FENÓMENOS DE INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA
NICOLAS RAMIREZ AGUIRRE COD:21505 LAURA PAMELA PATIÑO COD:817046 CRISTIAN GALVIS SANMIGUEL COD:111014 YEFFERSON CAMILO LUNA MORENO COD:816035 JULIAN SIERRA SALAMANCA COD:1015549
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MANIZALES 2019
CALCULOS Y RESULTADOS 1. Halle el valor promedio promedio del número de vueltas de la bobina primaria. Con los datos obtenidos en el numeral 6 del procedimiento. Para hallar el número de espiras que tiene el carrete CENCO tomamos los valores de tensión de entrada a la bobina y la tensión que tomamos en las espiras del cenco, y Por último el número de espiras del solenoide. Ahora solo aplicamos la siguiente formula : =Tensión =Voltaje
en las terminales del CENCO
en las terminales de la espira
=Número
de espiras del CENCO
=Número
de espiras de la espira
=
Cálculo para el solenoide de 10 espiras: 119 v 1.08 v
=
10
N1 = 1102 espiras
Cálculo para el solenoide de 12 espiras es 119 1.34
N1 = 1066 espiras
=
12
CUESTIONARIO 1. Explique la causa del fenómeno de repulsión y calentamiento de los anillos. La presencia de un corriente alterna en el solenoide produce un campo magnético cambiante en el tiempo. Por dicha razón, la corriente inducida en los anillos (ley de Faraday), crea un campo magnético opuesto a la dirección del campo magnético inductor (solenoide), es decir, creo una fuerza repulsiva a la fuerza magnética del campo del solenoide. Y el calentamiento de los anillos es debido a la corriente inducida en el solenoide y a su vez, por la conservación de la energía, la energía potencial producida por la corriente inducida, se expresa en energía de calor.
2. ¿A qué se debe que la espira hueca se calienta? Explique. la espira que es de material de cobre se calienta por los principios anteriores, debido a la aplicación de la inducción electromagnética ésta, genera un flujo de electrones y la resistencia que opone la espira a éste, genera una disipación de energía manifestada en forma de calor, apreciándose este fenómeno en la evaporación del agua que contenía la espira ( efecto termoeléctrico) en donde el núcleo situado en el interior de una bobina recorrida por una corriente alterna, funciona como un transformador en el que el primario es el inductor y la pieza actúa como un secundario en cortocircuito. El proceso de calentamiento, además, se ve acompañado de otros efectos relacionados con la transferencia térmica, por lo que durante el tiempo que dura la aplicación de la energía el calor se transfiere:
Por radiación, desde la pieza caliente al ambiente.
Por convección, convección, desde desde la pieza al aire que la rodea (esta (esta pérdida de calor no es demasiado importante en las aplicaciones del calentamiento por inducción).
Por conducción, desde la superficie de la pieza al resto de su masa. La velocidad de transferencia del calor depende de la conductividad térmica del material. Pero sobre todo, la difusión del calor aumenta en importancia con el tiempo de calentamiento. Si queremos una capa calentada muy delgada tendremos que calentar en un tiempo muy corto (gran densidad de potencia). Si por el contrario necesitamos un calentamiento homogéneo y profundo, tendemos que someter a la pieza a un tiempo mayor de calentamiento.
