Universidad Nacional Mayor de San Marcos Facultad de Ciencias Físicas Escuela Académico Profesional de Física 131250 – Laboratorio de Física III ciclo 2016–1
Reporte
Electromagnetismo - Inducción magnética Comprobación analógica de inducción electromagnética
Samaniego Granados Caleb Eliseo, 15130113 Salinas Alonzo David Erqui , 15130112 Otero Chuque Juan Daniel, 15130103 Ocampo Anticona Joao, 12130020 Profesor: Miguel Saavedra
8 de junio de 2016
1
Laboratorio de Física III
Experiencia N 8 ◦
Índice 1. Procedimiento
1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6.
4
Campo magnético de un conductor 1 . . Campo magnético de un conductor 2 . . Verificación del campo magnético de una Efecto del núcleo de hierro . . . . . . . . Experimento 1 de induccion . . . . . . . Experimento 2 de inducción . . . . . . .
. . . . . . . . . . bobina . . . . . . . . . . . . . . . .
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2. Resultados
2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7.
7
Campo magnético de un conductor 1. . . Campo magnético de un conductor 2. . . Verificación del campo magnético de una Efecto del núcleo de hierro. . . . . . . . . Experimento de Remanencia. . . . . . . Experimento 1 de inducción. . . . . . . . Experimento 2 de inducción. . . . . . . .
. . . . . . . . . . bobina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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3. Cuestionario
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3.1. ¿Qué relación observa usted entre la conducta de un solenoide por el que pasa corriente eléctrica y un imán de barra? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2. Mencione por lo menos dos reglas prácticas para determinar la polaridad de un solenoide que lleva corriente eléctrica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3. ¿Qué efecto produce la inserción de una varilla metálica en el interior de una bobina que lleva una corriente eléctrica? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4. Usando la ley de Lenz indique el sentido de la corriente eléctrica y la polaridad en el sentido de la figura 3 cuando el imán se aleja. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5. De la figura 4 con la llave cerrada y con la idea de que el flujo magnético en el secundario aumente o disminuye a medida que acerquemos o alejemos el primario, enuncie una regla práctica para determinar la polaridad en el inducido. . . . . . . 4. Conclusiones y recomendaciones
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4.1. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2. Recomendaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. Bibliografía
Escuela de Física
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Experiencia N 8 ◦
Índice de figuras 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25.
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Índice de tablas
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Experiencia N 8 ◦
1. Procedimiento 1.1.
Campo magnético de un conductor 1
Se monto el arreglo experimental como muestra la figura y luego se anoto la posición de la aguja magnética.
Figura 1
1.2.
Campo magnético de un conductor 2
El objetivo de esta experiencia fue averiguar si es mayor el campo magnético de un bucle conductor o el de un conductor si por ambos circula corriente. Se arreglo el circuito anterior como muestra la figura. se modifico la polaridad de la corriente permutando los bucles en la alimentación
Figura 2
de la corriente. Escuela de Física
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1.3.
Experiencia N 8 ◦
Verificación del campo magnético de una bobina
Con una brújula se analizaron una bobina mientras por ella circulaba una corriente al igual que cuando no se aplicaba ninguna corriente. Una vez montado el equipo se acerco la brújula
Figura 3
lentamente a la bobina y se observo la orientación de la aguja de la brújula luego se movió la brújula alrededor de la bobina en forma circular anotando el comportamiento de su aguja.
1.4.
Efecto del núcleo de hierro
Se verificará si una fuerza actúa sobre un imán que se introduce en una bobina.
Figura 4
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Experiencia N 8 ◦
Figura 5
1.5.
Experimento 1 de induccion
Se midió con un voltimetro virtual la tensión producida en una bobina sin núcleo. Se conecto la bobina al voltímetro. se introdujo y retiro varias veces el imán permanente del devanado de la bobina como se ve en la imagen.
Figura 6
1.6.
Experimento 2 de inducción
Se observo la tensión inducida en una segunda bobina y se medio esta tensión con un voltímetro virtual con los siguientes ajustes. La bobina 1 estaba conectada al voltímetro. En la bobina 2 se conecto y desconecto una corriente.
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Figura 7
2.
Resultados
2.1.
Campo magnético de un conductor 1.
