practicas iii electromagnetismo

7/28/2019 Practicas III Electromagnetismo

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VICERRECTORÍA ACADÉMICAGRUPO DE EVALUACIÓN ACADÉMICA

ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA

INGENIERÌA ELECTRÒNICA “PRÀCTICAS SENCILLAS DE LABORATORIO. III”

Electromagnetismo

“INDUCCIÒN ELECTROMAGNÈTICA”

OBJETIVO.

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Utilizando recursos del medio y mucha consulta y trabajo colaborativo,conocer y socializar, cómo generar corriente eléctrica usando un imán.

COMPETENCIAS A DESARROLLAR Comprender y socializar el concepto de inducción electromagnética.

Valorar la consulta permanente y el trabajo en equipoEstimular la creatividad y el uso de materiales del entorno paraexperimentar sin tener que realizar grandes inversiones económicas.Desarrollar la capacidad para encontrar relaciones permanentes entre elmaterial estudiado o sugerido y los principios de trabajo industriales.

CONCEPTOS BÀSICOS.

Por la época de 1831, el inquieto Faraday (uno de los grandes inventores de lahumanidad) percibió que, cuando un conductor eléctrico se desplaza en un campomagnético, se genera o se induce en el sistema una corriente eléctrica. En lasmotos por ejemplo, la volante es un imán y en el interior se tienen tres bobinasregularmente espaciadas; cuando el motociclista prende su móvil las bobinascomienzan a girar a gran rapidez y entonces se induce en ellas una corriente quesirve, por ejemplo, para prender la farola (gratis, no necesita batería para ello).

Después de repetir y de analizar la experiencia varias veces se percibe que haydirecciones privilegiadas en las cuales no se genera corriente o algunas en lascuales se genera un máximo valor. Este fenómeno de generación de corriente

eléctrica se denomina “inducción electromagnética” y la corriente generada se conoce como “inducida”. Esta experiencia fue enriquecida significativamente con los aportes de Henry y de Lenz, quienes desde lugares muy lejanos entre sí,contribuyeron a sacar la ley que lleva por nombre la “ley de inducción electromagnética de Henry-Faraday” y que gobierna el mundo de la inducción.

La corriente inducida se genera cuando se presenta un movimiento relativo entreel conductor y el campo magnético; no importa cuál de los dos se mueva. Lascentrales hidroeléctricas generan electricidad usando este interesante fenómeno.La fuerza del agua mueve a gran velocidad unas turbinas alrededor de las cuales

Material organizado por Fuan Evangelista Gómez RendónOrientador del CEAD Occidente (Medellín)






Electromagnetismo 201424

se tienen poderosos imanes. Esta energía eléctrica es transportada por cables através de las montañas y es conducida a las ciudades donde es utilizada según lanecesidad específica; residencias, empresas, industrias.

En el experimento a realizar se dispone de un imán y de un conductor eléctrico yserá el movimiento relativo entre los dos el que genera una “corriente inducida”.

MATERIALES

Bobina con núcleo de aire y 50 espiras.Bobina con núcleo de aire y de 100 espiras.Dos imanes de barraCables, conectoresGalvanómetro con cero en el centroBobina de una sola espira

PROCEDIMIENTO1. Conectar la bobina de una sola espira al galvanómetro, como se ilustra en

la figura. Introduzca uno de los imanes de barra a través de la bobina ycomienza a generar con su mano y en el interior una movimiento armónicosimple. Observe cuidadosamente la aguja del galvanómetro y anote susobservaciones.

2. Conecte las terminales del galvanómetro a la bobina de 50 espiras. Intro-duzca el imán dentro de la bobina y repita cuidadosamente la experienciaanterior. Registre sus observaciones y vaya sacando conclusiones.

Material organizado por Fuan Evangelista Gómez Rendón

Orientador del CEAD Occidente (Medellín)







3. Conecte las terminales del galvanómetro a la bobina de 100 espiras. Intro-duzca el imán dentro de la bobina y repita cuidadosamente la experienciaanterior. Registre sus observaciones y continúe sacando conclusiones.

4. Repita la experiencia anterior invirtiendo la polaridad del imán de barra y sipercibe cambios anote con cuidado sus observaciones.