3. ¿por qué vibran los dos discos al colocarse cerca del núcleo? En la práctica se observó que al acercar estos materiales al carrete CENCO estos producían una vibración que se debe al cambio en el magnetismo generado por el núcleo, que a su vez es creado por la vibración de la corriente respecto al tiempo. t iempo. Así, cuando el polo norte del imán se aproxima al disco, la corriente inducida circulará en un sentido tal que la cara enfrentada al polo norte del imán sea también Norte, con lo que ejercerá una acción magnética repulsiva sobre el el imán (para el caso del disco de cobre). cobre). Inversamente, si el polo norte del imán se aleja del disco, la corriente inducida ha de ser tal que genere un polo Sur que se oponga a la separación de ambos, produciendo adherencia, esto se nota, ya que el latón es un material ferro magnético. Normalmente Los materiales ferro magnéticos se utilizan para intensificar el campo magnético producido cuando una corriente eléctrica pasa a través del material. Entonces se espera que el campo magnético haga trabajo. Las aplicaciones incluyen núcleos para electro magnetos, motores eléctricos, transformadores generadores y otro equipo eléctrico. Dado que estos dispositivos utilizan un campo alternativo el material del
núcleo está continuamente sometido al ciclo de histéresis. Los materiales magnéticos eléctricos frecuentemente conocidos como imanes suaves tienen varias características: a. Magnetización de saturación alta b. Permeabilidad alta c. Campo coercitivo pequeño d. Remanencia pequeña e. Ciclo de Histéresis pequeño f. Respuesta rápida a campos magnéticos de alta frecuencia g. Resistividad eléctrica alta. Una magnetización de saturación elevada permite que el material haga trabajo, en tanto que una permeabilidad alta permite que se llegue a la magnetización
de
saturación
con
pequeños
campos
magnéticos
aplicados. Un campo coercitivo pequeño también indica que se pueden reorientar los dominios con campos magnéticos pequeños. Se desea una remanencia reducida, de manera que al eliminar el campo externo no quede magnetización. Estas características también propician un ciclo pequeño de histéresis minimizando las pérdidas de energía durante la operación. Si la frecuencia del campo aplicado es tan elevada que los dominios no llegan a realinearse en cada ciclo, el dispositivo podría calentarse debido a la fricción bipolar además frecuencias elevadas naturalmente producen mayor calentamiento, porque el material pasa mas veces por el ciclo de histéresis y libera energía en cada ciclo. En aplicaciones de alta frecuencia, los materiales deben permitir que que los dipolos se alineen alineen a una velocidad excepcionalmente rápida.
4. ¿diga que ocurre con el aro de balanceo al colocarlo alrededor del núcleo. Explique. Al colocar el aro balanceado balanceado al rededor del núcleo, no hay repulsión, ni atracción, ni calentamiento. Debido a la posición del aro, su geometría, y las líneas del campo magnético cambiante perpendiculares a la región del
anillo abierto, no se le induce una corriente, dado que que no hay flujo de campo magnético por la región abierto del aro.
5. Explique el fenómeno observado en el numeral (5) del procedimiento. ¿Qué utilidad se le puede dar a este fenómeno? Al introducir las espiras en un campo magnético variable (debido a la corriente alterna) se induce una diferencia de potencial en sus terminales, los cuales al estar separados, separados, hacen que que la espira se comporte comporte como un circuito abierto. Al unir los terminales de la espira se produce un un corto debido al salto espontáneo de los electrones en el inicio de la circulación de la corriente. Convirtiéndose la espira espira en un conductor y al estar dentro de un campo se generan fuerzas de repulsión, debido a la alteración con las partículas en movimiento. Este fenómeno es muy similar al de dos bobinas acopladas magnéticamente (transformadores). (transformadores). En la práctica éste fenómeno se puede aprovechar en la producción de energía eléctrica generándose en:
Hidroeléctricas
Termoeléctricas
campos eólicos
Otra utilidad dada es en los alternadores de automóviles, los cuales recargan la batería.
6. Explique el fenómeno observado en el numeral (6) del procedimiento. Determine el número de espiras en el primario del carrete de inducción. Lo que pudimos observar es como por medio de una corriente que circulan por cierto número de espiras se puede inducir tensión a otro diferente número de espiras verificándose así la ley de Faraday. En este principio se basa el funcionamiento del transformador utilizado para convertir valores de tensiones según la relación de espiras entre devanado primario y secundario del transformador, haciendo que se pueda pasar de tensiones altas con corrientes pequeñas a tensiones bajas con corrientes de gran magnitud o viceversa. Ahora solo aplicamos la siguiente fórmula para relaciones de espiras y tensiones usada también en transformadores de tensión:
=Tensión =Voltaje
en las terminales del CENCO
en las terminales de la espira
=Número
de espiras del CENCO
=Número
de espiras de la espira
=
Cálculo para el solenoide de 10 espiras: 119 v 1.08 v
=
10
N1 = 1102 espiras
Cálculo para el solenoide de 12 espiras es 119 1.34
=
12
N1 = 1066 espiras
7. En el numeral numeral (7), explique por qué prende el bombillo cuando cuando se acerca al núcleo del carrete y que ocurre en las demás posiciones. Esto sucede debido al campo electromagnético que se genera por altas tensiones de elevadas frecuencias en el carrete, lo que sucede es que la bobina al estar más cerca del núcleo del carrete, el campo electromagnético va a ser mayor, y por lo tanto la intensidad del bombillo va a ser mayor, ya que la distancia es directamente proporcional al campo producido.
