto joule, histresis magntica, o corrientes de Focoult. Las prdidas por calor joule causadas por la resistencia finita de los alambres de la bobina suelen ser bastantes pequeas. Las prdidas por dicho calentamiento varan inversamente al cuadro de la intensidad de corriente. La exactitud de los utensilios de medidas, adems de que los valores de la corriente y el voltaje no se mostraban estables en algunos casos. La utilizacin de cifras decimales y los diferentes clculos causan incertidumbre. La falta de experiencia del grupo de trabajo en una prctica de estas.

Conclusin:

El voltaje inducido cumple la relacin V2/V1=N2/N1. Gracias a la eficiencia de los transformadores se permite transmitir energa a largas distancias, puesto que se puede utilizar un alto voltaje y una baja corriente, para lneas de transmisin. Como N1>N2, entonces el transformador produce una salida mayor del voltaje que el voltaje en el primario. Por lo tanto este era un transformador elevador. Las prdidas de potencia son mnimas en el circuito de corriente alterna.

BIBLIOGRAFA:

Curso de Fsica Tomo II, Jorge E. Quiroga. 5ta edicin, editorial Bedout S.A. Fsica Tomo II, R.A. Serway. 3a edicin , editorial Mc Graw Hill Guas de Laboratorio de Fsica II, Universidad del Valle.