2013 UNTECS
LABORATORIO DE FISICA II LEY DE FARADAY
ALUMNA: CANCHARI LA ROSA SAYUMI PROFESOR: BARTOLOME HERRERA CARRERA: ING. ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES
EXPERIMENTO 05: LEY DE FARADAY
OBJETIVOS
Estudio experimental de la Ley de Inducción Electromagnética de Faraday utilizando imanes y bobinas.
Verificar el principio de funcionamiento del transformador.
FUNDAMENTO TEORICO
Flujo magnético.- Es la cantidad de líneas de campo magnético que atraviesan una superficie.
∫
(1)
Figura 1.
Ley de Faraday.- Conocida también como ley de la inducción electromagnética, establece que todo campo magnético cuyo flujo magnético a través de un circuito cerrado varía en el tiempo induce en el circuito una fuerza electromotriz llamada fem inducida, que se expresa como:
(2)
Donde el signo negativo indica que la fems inducida produce una corriente inducida en el sentido tal que el flujo magnético inducido trate de compensar el cambio de flujo magnético
.
Para una bobina que tiene N vueltas se tiene:
(3)
Transformador.- dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión.
(4)
Donde el subindice s se refiere al secundario y el subindice p al primario.
MATERIALES
Interface 3B Netlog
Bobinas
Imanes
Cables
Computadora
Fuente de corriente alterna
PROCEDIMIENTO 1. Instale una bobina de 60 mH y 1200 espiras en conexión con la interface de acuerdo a la figura 2.
Figura 2.
2. Conectar los extremos de los cables en los clavijeros "U Ain" del 3B NETlog ™ y a las tomas "0" y "2000" de la bobina. 3. Pulsar el botón
, para Test
verificar la conexión con el equipo 3B
NETlog ™. 4. Configure el sensor a modo de entrada V DC y rango de entrada en 20V. 5. Pulsar el botón
. Entradas OK
6. Pulsar I n i c i a r y, apenas se tenga la Medición en marcha... , dejar caer el imán varias veces a través de la bobina desde una escasa altura, invirtiendo cada vez la polaridad del imán. Guarde sus datos. 7. Pulse restablecer y repita los pasos de 1 al 5, pero en vez de dejar caer el imán, hacer oscilar el imán a través de la bobina (mover el imán de un lado al otro, tratando de generar movimientos armónicos simples). Guarde sus datos. 8. Repita el paso 7, invirtiendo la polaridad del imán. Guarde sus datos.
Transformador 9. Instale el transformador
con fuente apagada, de acuerdo a la figura
siguiente, conectando entre los terminales de 06 espiras la interface 3B NetLog como sensor de voltaje, configurado en modo de entrada V DC y rango de entrada 20 V.
Figura 3. 10.
Encienda la PC, configure el intervalo de tiempo a 200 microsegundos y número de datos de 500.
11.
Pulse iniciar para realizar una medida con fuente apagada.
12.
Anote el número de espiras de las bobinas y el voltaje rms del primario. Encienda la fuente del transformador.
13.
Pulse restablecer, luego iniciar, realice ajuste de curvas y guarde sus datos.
14.
Cambie el sensor de voltaje a 30 espiras, pulse restablecer, luego pulse iniciar, realice el ajuste de curvas y guarde sus datos.
EXPERIMENTO: 05 REPORTE DE LABORATORIO
1. De acuerdo a sus datos obtenidos en los pasos 1 al 6 del procedimiento. Explique las variaciones de voltaje, considerando la polaridad del imán. La corriente varia en su intensidad debido a la aceleración que le provoca la gravedad en la caída libre. Esta aceleración hace que el tiempo de paso del imán por cada una de las bobinas del tubo inductor vaya haciéndose más breve, es así que la corriente inducida va aumentando a medida que el imán acelera. Al cambiar la polaridad del imán se producirá un cambio en el sentido en que fluyen las cargas eléctricas, y de esta forma la corriente inducida circula por las bobinas en sentido opuesto al caso anterior.
2. ¿Qué ocurriría con la tensión inducida si en vez del imán usado en el experimento, utilizamos imanes más intensos ó más débiles?
La intensidad del imán provocara variaciones en el campo magnético que fluirá por las bobinas provocando diferentes amplitudes de corrientes inducidas, pero la aceleración con la que el imán seguirá provocando que la corriente inducida siga aumentando en cada bobina por la que pasa.
¿Cómo varía la tensión inducida si se hace pasar lenta o muy rápidamente el imán por la bobina?