8. Explique por qué gira el disco disco de cobre en el numeral numeral (8) del Procedimiento. ¿Qué utilidad se le puede dar? Esto se debe, a que el campo magnético que se genera por la corriente alterna, crea líneas de fuerza que van en forma circular, y al estar lo suficientemente paralelos los discos y alineados, esta fuerza hace que gire. Los tocadiscos son una utilidad de este fenómeno, ellos funcionan esencialmente con un imán, envuelto en una espiral de alambre, unido a la aguja. Luego debido a que al poner el disco la aguja vibra, también lo hace la cápsula que está al lado. La cápsula es un transductor, que crea una corriente eléctrica que cambia en función de las vibraciones de la aguja.
9. Explique los fenómenos que ocurren en el numeral 9 del procedimiento. Cuando se mueve un imán dentro de una bobina de cable, cambia el campo magnético y el flujo magnético a través de la bobina, se genera un voltaje en la bobina de acuerdo con la ley de Faraday. Cuando el imán se mueve hacia el interior de la bobina, aumenta del campo magnético. Cuando el imán se empuja hacia afuera, en respuesta a la disminución del campo. La polaridad de la fem inducida es tal que esta produce una corriente cuyo campo magnético se opone al cambio que lo produjo. El campo magnético inducido en el interior de cualquier bucle de cable, siempre actúa para mantener el flujo magnético del bucle constante, de acuerdo a la ley de Lenz. Además de esto entre más rápido se mueva el imán en el interior de la bobina va a lograr genera una mayor diferencia de potencial.
10. ¿Qué forma tiene la onda de la fem inducida en el numeral (9) del procedimiento? Encuentre analíticamente una expresión para la fem inducida. -
Por la ausencia del galvanómetro este punto no se pudo realizar.
11. Dibuje como seria el voltaje inducido en la salida del generador cuando se utilizan los dos tipos ti pos de colectores. -
Este punto no se realizó, por falta del generador.
12. ¿Por qué el núcleo del carrete de inducción está hecho a base de un conjunto de varillas delgadas aisladas entre si y no con un material macizo? Explique El núcleo está dividido en varias varillas para conseguir que la distribución de electrones en el núcleo sea mucho más uniforme que si ésta fuera un pieza maciza, pues existe una distribución distribución de electrones en cada cada superficie de cada varilla y no en la superficie del núcleo si fuera otra la situación, lo cual logra que la distribución de carga sea mucho más uniforme. Si el núcleo fuera una pieza completa y maciza, la corriente que ésta induce es alterna al igual que su campo, lo que provoca que la corriente inducida no sea uniforme, pues la corriente es intensa en la superficie pero completamente nula en el centro; esto quiere decir que la distribución de los electrones sólo se realiza en la superficie de la pieza
13. ¿Por qué en los generadores de las centrales de energía no se pone a girar el embobinado sino el inductor? Explique
En las centrales gira el inductor, inductor, o sea el inducido se convierte en estator, estator, ya que ésta está conectada conectada a algo algo quieto (nuevo estator) y por tanto tanto se elimina la necesidad de usar escobillas, pues deja de haber fricción y por
tanto desaparecen las chispas generadas por la alta velocidad de las revoluciones de una bobina, las cuales al ser generadas, generadas, desperdician desperdician gran cantidad de energía energía disipada, pues pues ésta se gasta al generar la chispa y por tanto esto esto no les conviene conviene si lo que se quiere quiere es producir energía por por medio del movimiento; movimiento; por otro lado al no necesitar necesitar las escobillas se ahorran los mantenimientos de éstas que que suelen ser ser muy frecuentes y costosos.
CONCLUSIONES
Se logro ver de modo experimental experimental que tanto las leyes de Faraday como las leyes de Lenz se cumplen. Al describir cada uno de los fenómenos de la práctica se logro establecer cómo afecta el campo magnético a los distintos elementos utilizados en el laboratorio.
No se realizaron realizaron algunos montajes, por daños en los equipos de laboratorio, por ejemplo los montajes que incluyen un generador o un galvanómetro.
Se observo observo que que a partir de la corriente inducida en algunos elementos se generan diversos fenómenos, por ejemplo la disipación de calor, la fuerza electromotriz, el campo magnético etc.
Gracias a el efecto que causo el campo campo magnético magnético sobre sobre los los diferentes diferentes elementos y según los resultados entregados por cada uno de ellos, se pudo observar que estos fenómenos se pueden aplicar en la vida cotidiana de una forma práctica, concluyendo de este modo la importancia de el fenómeno estudiado.
