ANILLOS DANZANTES Carlos Andrés Ordoñez, Astrid Carolina Ordoñez, Diego Fernando Sarmiento, Andrés Fernando Rúales
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[email protected] Facultad de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones Ingeniería de Sistemas, Ingeniería Automática, Ingeniería Electrónica Laboratorio de Electromagnetismo Universidad del Cauca Popayán
Abstract: En el laboratorio se estudió el comportamiento que tienen los anillos de diferentes materiales producida por inducción electromagnética para comprobar la Ley de inducción de Faraday. Al realizar esta práctica se necesitó una bobina con núcleo de hierro saliente, una fuente de voltaje AC, anillos metálicos de distintos materiales y un cable con una bombilla
//Keywords: anillos, campo magnético, multímetro, bobina, fuente de voltaje, bombillo.
1.
INTRODUCCION
El propósito principal de este laboratorio es encontrar las diferencias básicas entre los fenómenos producidos por las cargas estacionarias que producen campos eléctricos y las cargas móviles que producen campos magnéticos. Además de estudiar los campos eléctricos que se originan de los campos magnéticos variables. Queremos entender las deducciones hechas por Michael Faraday a través de sus experimentos que lo llevaron a formular la ley que lleva su nombre. Esta ley señala que la magnitud de la fuerza electromotriz inducida es igual a la
tasa de cambio con respecto al tiempo del flujo magnético a través del circuito. Estudiaremos el caso en que una fuerza electromotriz inducida puede producirse en un lazo cerrado de alambre cuando este se mueve en un campo magnético y además las diferencias en la inducción sobre aros de diferente material.
2.
MARCO TEORICO
2.1 Inducción electromagnética y Ley de Inducción de Faraday. Casi todos los dispositivos o maquinas modernas tiene circuitos eléctricos en su parte central. Se sabe que se requiere una fuerza electromotriz (fem) para que fluya
una corriente en un circuito, casi siempre se toma como fuente de fem una batería, pero en la inmensa mayoría de los dispositivos eléctricos que se utilizan la fuente de fem no es una batería sino una estación generadora de electricidad. Las estaciones de este tipo producen energía eléctrica convirtiendo otras formas de energía por medio de un fenómeno conocido como inducción electromagnética: si el flujo magnético a través de un circuito cambia, se induce una fem y una corriente en el circuito. La inducción electromagnética nos dice que un campo magnético que varía con el tiempo actúa como una fuente de campo eléctrico, así como también un campo eléctrico que varía con el tiempo actúa como fuente de campo magnético. El principio central de la inducción electromagnética es la ley de Faraday. Esta ley relaciona la fem inducida con el flujo magnético variable en cualquier espira, incluso en un circuito cerrado. 2.2 Ley de Inducción de Faraday El elemento común de todos los efectos de inducción es el flujo magnético cambiante a través de un circuito. Con respecto a un elemento infinitesimal de área dA en un campo magnético B el flujo magnético dOb a través del área será: (Figura 1)
Figura 1. Flujo magnético a través de un elemento de área dA. Por lo tanto la ley de Inducción de Faraday establece que la fem inducida en una espira cerrada es igual al negativo de la rapidez de cambio con respecto al tiempo del flujo magnético a través de la espira. Esta relación es válida ya sea que el flujo de cambio se deba a un campo magnético cambiante, al movimiento de la espira o a ambas cosas.
3.
METODO EXPERIMENTAL
Materiales y Equipo: El flujo magnético total a través de un área finita es la integral de esta expresión sobre el área:
1) Bobinado con núcleo de hierrosaliente. 2) Variac. 3) Anillos de diferente material (Aluminio, Bronce, Cobre) 4) Tambor metálico. 5) Arrollamiento con bombilla. 6) Cable en espiral con extremos libres.
Realizamos el montaje de acuerdo a lo establecido en la guía de laboratorio. 4.
RESULTADOS
Anillo de aluminio: levito hasta la mitad del núcleo (aprox 10cm) al aplicar al circuito un voltaje de 85V. Al acercarle el tambor metálico este empieza a girar, se pudo observar que entre más cerca del anillo más rápida era su velocidad de giro. Al retirar el anillo de aluminio del montaje se pudo notar que este estaba caliente.
haya corriente, notándose así en el calentamiento que presentó al igual que los demás anillos. Con el alambre enrollado, se pudo observar que se genero una chispa débil cuando la tensión en el variac era de 70 V y cuando se aumento la tensión a 100V se genero una chisma más notoria.
Con la bombilla se pudo observar que entre mayor voltaje suministre a la fuente, mayor corriente circula por el alambre que contiene la bombilla y mayor es la luminosidad reflejada en ella.
