TRABAJO COLABORATIVO NRO 2

Tutor:FUAN EVANGELISTA GOMEZ RENDON

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA (UNAD)ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIA E INGENIERIA

BOGOTA D.C2012

INTRODUCCION

En el presente trabajo vemos el principio del electromagnetismo, el cual según la enciclopedia Wikipedia es una rama de la física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos fueron sentados por Michael Faraday y formulados por primera vez de modo completo por James Clerk Maxwell. La formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales que relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales (corriente eléctrica, polarización eléctrica y polarización magnética), conocidas como ecuaciones de Maxwell.

Mediante una serie de ejercicios prácticos como es usando la corriente directa, un alambre y una brújula vemos la existencia del campo magnético, como es su accionar cuando la corriente fluye en uno u otro sentido, además podemos apreciar cómo podemos crear un campo magnético con una serie de elementos que podemos adquirir fácilmente.

OBJETIVOS

Utilizando recursos del medio y mucha consulta y trabajo colaborativo, conocer socializar, los principios básicos del electromagnetismo.

PRINCIPIOS DE ELECTROMAGNETISMO

.COMPETENCIAS A DESARROLLAR

• Comprender y socializar el concepto de campo magnético.• Construir las líneas de campo magnético de algunas distribuciones.• Valorar la consulta permanente y el trabajo en equipo• Estimular la creatividad y el uso de materiales del entorno para experimentar sin tener que realizar grandes inversiones económicas.• Desarrollar la capacidad para encontrar relaciones permanentes entre el material estudiado o sugerido y los principios de trabajo industriales.

CONCEPTOS BÀSICOS.

Experimentando con corrientes eléctricas que se transportaban en diversos alambres, Christian Oersted percibió que la aguja de una brújula se desviaba cuando se acercaba al conductor eléctrico. Este sencillo pero profundo experimento mostraba la relación íntima entre el campo eléctrico y el campo magnético y desde ese instante la humanidad comenzó a escuchar el término “electromagnetismo”. Esta deflexión sugiere la existencia de un campo magnético en el lugar. De igual manera, la dirección del campo magnético

puede determinarse usando la regla de la mano derecha: si el pulgar derecho apunta en Dirección de la corriente, los dedos apuntan en la dirección del campo magnético.

Si cogemos un pedazo de alambre y formamos con él una espira (un camino cerrado para la corriente) y además permitimos que una corriente eléctrica circule por ella, aparece un campo magnético alrededor de la espira. Un electroimán puede formarse enrollando un alambre aislado (con laca o con caucho) que conduce corriente eléctrica alrededor de un núcleo de hierro dulce.

El alambre enrollado al hierro varias veces forma una bobina. La bobina generaUn campo magnético como el de un imán permanente. Una bobina de alambreEnrollado alrededor de un núcleo con material ferro-magnético se llama solenoide.

Las líneas de campo magnético en torno a los devanados de alambre son conectadas por el núcleo: el resultado es un gran imán.

PROCEDIMIENTO

Experimento A. Campo magnético alrededor de un alambre recto y largo.

OBJETIVOS: Utilizando recursos del medio y mucha consulta y trabajo colaborativo,

conocer y socializar, los principios básicos del electromagnetismo.

MATERIALES: Brújula, limaduras de hierro y clips. Papel Block y un pedazo de cartón. Fuente de poder de corriente directa. Soporte Universal. Multímetro. Alambre de Calibre 14, un metro.

PROCEDIMIENTO:

Coloque el cartón en el borde de una mesa de laboratorio. Atraviéselo con el cable de manera que pase perpendicularmente por un agujero en el centro del cartón, como muestra la figura. Ponga el soporte de tal forma que el alambre pueda enrollarse en las pinzas y baje por el soporte hasta el amperímetro, después conéctelo a la terminal positiva de la fuente de poder. La parte del alambre que se encuentra debajo del cartón debe continuar verticalmente por lo menos 10cm (0.1m) antes de prolongarse por la mesa hasta la terminal negativa de la fuente de poder. Verifique la polaridad apropiada de la fuente de poder y del amperímetro cuando conecte los alambres

1. Active la fuente de poder y genere una corriente de 200mA (0.2A). Coloque la brújula al lado del alambre. Debe tenerse mucho cuidado con esta experiencia puesto que el alambre puede recalentarse si se deja la corriente circulando por mucho rato. Desplace la brújula lentamente alrededor del alambre para trazar el campo magnético. Registre sus observaciones y haga un dibujo del campo magnético generado alrededor del alambre.R/ Al energizar el circuito mostrado anteriormente y acercar la brújula, esta tuvo una pequeña pero notable variación de la posición de la aguja que apuntaba al norte. La distorsión de la aguja fue en sentido horario, lo que por medio de la regla de la mano derecha indica que la corriente bajaba a través del conductor recto.