5. Si el diámetro del núcleo se lo permite (en caso contrario rediseñe susbobinas) una los dos imanes de barra (para generar un imán más fuerte) eintroduzca el sistema a la bobina de 100 espiras. Observe el movimiento dela aguja del galvanómetro; ahora genere movimientos armónicos simples ya diferentes frecuencias o velocidades y analice con cuidado el movimientode la aguja del galvanómetro. Anote una a una sus observaciones y saqueconclusiones significativas del proceso.

ANÀLISIS1. Explique en lenguaje sencillo sus apreciaciones del movimiento generado en

la aguja cuando el imán se introduce en la bobina de una espira:

2. Explique en lenguaje sencillo sus apreciaciones o implicaciones delmovimiento generado en la aguja del galvanómetro cuando el imán se introduceen cada una de las bobinas de 50 y 100 espiras.

3. Explique en lenguaje sencillo sus apreciaciones e implicaciones delmovimiento generado en la aguja cuando sistema de imanes se introduce en cadauna de las bobinas y se mueve a diferentes frecuencias o velocidades:

1. Finalmente dejar el sistema de imanes en reposo y mover a diferentesvelocidades cada una de las bobinas alrededor del sistema de los imanes;sacar conclusiones de los registros conservados y proponer explicacionesrazonables.

2. Tratar de buscar, consultar o sugerir una explicación al fenómeno siguiente:“la aguja del galvanómetro se desvía en una dirección cuando el imán se introduce en la bobina y en la dirección opuesta cuando el imán se saca”.

3. Encuentre los factores que afectan directamente la “F.E.M” (fuerza electromotriz) generada en un sistema de inducción y explique la influencia









en la generación del voltaje inducido de cada uno de ellos.4. Construya un transformador elevador y un transformador reductor y

utilizando al máximo su talento y sus consultas y con la inversión mínima(aprovechar cuantos elementos estén a su alcance y en su entorno socialinmediato) alambre con laca, varilla, aislantes. Estudie su comportamientoy explique cómo funciona el principio de inducción electromagnética.

EL CAPACITORObjetivo

Investigar la relación entre el flujo de carga eléctrica y el tiempo que tarda en

almacenarse energía eléctrica en forma de campo en una región adecuada, un

capacitor.

Objetivos específicos

Realizar una gráfica que describa el comportamiento de la corriente y el

voltaje en el condensador.Investigar analítica y cuantitativamente el almacenamiento de la carga en

un condensador.

Materiales

Un capacitor de 1000F, resistencia de 10k, resistencia de 27k, voltímetro,

fuente de voltaje, amperímetro CD y un cronómetro.

Marco conceptualEl capacitor es un dispositivo que almacena carga eléctrica. Una forma antigua de

un capacitor es el recipiente de Leyden,. Los capacitores están integrados por dos

placas conductoras separadas por aire u otro material aislante, conocido como

dieléctrico. La capacitancia, o capacidad de un capacitor, depende de la

naturaleza del material dieléctrico, el área de las placas y la distancia entre ellas.








Figura 1

La figura uno es un diagrama del circuito de un capacitor, una batería, unaresistencia, un voltímetro y un amperímetro, que no se muestra y que se conecta

en serie para medir la intensidad de corriente. La resistencia es un simple

dispositivo que se opone al paso de corriente eléctrica. La corriente eléctrica en un

periodo se mide en unidades llamadas amperes; 1 coulomb/segundo = 1 ampere.

Cuando el interruptor está abierto, como muestra la figura uno, no fluye corriente

eléctrica de la batería. Sin embargo, cuando el interruptor está cerrado, la bateríasuministra energía eléctrica para mover las cargas positivas a una placa del

capacitor y las cargas negativas a la otra. Se acumula carga en cada una de las

placas del capacitor, pero no fluye corriente a través de él puesto que el centro del

capacitor es de material aislante. A medida que la carga se acumula en el

capacitor, aumenta la diferencia de potencial entre las dos placas hasta alcanzar

la misma diferencia de potencial que la batería. En este punto, el sistema se

encuentra en equilibrio y ya no fluye más carga eléctrica al capacitor. La

capacitancia se mide poniendo una cantidad específica de carga en un capacitor y

midiendo después la diferencia de potencial resultante. La capacitancia, C, se

V

en faradios, q es la carga en coulombios y V es la diferencia de potencial en volts.

En este experimento, usted empleará un capacitor y medirá la intensidad decorriente que fluye hacia él en un periodo. Luego determinará la capacitancia del

capacitor.