Sucede lo mismo con el anillo de cobre: levita aplicando un voltaje de 115v, se calienta más que el anillo de aluminio, y la velocidad de giro del tambor es mayor.
Con el anillo de bronce se aplicó 130v y el anillo no levitó, el tambor tampoco giró, pero de igual forma si se calentó. El anillo de bronce no levitó debido a que este material posee pocos electrones libres por lo cual su energía cinética es menor implicando que necesita mayor voltaje para levitar, pero esto no significa que en el no
Se pudo observar también entre más cerca de la bobina mayor es la corriente que circula, es decir que entre más nos acercamos al extremo superior del núcleo saliente de hierro menor es la corriente que circula a través de los anillos
5.
ANALISIS DE RESULTADO
Levitación de anillos y tambor giratorio
Se insertaron anillos de diferentes materiales (aluminio, cobre y bronce) de a uno en el núcleo de hierro y se observaron distintos fenómenos. En el anillo de aluminio al aplicar al circuito un voltaje de 85V el mismo levita en la mitad del núcleo de hierro y el tambor gira moderadamente, en el anillo de cobre al aplicar al circuito un voltaje de 115V el tambor gira rápidamente y en el anillo de bronce se le puso el voltaje máximo que podía entregar el variac y el anillo no subió por ello el tambor no giraba. Se puede analizar que algunos anillos levitan debido a sus componentes químicos porque poseen diferentes cantidades de electrones libres, también tienen diferentes resistencias al campo magnético y debido a las corrientes que se producen en el aro, inducidas por la variación de flujo magnético producido por la bobina. En el caso del aluminio es el que más se elevo debido a que es un material paramagnético y se convierte en un conductor al ser inducido.
ocurre debido a que al encenderse el bombillo se comprueba la existencia de una corriente eléctrica inducida por el solenoide, que se puede aprovechar al conectar dicho bombillo y hacerlo funcionar. 2) Proponga usos prácticos para cada fenómeno observado. Las aplicaciones de la inducción magnética son varias pero las que más se pueden reconocer son: el tren de levitación magnética, generador de corriente alterna, los transformadores, los modelo de teléfonos, los motores que tienen la aplicación de la ley de Faraday y la bobina de inducción, esta genera un campo magnético a través de una corriente que circula por un alambre generalmente de cobre, y tiene aplicaciones como un timbre, una electroválvula un generador eléctrico. Otras aplicaciones podrían ser un interruptor diferencial, un censor inductivo, un freno eléctrico, o un embrague magnético, las aplicaciones de las bobinas son muy extensas podría funcionar como un telégrafo y en circuitos acoplados que funcionan magnéticamente.
Principio del soldador eléctrico Con el alambre enrollado, se pudo analizar que a mayor voltaje aplicado mayor es la chispa generada al unir los extremos del alambre, esa chispa que se genero de debe a la descarga electrostática que hace que circule una corriente eléctrica repentina y moderadamente entre dos objetos de distinto potencial eléctrico.
6.
La ley de Inducción de Faraday se cumple notablemente en cualquier sistema compuesto por un conductor de corriente con varias espiras y otros elementos dispuestos alrededor de ella, siendo conductores.
Para poder establecer la presencia de un campo magnético en un inductor es necesario contar con elementos que den una prueba contundente de ello, un bombillo, un corto circuito, etc. De lo anterior podemos decir que el hecho de que no haya un indicador cercano no significa que no haya un campo magnético.
Encendido de bombilla Se realiza con un enrollado de alambre conectado en sus extremos a una bombilla, de igual forma se le aplica voltaje hasta lograr luminosidad en este, se puede analizar que entre mayor voltaje suministre a la fuente, mayor corriente circula por el alambre que contiene la bombilla y mayor es la luminosidad reflejada en ella. Esto
CONCLUSIONES
Con el laboratorio pudimos constatar que Michael Faraday tuvo fundamentos necesarios y suficientes para formular su ley a través de sus experimentos los cuales fueron muy acertados. Los anillos de calientan debido a que el campo magnético genera una alta corriente eléctrica que circula por este mismo. El bombillo se enciende debido a que por el alambre de cobre circula una corriente eléctrica.
7.
BIBLIOGRAFIA
http://www.edu.aytolacoruna.es/au la/fisica/teoria/A_Franco/elecmagn et/magnetico/LeyFaraday.html
R. A. Serway, Fisica, Tomo II, 5ª. Edición McGraw Hill, 2000. · Guías Electromagnetismo, del Cauca.
Laboratorio Universidad