Figura 8: Brújula
Al cerrar el circuito se produjo una variación en la orientación de la aguja de la brújula. Al colocar el cable por encima de la brújula se produce un cambio en la orientación. Escuela de Física
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Figura 9: Posición de las agujas antes de conectar.
Figura 10: Posición de las agujas al realizar la conexión.
2.2.
Campo magnético de un conductor 2.
Realizando una comparación, en el caso del bucle conductor la deflexión de la aguja es más fuerte. El campo magnético del conductor sin bucles más débil.
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Figura 11: Posición de las agujas al realizar la conexión y poner el cable encima.
Figura 12: Posición de las agujas al realizar la conexión y realizar un bucle.
2.3.
Verificación del campo magnético de una bobina.
Cuando no pasa corriente por la bobina, la aguja mantiene su dirección. Al rodear la bobina (cuando esta circulando corriente) con la brújula, la aguja cambia de orientación conforme se cambie de posición a la brújula. Esta nueva orientación es en sentido paralelo a las lineas de campo, dichas lineas de campo describen un arco del polo norte al polo sur de la bobina.
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Figura 13: Comportamiento de la brújula ante la bobina.
Figura 14: Comportamiento de la brújula ante la bobina.
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2.4.
Experiencia N 8 ◦
Efecto del núcleo de hierro.
Comparando el comportamiento de la brújula frente a la bobina y a la bobina con el núcleo de hierro, la aguja se desvía fuertemente cuando se tiene la bobina y el núcleo de hierro, pues el campo magnético se refuerza con el núcleo de hierro y las lineas de campo salen por los polos. Al usar un imán, este produce un cambio en la orientación de las agujas de la brújula, esta orientación dependerá del polo que introducimos primero.
Figura 15: Comportamiento de la brújula introduciendo el lado sur.
Figura 16: Comportamiento de la brújula al alejar el imán.
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Figura 17: Comportamiento de la brújula introduciendo el lado norte.
2.5.
Experimento de Remanencia.
Al realizar este experimento observamos que el núcleo de hierro conserva aún sus propiedades magnéticas después de que el campo haya actuado sobre él.
2.6.
Experimento 1 de inducción.
Al realizar la experiencia notamos que al introducir y retirar varias veces el imán en la lectura del voltimetro se producían variaciones, cuando el imán se encontraba alejado la lectura era de unos 3 mV, al momento de acercar el imán la lectura del voltimetro comenzaba a variar, llegando a marcar 7 mV.
2.7.
Experimento 2 de inducción.
Al realizar la experiencia notamos que a medida que se realiza la conexión y desconexíón del circuito la lectura en el voltimetro comienza a variar, arrojando medidas que varían entre los 55 a 66 mV, este efecto tiene una corta duración ya que la lectura en el voltimetro cae a 1 mV.
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3. Cuestionario 3.1.
¿Qué relación observa usted entre la conducta de un solenoide por el que pasa corriente eléctrica y un imán de barra?
Cuando movemos un imán permanente por el interior de una bobina solenoide formado por un enrollado de alambre de cobre con núcleo de aire, el campo magnético del imán provoca en las espiras del alambre la aparición de una fuerza electromotriz (FEM) o flujo de corriente de electrones, este fenómeno se conoce como “inducción magnética”. La existencia de ese flujo de electrones o corriente eléctrica circulando por las espiras del alambre se puede comprobar instalando un galvanómetro (G) en el circuito de la bobina solenoide, tal como se muestra a continuación.
Figura 18: Circuito bobina solenoide
En la figura 19 se puede apreciar que al introducir un imán permanente por el interior de la bobina solenoide (A), con el polo norte (N) hacia abajo, la aguja del galvanómetro (G) se desvía hacia la derecha. Pero si invertimos la polaridad del imán e introducimos su polo sur dentro de las espiras de la bobina, tal como se puede observar en la parte derecha de la misma ilustración, veremos que la aguja se desvía hacia el lado contrario, debido a que el sentido del movimiento del flujo de electrones por el alambre de cobre cambia al invertirse la polaridad del imán.
Figura 19: Imán al interior de la bobina solenoide.