Informe









1. Arregle el circuito como muestra la figura uno. El amperímetro, el capacitor y la batería deben conectarse en el orden adecuado. Vea las marcas + y -en los componentes del circuito. La placa positiva del capacitor debeconectarse a la terminal positiva de la batería. Si las conexiones se in-vierten, el capacitor puede dañarse. Las resistencias no tienen extremo + o+. Registre en la tabla 1 el voltaje de la batería y el valor del capacitor.

2. Con un compañero de práctica tomando el tiempo y otro leyendo y registrandolos valores de corriente, encienda la fuente de poder y empiece a tomar laslecturas. En el instante que se enciende la fuente, circulará una gran corriente.Tome lectura de la corriente cada cinco segundos, el primer dato se toma 5segundos después de encender la fuente, hasta que sea demasiado pequeña paramedirla. Estime sus lecturas del amperímetro con la mayor precisión posible.Registre las lecturas en la tabla 2.

3. apague la fuente de poder. Empleando una pieza de cable conecte ambosextremos del capacitor para descargarlo.

4. Reemplace la resistencia de 27k por la resistencia de 10k

5. Repita los pasos 1 al 3 con el resistor de 10k. Registre las lecturas en la tabla2.

6. Después de que se han tomado todas las lecturas, desmantele el circuito. Asegúrese de desconectar todos los cables de la fuente de poder.

Tabla 1

Tabla 2








1. describa con sus palabras ¿Por qué la corriente inició en un valor máximo ydescendió hasta cero mientras el capacitor se estaba cargando?

2. Analice los datos obtenidos con las dos resistencias. Explique la función de laresistencia en el circuito.

3. Empleando los datos de la tabla 2, dibuje dos gráficas para la corriente eléctrica









como una función del tiempo. Trace una curva continua.

4. Encuentre el área entre la curva y el eje del tiempo representa la cargaalmacenada en el capacitor, tiempo en que se considera se ha cargado

completamente. Puede realizarse mediante el dibujo de vario triángulos que

aproximen el área. Note que la corriente está en mA, por lo que éstos deben

convertirse a amperes utilizando 1 mA = 1 x 10-3 A. Tal vez deba tenerse encuenta que i dq

dt¿Cuál es la carga eléctrica estimada para el capacitor con el

resistor de 27 k y con el de 10 k?

V

eléctrica de la pregunta anterior y la diferencia de potencial medida de la fuente de

poder.

6. Compare el valor determinado en la pregunta anterior con el valor indicado por el fabricante y que usted anotó en la tabla 1. Los capacitores electrolíticos tienen

grandes tolerancias, con frecuencia del orden del 50%, por lo que es posible que

exista una considerable diferencia. Encuentre el error relativo entre los dos

valores.

Describa la curva de corriente eléctrica contra tiempo.Qué conclusiones y observaciones puede usted deducir de esta experiencia.

PreguntaDescriba cómo a un circuito RC (un circuito que incluye una resistencia y un

capacitor), capaz de cargarse y descargarse a una rapidez específica y constante,

podría dársele algún uso. Este sistema tiene enormes aplicaciones; consultar.

NATURALEZA DEL MAGNETISMOObjetivo General

Explorar la forma, dirección e interacción de los campos magnéticos.







Electromagnetismo

Objetivos Específicos

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Conocer los polos magnéticos de un imánEstudiar las líneas de campo de en un imánEstudiar el comportamiento de los imanes con otros materiales metálicosEstudiar la inducción magnética

Materiales

Imanes.Papel Bond.Clips.Brújula Magnética.Clavo de Hierro.Limaduras de Hierro.

Repaso de conceptos. Aunque muchas sustancias poseen ligeras propiedades magnéticas, sólo el hierro,cobalto y níquel, y sus aleaciones, forman poderosos imanes permanentes. Lasaleaciones de hierro se magnetizan con facilidad, lo que no sucede con las decobalto o níquel. Los imanes formados a partir de estas sustancias o de susaleaciones son capaces de atraer o repeler otros imanes, tanto en su cercaníacomo a cierta distancia. Si un objeto contiene Fe, Co o Ni y un imán se acerca aél, el imán inducirá magnetismo en el objeto y después interactuará con él. Enconsecuencia, un imán puede atraer a un clavo que al principio no era un imán.