La corriente que se induce en cada bobina es la misma, ya que no aceleración y el tiempo que demora en pasar el imán por cada bobina es el mismo; solo varia la dirección de la corriente cuando el imán se acerca y se aleja de una bobina.
1. Con sus datos medidos en el paso 12 complete la siguiente tabla:
Tabla 1. V rms primario
N p
Ns
220
600
6
220
600
30
De sus datos obtenidos en los pasos del 12 al 13 del procedimiento. Escriba el voltaje ajustado para el secundario.
( ) Calcule el voltaje eficaz del secundario:
Vmax = 3.0405V
√
√
Determine el error porcentual del valor eficaz calculado respecto a la salida teórica del transformador.
Valor teórico del voltaje secundario:
Ve: Valor experimental = 2.19 V ;
Vt: Valor teórico = 2.2 V
→ E% = (Ve - Vt) * 100 / Vt
E% = 0.45%
Con sus datos calculados de V rms del secundario y sus datos de la tabla 1. Verifique la validez de la ecuación (4)
2. Determine la frecuencia de la fem inducida y compare con la frecuencia de la bobina primaria (60 Hz).
ω = 376.58
=60 Hz
3. De sus datos obtenidos en el paso 14 del procedimiento. Escriba el voltaje ajustado para el secundario.
( ()) 3. Calcule el voltaje eficaz del secundario: Vmax = 15.456V
√
√
4. Determine el error porcentual del valor eficaz calculado respecto a la salida teórica del transformador.
Valor teórico del voltaje secundario:
Ve: Valor experimental = 10.94 V ; → E% = (Ve - Vt) * 100 / Vt
Vt: Valor teórico = 11 V
E% = 0.55%
5. Con sus datos calculados de V rms del secundario y sus datos de la tabla 1. Verifique la validez de la ecuación (4)
CUESTIONARIO 1. Explique el funcionamiento de los generadores de corriente que transforman energía mecánica en energía eléctrica.
Un generador consta, en su forma más simple de:
Una espira que gira impulsada por algún medio externo. Un campo magnético uniforme, creado por un imán, en el seno del cual gira la espira anterior.
A medida que la espira gira, el flujo magnético a través de ella cambia con el tiempo, induciéndose una fuerza electromotriz, y si existe un circuito externo, circulará una corriente eléctrica. Para que un generador funcione, hace falta una fuente externa de energía (hidráulica, térmica, nuclear, etc.) que haga que la bobina gire con una frecuencia deseada.
CONCLUSIONES Ley de Faraday
La intensidad de corriente inducida por un imán, depende de la velocidad con la que se traslada el imán por una bobina.
Al cambiar la polaridad del imán, la dirección de la corriente inducida tiene sentido contrario.
Si un imán pasa por un conjunto de bobinas, con aceleración, la intensidad de corriente inducida va aumentando en cada bobina.
Transformadores
Son dispositivos útiles para obtener variaciones de voltaje.
Dispositivo eléctrico a base de dos bobinas que comparten electrones por
medio de inductancia.
Un transformador elevador recibe la potencia eléctrica a un valor de voltaje y la entrega a un valor más elevado, en tanto que un transformador reductor recibe la potencia a un valor alto de voltaje y la entrega a un valor bajo.
Para reducir voltaje, el número de espiras de la bobina primaria tiene que ser mayor que el de la segunda bobina; y para aumentar voltaje, el caso contrario.
ANEXOS Adjuntar los resultados gráficos obtenidos en los pasos 6, 7, 8, 13 y 14.
MOVIMIENTO DE BOBINA CON IMAN GRANDE
MOVIMIENTO DE BOBINA LENTO CON IMAN GRANDE
BOBINA EN REPOSO CON IMAN CHICO MOVIMIENTO RAPIDO
BOBINA EN REPOSO CON IMAN CHICO MOVIMIENTO LENTO
MOVIMIENTO RAPIDO DE IMAN CHICO , BOBINA ESTATICA
GRAFICA DE 30 ESPIRAS CON VOLTAJE DE 1.6
GRAFICA DE 6 ESPIRAS CON VOLTAJE DE 1.6
BIBLIOGRAFIA 1. Física, Tipler, Paul A., Edit. W. H. Freeman; 6 a edición (2007) 2. Manual de Laboratorio de Física UNI, 2009. 3. Física Universitaria, F. Sears, y M. Zemanski, Edit. Addison-Wesley Pearson 12a edición (2007). 4. Física Recreativa, S. Gil y E. Rodriguez, www.fisicarecreativa.com.
