Induccion Magnetico y Transformadores

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INDICE Pág. 1. INTRODUCCION

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2. OBJETIVOS

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3. MATERIALES

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4. FUNDAMENTO TEORICO

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5. PROCEDIMIENTO

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6. CUESTIONARIO

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TRANSFORMADORES 7. FUNDAMENTO TEORICO

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8. PROCEDIMIENTO

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9. CUESTIONARIO

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10. CONCLUSIONES

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11. BIBLIOGRAFIA

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INTRODUCCIÓN La electricidad y el magnetismo están estrechamente relacionados, pues la corriente eléctrica manifiesta un efecto magnético. Por ende, el electromagnetismo abarca los fenómenos físicos que tienen que ver con el efecto de las cargas y corrientes eléctricas, y las fuerzas que resultan de estos fenómenos. En 1819, el físico y químico danés Hans Christian Oersted (1777 a 1851) descubrió que una aguja imantada se desvía por la corriente que circula a través de un alambre, con lo que fundó el electromagnetismo. En los años siguientes, aproximadamente a partir de 1622, el físico y químico británico Michael Faraday se ocupó del estudio del efecto contrario, es decir, la conversión del magnetismo en electricida d. En 1831 pudo demostrar las primeras pruebas, publicando sus trabajos bajo el concepto de “inducción electromagnética’, electromagnética’, trabajo que q ue lo hizo famoso. En este experimento es para poder obser var algunos fenómenos.







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OBJETIVOS 

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Estudiar algunos fenómenos de inducción electromagnética. Determinar la relación entre corriente inducida y la variación de flujo magnético.

MATERIALES  

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Bobina Tornillo

Brújula Galvanómetro Llave Inversora

Fuente De Poder Imán







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FUNDAMENTO TEORICO La inducción electromagnética, es el fenómeno por el cual se produce corriente I en un conductor, debido a las variaciones del flujo magnético que la intercepta. Faraday hacia 1830 descubrió este fenómeno el cual se puede realizar por la acción de un imán o por la acción de una corriente. Disponga de una bobina para el caso de la figura 1.

En (a) el imán se mueve hacia la bobina produciendo una corriente eléctrica, denominada corriente inducida. En (b) el imán está en reposo, entonces no hay corriente. En (c) el imán se aleja de la bobina induciendo una corriente, pero en sentido contrario al caso (a). Si movemos el imán con mayor rapidez, la corriente será más intensa. Lo anterior se explica asumiendo que cuando acercamos el polo norte del imán a la bobina, la cantidad de líneas que atraviesan la espira (flujo magnético) aumenta apareciendo una corriente inducida, la que cesa cuando detenemos el imán; es decir, la corriente dura sólo mientras hay variación d e campo.

LEY DE LENZ “El sentido de la corriente inducida es tal que tiende a oponerse mediante sus acciones electromagnéticas, electromagnéticas, a la causa que la produce”. La corriente inducida I en la bobina es producida por una fuerza electromotriz (fem.) también inducida E. Por lo tanto usando la ley de Lenz podemos definir el sentido de la (fem.) inducida. Así en el ejemplo anterior al introducir el polo norte del imán. Para esto, en el extremo de la espira próximo al imán se debe formar un polo N, cuya repulsión debemos vencer realizando un trabajo que se transforma en corriente eléctrica (polo N frente al polo N). Por el contrario al sacar sac ar el imán la corriente inducida inducid a crea un campo magnético que atrae al imán, para vencer esta atracción hay que gastar trabajo que se transforma en corriente inducida de sentido contrario al anterior (polo N frente al polo S). Conociendo los polos de la bobina es posible conocer el sentido del corriente que circula sobre él.







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FUERZA ELECTROMOTRIZ DE LA CORRIENTE INDUCIDA Experimentalmente Faraday encontró que la fem inducida depende solamente del número de espira de la bobina y de la velocidad con que varía el flujo magnético que la origina.

El signo negativo indica que la fem. Obtenida se opone a la variación del flujo que la origina.

PROCEDIMIENTO PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE LOS SOLENOIDES Conecte el solenoide tal como indica el circuito de la figura 2, manteniendo la posición relativa del solenoide y compás. Cierre la llave y anote la dirección en el cual el polo norte de la aguja es deflactado. Anote también la dirección de la corriente







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EL PRINCIPIO DEL ELECTROIMÁN Coloque el solenoide en dirección este-oeste del compás de modo que la aguja no esté deflactada más de 10° con respecto al eje del solenoide cuando la llave está abierta. Cierre la llave y anote la posición. Invierta la corriente y anote la posición de la aguja. Inserte ahora el tornillo de metal en el interior de la bobina. ¿Qué observa?

FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA Conecte las terminaciones de un solenoide al galvanómetro como muestra la figura 3. Examine la dirección en la cual el alambre de la bobina está arrollado. Induciendo el imán tal como se indica en la figura 3, anote la deflexión del galvanómetro, en cada caso (hacia arriba, hacia abajo y determine de qué modo en la figura fluye la corriente alrededor de la bobina, es horario o anti horario). Mirando de arriba hacia abajo y moviendo el imán hacia adentro, se observa una deflexión en sentido horario en el galvanómetro, produciendo lo contrario al alejar el imán. imá n. Al cambiar la rapidez del movimiento del imán se produce lo anteriormente, pero con mayor intensidad. La polaridad producida en la bobina por la corriente inducida, se hallará con la regla de la mano derecha.

FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA ENTRE DOS CIRCUITOS Alinee dos solenoides de modo que sus ejes estén paralelos y los enrollamientos estén en la misma dirección, como se indica en la figura 4. 

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El solenoide conectado a una pila se denomina primario o inductor y el otro es el secundario o inducido. Con la llave cerrada mover la bobina primaria hacia atrás o ha cia adelante como se hizo con el imán. Si la aguja del galvanómetro se reflecta demasiado reduzca la corriente en el primario. Observe las direcciones de la corriente en el secundario y haga los diagramas similares al mostrado en cada uno de los diagramas debe indicar lo siguiente: 1) La dirección de la corriente en el primario 2) La dirección del movimiento del primario (hacia o desde el secundario)









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¿Qué sucedería si en lugar del primario se mueve el secundario? Con la bobina primaria cerca de la secundaria, varíe la corriente en el primario bruscamente, abriendo o cerrando el circuito. Observe la amplitud relativa de la deflexión de la aguja del galvanómetro. Registre sus observaciones en dos diagramas de un amanera similar a la sugerida anteriormente mostrando en estos casos cuando la llave ha sido cerrada y cuando ha sido abierta.

CUESTIONARIO 1. ¿Qué relación observa Ud. entre la conducta de un solenoide por el que pasa corriente y un imán de barra? Al poner la barra en el extremo norte en el comienzo del solenoide que está en norte se produce una fuerza de repulsión y al introducir más la barra se produce trabajo por lo tanto la intensidad de corriente eléctrica es medida por el ga lvanómetro en la misma dirección y cuando se saca la barra cambia su polaridad a sur y también se produce un trabajo y el sentido de la aguja del galvanómetro cambia de sentido y también se produce intensidad de corriente eléctrica. Si se interrumpe el movimiento del imán, la corriente desaparece de inmediato.

2. Mencione por lo menos dos reglas prácticas para determinar la polaridad de un solenoide que lleva corriente Por aplicación de la regla de Ampere. Por la regla de la palma de la mano derecha. Se introduce la barra en el extremo Norte y si el solenoide está en Norte el sentido de la corriente es anti horario, cuando se saca la barra su extremo cambia de Norte a Sur se produce corriente en sentido horario. La corriente eléctrica aumenta







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determinará el sentido del campo magnético en su interior, si el extremo es Norte las líneas de inducción son salientes y por consiguiente el extremo donde se acercó el imán es el polo Sur entonces el imán será repelido al acercar su polo sur a dicho extremo del solenoide.

4. Usando la ley de Lenz indique el sentido de la corriente y la polaridad en el solenoide de la figura 3, cuando el imán se aleja Si alejamos el imán de la espira se produce una disminución continua del flujo magnético en transcurso del tiempo, y en concordancia con la Ley de Lenz el s entido de la corriente inducida debe ser en forma anti horario, horario , esta corriente debe producir pro ducir un campo que tienda a oponerse a la disminución del flujo magnético. Además, las corrientes incluidas y los campos originan una fuerza de atracción entre la espira y el imán, oponiéndose de esta manera a la causa que origina el movimiento de alejamiento. Si en un extremo el flujo magnético es saliente ese extremo del solenoide es Norte y si el flujo magnético es entrante ese extremo del solenoide es sur.

5. De la figura 4, con la llave cerrada, y con la idea de que el flujo magnético en el secundario aumenta o disminuye a medida que acercamos o alejamos el primario. Anuncie una regla para determinar la polaridad en el inducido. Se puede observar la aparición de una fuerza electromotriz inducida en un circuito. En el momento en que se cierra la llave se establece una corriente en la bobina del primario y el galvanómetro indica la existencia de una corriente inducida en la bobina secundaria. En tanto la llave permanezca cerrada, y exista una corriente constante en el primario no se observará corriente inducida en el secundario. La corriente que circula por la espira primaria puede ser variada por medio de una resistencia ajustable y cuando esto sucede el campo de inducción magnética producida por una corriente también varía, por lo tanto, también es variable el flujo magnético que atraviesa la espira secundaria induciéndose de este modo una fuerza







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TRANSFORMADORES FUNDAMENTO TEORICO El transformador es una de las más importantes aplicaciones técnicas de la inducción. Se puede encontrar en todos los tamaños, como transformador de alta tensión, en la transmisión de energía, o como transformador de baja tensión, prácticamente, en todos los aparatos que se alimentan con la tensión de la red. Los transformadores sólo se pueden operar básicamente con corriente alterna. Entre las funciones que cumplen se encuentran:

Transmisión de energía Un transformador puede transportar energía, con pocas pérdidas, de un nivel de tensión a otro.