El concepto de un campo de fuerza se emplea para describir la fuerza que uncuerpo ejerce sobre otro a cierta distancia. Al igual que la fuerza gravitacional yeléctrica pueden explicarse mediante los campos gravitacional y eléctrico, lasfuerzas magnéticas pueden explicarse en términos del campo magnéticoalrededor de un imán.

Una brújula es un pequeño imán que tiene la libertad de girar un eje en un planohorizontal. El extremo del imán que apunta hacia el norte recibe el nombre depolo norte (N). El extremo opuesto del imán se llama polo sur (S). La dirección delas líneas del campo magnético se define como la dirección a la cual apunta elpolo norte de una brújula cuando se pone en un campo magnético.








Procedimiento

1. Experimento A. Tipos de PolosSostenga una brújula y deje que la aguja quede en reposo. Para verificar queapunta hacia el norte, coloque la brújula sobre la mesa; luego tome uno de losimanes de barra y acerque el polo norte a la brújula. El imán debe provocar ladesviación de la aguja de modo que el polo sur de la misma apunte hacia el

polo norte del imán. Verifique que ambos tengan la orientación polar correcta.Si el polo norte de un imán de barra atrae al polo norte de una brújula, tal vez elimán esté magnetizado de manera incorrecta. Si ambos imanes tienen laorientación correcta, proceda entonces con el experimento.

2. Experimento B. Líneas de Campo Magnético1. Coloque el imán de barra sobre la mesa y cúbralo con una hoja de papel.

Distribuya suave y uniformemente limaduras de hierro sobre el papel.Golpee ligeramente el papel con su dedo varias veces hasta que laslimaduras formen un patrón de campo. Las limaduras por sí solas se hanalineado con el campo magnético.

2. Dibuje el patrón de campo de las limaduras de hierro en torno al imán.

3. Experimento C. Líneas de Campo Magnético entre Polos

1. Coloque ambos imanes sobre la mesa con el polo norte de uno de ellosaproximadamente a 4 cm del polo norte del otro. Ponga el pedazo de papelsobre los imanes. Distribuya suavemente sobre él algunas limaduras dehierro. Golpee ligeramente el papel varias veces hasta que las limadurasde hierro formen líneas definidas. Dibuje el patrón de campo de las líneasde campo magnético, mostrando la orientación polar de los dos imanes.

2. Repita el paso 1 colocando el polo S de un imán frente al polo N del otro.

4. Experimento D. Dirección de las Líneas de Campo MagnéticoTrace el contorno de un imán de barra sobre un papel y marque los polos nortey sur. Coloque el imán sobre el trazo. En tanto observa su dibujo, muevalentamente la brújula de un polo al otro a lo largo de uno de los arcos de laslíneas del campo magnético. Dibuje flechas que apunten en la dirección delpolo norte de la brújula. Mueva la brújula a diferentes posiciones alrededor delimán y dibuje la dirección de la línea de campo magnético en cada posición.







Electromagnetismo

5. Experimento E. Propiedades de la Piedra Imán1. Acerque un imán a los clips. Registre sus observaciones.2. Acerque una brújula al imán y muévala alrededor de él.

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Registre susobservaciones.

6. Experimento F. Magnetismo Inducido

1. Pruebe el magnetismo de un clavo de hierro poniéndolo en contacto con losclips. Coloque el clavo en un extremo de un imán de barra. Despuésacérquelo a los clips mientras se encuentra unido al imán. Anote susobservaciones.

2. Aproxime el extremo libre del clavo a su brújula. Advierta que el extremolibre se ha convertido en un polo. Verifique la polaridad del clavo y la delextremo del imán al cual se unió. Registre sus observaciones.

Análisis1. En qué puntos en el campo magnético de un imán se concentran más las

líneas de campo magnético.2. Describa las líneas de campo magnético entre dos polos iguales.3. Describa las líneas de campo magnético entre dos polos diferentes.4. Describa la orientación de la aguja de una brújula con respecto a los polos en

el campo magnético de un imán de barra.5. Resuma las propiedades de un imán.6. Cuando un clavo de hierro se une a un imán, ¿cómo es el tipo de polo en el

extremo libre en comparación con el tipo de polo del extremo del imán en elcual se efectuó la unión?

7. ¿Qué conclusiones y observaciones tiene usted sobre este laboratorio?

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