2. Invierta las conexiones de la fuente de poder de modo que la corriente circule en dirección opuesta. Accione la fuente de poder y dibuje ahora la dirección del campo magnético alrededor del alambre, empleando la brújula. Registra tus observaciones y has un dibujo del campo magnético alrededor del alambre.R/ Al cambiar la polaridad en la fuente de tensión se ha visto de igual forma que en el caso anterior una pequeña variación en la dirección de la aguja de la brújula, solo que esta ves la variación fue en sentido anti-horario, lo cual indica

que la corriente subía a través del conductor, es decir cambio la dirección de la corriente al cambiar la polaridad como era de esperarse.

Experimento B. Intensidad del campo magnético.

PROCEDIMIENTO:

1. Coloque sobre el cartón atravesado por el alambre un pedazo de papel que tenga una abertura y un agujero. Distribuya aleatoriamente algunas limaduras de hierro sobre el papel y alrededor del alambre y active la fuente de poder para que genere una corriente eléctrica de 150 mA (miliamperios).

2. Golpear suavemente el papel varias veces e interrumpa la corriente. Describa en lenguaje sencillo lo que está observando.

R/ Al encender la fuente y hacer circular la corriente por el conductor a los pocos segundos se puede obsevar una agrupacion de las limaduras en la hoja de papel, esta agrupacion es un poco leve pero se alcanza a distinguir el efecto producido por el campo magnetico provocado por la corriente electrica.

3. Golpear ahora el papel con la intención formativa de desarreglar las limaduras. Active la fuente y genere 100 mA. Golpear el papel y anote observaciones.R/ Al disminuir la corriente que atraviesa el conductor se hace menos notoria la agrupacion de las limaduras, por lo que por ahora podemos decir que la intensidad del campo magnetico ha disminuido.

Experimento C. El Campo magnético generado por una bobina.

1. Consiga alambre con laca o encauchetado (para evitar cortos eléctricos entre espiras) y enróllelo cuidadosamente alrededor de un núcleo (un pedazo de varilla de hierro o de acero) y pele intencionalmente las puntas del dispositivo (acabas de realizar una bobina conocida como un solenoide)

2. Conecte las dos puntas peladas de la bobina a la fuente de poder. Genere Una corriente de 100mA (se puede colocar una resistencia de protección entreLa fuente y la bobina para evitar calentamientos o cortos eléctricos).

3. Acerque la bobina a un conjunto de clips colocados aleatoriamente y analiceCuántos son capturados por el dispositivo. Apaga la fuente y anota tus observaciones. Actívale nuevamente y describe lo que percibes; estás experimentando con un electroimán (consulta sobre este término).

La bobina atrae los clips que están cerca de ella, tan pronto se apaga la fuente el campo magnético desaparece y los click caen.

4. Quita intencionalmente el núcleo (la barrita donde enrollaste el alambre) y repite la experiencia anterior. Trata de sacar interesantes conclusiones.

Al retirar el núcleo y tener encendida la fuente, se produce en campo magnético pero con menor intensidad, si se apaga la fuente el campo desaparece.

5. Trate de determinar la polaridad del electroimán generando una corriente en la fuente de poder y pasando una brújula por la bobina.

R/ Para determinar la polaridad del electroimán seguimos la misma regla de la mano derecha, solo que esta vez los dedos apuntaran el sentido en que fluye la corriente y el dedo pulgar apuntara hacia el sentido del campo.

De cuerdo con esto pasamos la brújula cerca del electroimán y notamos que la aguja de esta se mueve en sentido anti-horario es decir que el campo viaja de derecha a izquierda.

ANALISIS

1 ¿Qué relación encuentras entre la corriente que transporta un conductor y el campo magnético que se genera a su alrededor?

La relación que encontramos en este fenómeno es que el campo magnético es más intenso cuanta más cerca está del cable y esta intensidad disminuye conforme se aleja de él, hasta que su efecto es nulo. Además de esto tenemos que Una corriente rectilínea crea a su alrededor un campo magnético cuya intensidad se incrementa al aumentar la intensidad de la corriente eléctrica y disminuye al aumentar la distancia con respecto al conductor.

2. Consultar y profundizar en la regla de la mano derecha y aplicarla y realizar el diagrama de los parámetros involucrados en el estudio de la corriente eléctrica que pasa por un alambre recto para generar un campo magnético.

La manera exacta en que se genera la corriente en un conductor que se mueve dentro de un campo magnético. Para ello acudiremos a la llamada "regla de la mano derecha para generadores" la cual dice lo siguiente:

"Si extendemos los dedos pulgar, índice y medio de la mano derecha y los colocamos entre ellos en ángulo recto y perpendiculares entre sí, tendremos que si el dedo índice señala la dirección del flujo magnético de norte a sur y el pulgar la dirección del movimiento del conductor, el dedo medio nos señalará el sentido de la corriente eléctrica

3. ¿Qué efecto magnético tiene el cambiar la intensidad de la corriente eléctrica que pasa por un conductor eléctrico?

Si por la espira o conductor hacemos circular una corriente eléctrica, el campo magnético creado se hace más intenso en el interior de ella.

El sentido de las líneas de fuerza es el del avance de un sacacorchos que girase en el sentido de la corriente.

4: ¿Qué factores determinan la capacidad de un electroimán? ¿Qué tan determinante es la naturaleza de su núcleo?