Adaptación de tensión Un transformador convierte tensiones, es decir, transforma mayores o menores.

tensiones en otras

Separación segura de la tensión de la red Con frecuencia, la función principal de un transformador consiste en la separación de circuitos eléctricos. Por ejemplo, dado que la tensión de 230 V es peligrosa, la mayoría de los transformadores para equipos vienen diseñados como transformadores de separación, con dos devanados separados, que producen un aislamiento galvánico entre el lado "peligroso" "peligro so" y el "no peligroso". También existen los llamados autotransformadores que, a diferencia de los transformadores de separación, sólo poseen un devanado y no producen ningún aislamiento.

Principio del Transformador Por lo general, los transformadores constan de devanados acoplados magnéticamente.







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Los transformadores tienen diversas formas. En los pequeños transformadores monofásicos, como el que se muestra en el ejemplo, ambos devanados dev anados se encuentran arrollados en un sólo lado l ado del núcleo de hierro. Con esto se logra que el flujo magnético generado por una bobina se transmita casi por completo a la otra bobina. Las líneas de campo se encuentran prácticamente dentro del núcleo, la dispersión es mínima y el circuito magnético se cierra a través de los otros lados exteriores. Si por el devanado primario circula una corriente, debido a la variación del flujo magnético en el tiempo, en el devanado secundario se inducirá una tensión. La relación entre las dos tensiones corresponderá a la existente entre el número de espiras de los devanados. Las corrientes, al contrario, tienen una relación inversamente proporcional a la de los devanados:

Comportamiento El transformador no se puede considerar de ningún modo como un componente ideal, carente de dispersión y pérdidas. En la práctica se determinan pérdidas que se manifiestan en el calentamiento del transformador. Las causas de esto son:  

Pérdidas en los devanados debidas a la resistencia del alambre de cobre Pérdidas en el hierro debidas a corrientes parásitas y pérdidas por histéresis, causadas por la inversión magnética del hierro

Para reducir estas pérdidas, el núcleo del transformador se construye de capas de chapas individuales, aisladas entre sí. Esto evita considerablemente la formación de corrientes parásitas. La chapa del transformador se construye de material magnético suave, con una curva de histéresis angosta. Las pérdidas resistivas son la causa especial de que la tensión secundaria del transformador con carga no permanezca constante, sino que descienda. Este fenómeno se aprecia más en los transformadores pequeños, que poseen devanados de alambre de cobre delgado.







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PROCEDIMIENTO Transformador sin Núcleo y con Núcleo. Monte el siguiente arreglo experimental.

Abra el instrumento virtual generador de funciones pulsando sobre la imagen del instrumento. Realice los siguientes ajustes:   

Forma de la curva SINUS Frecuencia en 500 Hz Amplitud 1:1 y 100%

Active el botón POWER y observe la luminosidad de la lámpara. Apague de nuevo el botón POWER del generador de funciones. Pulse a continuación STEP2, en la animación, y complemente el transformador, como se indica, con el núcleo de hierro. Conecte de nuevo el generador de funciones y observe la luminosidad de la lámpara. 1. ¿Cómo se comporta la lámpara en el devanado secundario de un transformador con y sin núcleo? Con el núcleo, la lámpara se enciende.









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CUESTIONARIO 1. ¿En qué se distinguen el devanado primario y el secundario del transformador? El devanado primario consume potencia.

2. ¿Cómo se comportan la tensión y la corriente en un u n transformador por cuyo devanado primario circula corriente alterna? 

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Las tensiones primaria y secundaria se comportan de igual manera que el correspondiente número de espiras de los devanados. Las corrientes primaria y secundaria se comportan de manera inversa al correspondiente número de espiras de los devanados.

3. Los transformadores no son componentes ideales en la práctica mencione los problemas que presentan:    

Calentamiento debido a las pérdidas Pérdidas en el hierro del núcleo debido a corrientes parásitas Pérdidas en los devanados debido a la resistencia del alambre de cobre. Mal acoplamiento entre los devanados debido a la dispersión.

4. En un transformador con carga resistiva, ¿Qué ocurre con la tensión?







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CONCLUSIONES 

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En el interior de un solenoide las líneas de fuerza son paralelas y la intensidad del campo magnético crece proporcionalmente al número de espiras por centímetro de longitud axial y al número de amperios de la corriente. La polaridad que toman los electroimanes al ser conectados viene determinada por la regla de ampere, la intensidad magnética puede no modificarse con variar la intensidad de corriente de oxidación. La inducción electromagnética nos indica que al mover un imán junto a un circuito se engendra en este una corriente. La intensidad de la corriente inducida es tanto mayor cuanto más rápido es el movimiento. En todo circuito cerrado, colocado en un campo magnético de modo que este atravesado por un flujo variable se engendra una corriente inducida cuyo sentido es tal que engendra líneas de fuerza que tienden a oponerse a las variaciones de flujo. Al aumentar el flujo el número de líneas de fuerza que atraviesa la espira aumenta.

BIBLIOGRAFÍA 

Sears Zemansky-Young Freedman .Física General, volume II.

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Tipler Paul A. Física Para La Ciencia Y La Tecnología, Vol. II, Editorial Reverte.

Induccion Magnetico y Transformadores

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