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Si dejamos de mover el imán no se producirá inducción magnética alguna y la aguja del galvanómetro se detiene en “0”, indicando que tampoco hay flujo de corriente. Eso demuestra que para que exista inducción magnética y se genere una fuerza electromotriz (FEM) o corriente eléctrica en el enrollado de una bobina, no sólo se precisa la existencia de un campo magnético, sino que éste se encuentre en movimiento, para lo cual será necesario que el imán se desplace continuamente por el interior del enrollado de la bobina. Si a continuación sustituimos el galvanómetro en el circuito de la bobina (A) e instalamos en su lugar otra bobina solenoide (B) y movemos de nuevo el imán por el interior de (A), se creará un campo “electromagnético” en (B), provocado por la corriente eléctrica que fluye ahora por las espiras de esa segunda bobina. La generación de la corriente eléctrica o fuerza electromotriz que se produce. Por “inducción magnética” cuando movemos un imán por el interior de la bobina solenoide (A), provoca la circulación de corriente eléctrica por la bobina (B) y la aparición a su alrededor de un “campo electromagnético” durante todo el tiempo que mantengamos moviendo el imán por el interior de la bobina (A).
3.2.
Mencione por lo menos dos reglas prácticas para determinar la polaridad de un solenoide que lleva corriente eléctrica. Mediante la aplicación de la corriente eléctrica a un solenoide casero y con limaduras de hierro-
Figura 20: Comportamiento de las limaduras de hierro ante el solenoide.
También se puede tener una idea de cómo van las líneas de campo usando una brújula.
Figura 21: Utilizando brújula.
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3.3.
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¿Qué efecto produce la inserción de una varilla metálica en el interior de una bobina que lleva una corriente eléctrica? El campo magnético creado por el solenoide se incrementa al elevar la intensidad de la corriente, al aumentar el número de espiras y al introducir un trozo de hierro en el interior de la bobina (electroimán). En la figura 22, se ve una bobina solenoide con núcleo de aire construida con alambre desnudo de cobre enrollado en forma de espiral y protegido con barniz aislante. Si a esta bobina le suministramos corriente eléctrica empleando cualquier fuente de fuerza electromotriz, como una batería, por ejemplo, el flujo de la corriente que circulará a través de la bobina propiciará la aparición de un campo magnético de cierta intensidad a su alrededor.
Figura 22: Bobina solenoide.
En la figura 23, se ve una bobina solenoide a la que se le ha introducido un núcleo metálico como el hierro (Fe). Si comparamos la bobina anterior con núcleo de aire con la bobina que contiene el barra metálica, veremos que ahora las líneas de fuerza magnética se encuentran mucho más intensificadas al haberse convertido en un electroimán.
Figura 23: Bobina solenoide con barra metálica en el interior.
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3.4.
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Usando la ley de Lenz indique el sentido de la corriente eléctrica y la polaridad en el sentido de la figura 3 cuando el imán se aleja.
Figura 24: Ley de lenz.
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3.5.
Experiencia N 8 ◦
De la figura 4 con la llave cerrada y con la idea de que el flujo magnético en el secundario aumente o disminuye a medida que acerquemos o alejemos el primario, enuncie una regla práctica para determinar la polaridad en el inducido.
La relación de transformación indica el aumento o decaimiento que sufre el valor de la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada, esto quiere decir, la relación entre la tensión de salida y la de entrada. La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) , según la ecuación: Ep Es
=
Np Ns
La relación de transformación (m) de la tensión entre el bobinado primario y el bobinado secundario depende de los números de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habrá el triple de tensión. Np Ns
=
Vp Vs
=
Is Ip
=m
Figura 25: Relación de transformación.
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4. Conclusiones y recomendaciones 4.1.
Conclusiones La generación de la corriente eléctrica o fuerza electromotriz que se produce. Por “inducción magnética” cuando movemos un imán por el interior de la. Bobina solenoide, provoca la circulación de corriente eléctrica por la. Bobinay la aparición a su alrededor de un “campo electromagnético”. Concluimos que el campo magnético creado por un solenoide se incrementa al elevar la intensidad de la corriente, al aumentar el número de espiras y al introducir un trozo de hierro en el interior de la bobina (electroimán). La inducción electromagnética es el fenómeno que origina la producción de una fuerza electromotriz (f.e.m. o tensión) en un medio o cuerpo expuesto a un campo magnético variable.
4.2.
Recomendaciones Mantener alejado cualquier objeto que produzca algún campo magnético.
5. Bibliografía Alonso/Finn - Fisica Vol. II CAMPOS Y ONDAS Física III. Humberto Leyva
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