R/ La capacidad del electroimán depende directamente del número de espiras del solenoide así como del tipo de material del núcleo. La naturaleza del núcleo es muy determinante ya que si es un material no ferromagnético el campo no se concentra de manera adecuada y por ende la fuerza es poca o nula.

5: Los imanes de barra son muy conocidos y fáciles de adquirir comercialmente. Encuentre relaciones y diferencias entre un “electroimán” y un “imán de barra”.

R/

Relaciones:

Producen campos magnéticos.

Poseen dos polos N/S.

Ambos pueden ser fabricados por el hombre.

Diferencias:

El campo magnético de los electroimanes es variable, mientras que el de barra produce un campo constante.

En aplicaciones donde no se necesita un campo magnético variable, los imanes permanentes suelen ser superiores.

Es posible fabricar imanes permanentes que producen campos magnéticos más fuertes que un electroimán de tamaño similar.

En un electroimán el campo magnético puede ser rápidamente manipulado en un amplio rango controlando la cantidad de corriente eléctrica.

Los imanes pueden ser naturales o artificiales mientras los electroimanes siempre son artificiales.

6: Analizar la forma y la intensidad de los campos magnéticos generados por dos solenoides uno con núcleo de aire y otro con núcleo de material ferro magnético, cuando sus terminales se conectan a una fuente de poder.

R/ Al analizar un solenoide sin núcleo cuando se conecta a una fuente de tensión vemos que este por ser una bobina genera un campo magnético dentro de las espiras que parte de un polo hacia el polo opuesto. Este campo es muy débil y poco uniforme pero esta presente y su utilidad es poca; a diferencia de un solenoide con núcleo ferromagnético, el cual aprovecha todo el campo generado por la circulación de la corriente y lo concentra de manera eficaz produciendo un flujo homogéneo y una mayor fuerza e intensidad.

7: Cuando un conductor eléctrico se sumerge en un campo magnético se genera sobre él una fuerza magnética; consultar efectos y propiedades. Simultáneamente se presenta un torque (torca) sobre el alambre, consultar efectos, propiedades y aplicaciones cotidianas de este fenómeno.

R/ Michael Faraday descubrió que un conductor eléctrico moviéndose dentro de un campo magnético generaba una tensión y cuando el circuito se cerraba circulaba una corriente eléctrica. Es decir comprobó con un amperímetro que se generaba una corriente eléctrica al mover el conductor por dentro del campo magnético. 

Ha esta corriente la llamo corriente inducida. Si en lugar de mover el conductor movemos el campo magnético (el imán) también se generaba corriente eléctrica. En este experimento también se comprobó que cuanto más rápido cortaba las líneas del campo magnético, el conductor, se creaba mayor corriente eléctrica inducida en el y además cuando la dirección del conductor era contraria (bajaba o subía por el campo magnético) la corriente generada era en sentido contrario. Lógicamente si el cable estaba parado no se genera corriente. Este descubrimiento fue lo que dio lugar a los generadores eléctricos electromagnéticos.

Partiendo del primer caso, si en lugar de un conductor colocamos una espira girando dentro del campo magnético, en lugar de un conductor ahora tenemos dos conductores en forma de espira cortando el campo magnético. Por un lado de la espira la corriente que se genera es en un sentido y en el otro lado es en el sentido contrario (una espira sube por el campo magnético y la otra baja) es decir generamos una corriente que se mueve alrededor de la espira. Cuando un lado de la espira está justo en el medio del campo magnético, el conductor no corta líneas de campo, y esto hace que en ese punto no se genere corriente. La gráfica de una vuelta completa de la espira generaría la siguiente señal eléctrica:

Como vemos se genera una onda de corriente alterna, cambia el sentido de la corriente y además la intensidad es variable. Si somos capaces de unir los

extremos de la espira a un receptor tendremos un generador de corriente eléctrica, en este caso de corriente alterna (alternador). Como podemos ver gracias a este descubrimiento se crearon dos aplicaciones sumamente importantes que presenciamos en nuestra vida cotidiana como lo son el Dinamo y los Alternadores.

CONCLUSIONES

El curso de electromagnetismo nos será de vital importancia porque nos ayudara a entender el funcionamiento de muchos de los aparatos con los que diariamente interactuamos, como los motores eléctricos, Las sud estaciones, generadoras de energías las dinamos el principio de una bobina, los capacitores como es el inducido eléctrico para un trasformador.

REFERENCIAS

TECNOLOGÍA. La dinamo y el alternador. [En línea].

http://www.areatecnologia.com/La_dinamo.htm>

WIKIPEDIA, La enciclopedia libre. Campo magnético. [En línea]. Marzo de 2012

http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico>

SEARS, Francis-SEMANSKY, Mark. Física universitaria vol2 11ed.

KALIPEDIA. Efecto magnético de la corriente eléctrica. [En línea]. http://pe.kalipedia.com/fisica-quimica/tema/campo-magnetico-creado-conductor.html?x=20070924klpcnafyq_339.Kes&ap=1>