Inf Lab Practica 2 y 3 Electromagnetismo 201424

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD

Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Electromagnetismo 201424A_363

INFORME LABORATORIO DE ELECTROMAGNETISMO PRACTICA DE LABORATORIO Nº 2 Y 3

MAGNETISMO, CAMPO MAGNETICO Y MATERIALES MAGNETICOS

TUTOR DE LABORATORIO ING. OSCAR QUINTERO

AUTORES IVAN DARIO LOPEZ DAZA Código: 17.592.377 FENER MARIN LOPEZ DAZA Código: 17.588.908

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD ARAUCA, NOVIEMBRE DE 2017



TABLA DE CONTENI CONTENIDO DO 1. OBJETIVOS 2. INTRODUCCIÓN 3. MARCO TEÓRICO 4. CÓDIGO DE RESISTENCIAS 5. INFORME 6. CONCLUSIONES 7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS



TABLA DE CONTENI CONTENIDO DO 1. OBJETIVOS 2. INTRODUCCIÓN 3. MARCO TEÓRICO 4. CÓDIGO DE RESISTENCIAS 5. INFORME 6. CONCLUSIONES 7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS



1. OBJETIVOS 

Relacionar al estudiante con el concepto de campo magnetostático, materiales y dispositivos magnéticos ademas de la aplicación de la inducción electromagnetica.



Analizar y comprender las características del campo magnético generado en diferentes sistemas y las características de la inducción electromagnética.



Desarrollar habilidades relacionadas con el manejo de campo magnetostático, materiales y dispositivos magnéticos e inducción electromagnética.



El estudiante reconocerá los principales conceptos del campo magnetostático, materiales y dispositivos magnéticos e inducción electromagnética.



Desarrollar la capacidad para encontrar relaciones permanentes entre el material estudiado o sugerido y los principios de trabajo industriales.



Comprender y socializar el concepto de inducción electromagnética.



2. INTR ODUCCIÓN El magnetismo se refiere al material que tiene la propiedad de atraer el hierro, el cobalto, el níquel y ciertas aleaciones de estos metales. Desde hace tiempo es conocido que una corriente eléctrica genera un campo magnético a su alrededor. En el interior de la materia existen pequeñas corrientes cerradas debidas al movimiento de los electrones que contienen los átomos, cada una de ellas origina un microscópico imán o dipolo. Cuando estos pequeños imanes están orientados en todas direcciones sus efectos se anulan mutuamente y el material no presenta propiedades magnéticas; en cambio si todos los imanes se alinean actúan como un único imán y en ese caso decimos que la sustancia se ha magnetizado. Partiendo de los conceptos de magnetismo, campo magnético y materiales magnéticos trataremos de demostrar las características de los imanes, los diferentes materiales magnéticos, que materiales son atraídos por el imán y cuales no se pueden imantar, lo que ocurre con la limadura y las líneas de fuerza. Así mismo vamos a ver el funcionamiento de las bobinas de espiras cuando introducimos imanes de barra a través de ella Generando en el interior un movimiento armónico simple. Esto nos permitirá estudiar la relación entre los dos fenómenos, la corriente eléctrica genera campo magnético sabiendo que el campo creado por los imanes responde a corrientes eléctricas a nivel microscópico por lo que la corriente eléctrica es la única fuente de campo magnético. Veremos que ocurre cuando colocamos una brújula cerca de un campo magnético.



3. MAR CO TE OR IC O

MA G NE TIS MO, C AMPO MA G NE TICO Y MATE R IA LE S MA G NE TICOS Experimentando con corrientes eléctricas que se transportaban en diversos alambres, Christian Oersted percibió que la aguja de una brújula se desviaba cuando se acercaba al conductor eléctrico. Este sencillo pero profundo experimento mostraba la relación íntima entre el campo eléctrico y el campo magnético y desde ese instante la humanidad comenzó a escuchar el término “electromagnetismo”. Esta defl exión sugiere la existencia

de un campo magnético en el lugar.

De igual manera, la dirección del

campo magnético puede determinarse usando la regla de la mano derecha: si el pulgar derecho apunta en dirección de la corriente, los dedos apuntan en la dirección del campo magnético. Si cogemos un pedazo de alambre y formamos con él una espira (un camino cerrado para la corriente) y además permitimos que una corriente eléctrica circule por ella, aparece un campo magnético alrededor de la espira.

Un electroimán puede formarse enrollando un alambre aislado

(con laca o con caucho) que conduce corriente eléctrica alrededor de un núcleo de hierro dulce. El alambre enrollado al hierro varias veces forma una bobina.

La bobina

genera un campo magnético como el de un imán permanente. Una bobina de alambre enrollado alrededor de un núcleo con material ferro-magnético se llama solenoide. Las líneas de campo magnético en torno a los devanados de alambre son conectadas por el núcleo: el resultado es un gran imán.

INDUCCIÓN EL E CTR OMAG NÉTICA Por la época de 1831, el inquieto Faraday (uno de los grandes inventores de la humanidad) percibió que, cuando un conductor eléctrico se desplaza en un campo magnético, se genera o se induce en el sistema una corriente eléctrica. En las motos por ejemplo, la volante es un imán y en el interior se tienen tres bobinas regularmente espaciadas; cuando



el motociclista prende su móvil las bobinas comienzan a girar a gran rapidez y entonces se induce en ellas una corriente que sirve, por ejemplo, para prender la farola (gratis, no necesita batería para ello). Después de repetir y de analizar la experiencia varias veces se percibe que hay direcciones privilegiadas en las cuales no se genera corriente o algunas en las cuales se genera un máximo valor. Este fenómeno de generación de corriente eléctrica se denomina “inducción electromagnética” y la corriente generada se conoce como “inducida”. Esta experiencia fue

enriquecida significativamente con los aportes de Henry y de Lenz, quienes desde lugares muy lejanos entre sí, contribuyeron a sacar la ley que lleva por nombre la “ley de inducción electromagnética de Henry Faraday” y que gobierna el mundo de la inducción.

La corriente inducida se genera cuando se presenta un movimiento relativo entre el conductor y el campo magnético; no importa cuál de los dos se mueva.

Las centrales hidroeléctricas generan electricidad usando este

interesante fenómeno. La fuerza del agua mueve a gran velocidad unas turbinas alrededor de las cuales se tienen poderosos imanes. Esta energía eléctrica es transportada por cables a través de las montañas y es conducida a las ciudades donde es utilizada según la necesidad específica; residencias, empresas, industrias. En el experimento a realizar se dispone de un imán y de un conductor eléctrico y Será el movimiento relativo entre los dos el que genera una “corriente inducida”.

La ley de inducción de Faraday establece que la fem

es directamente

proporcional al cambio en el tiempo del flujo magnético que atraviesa el circuito. La ley anterior puede ser escrita de forma matemática de la siguiente manera.  =−

 

Donde  es el flujo magnético a través de la superficie. En el caso de un inductor de N vueltas de alambre, la ecuación anterior se transforma en  = −

 



E xperimento 1: Procedimiento Conectar la bobina de espira al amperímetro. Introduzca uno de los imanes de barra a través de la bobina y comienza a generar con su mano y en el interior una movimiento armónico s imple. Obs erve cuidadosamente los cambios de valor en el amperímetro y apunte sus observaciones.

Fig ura 9 OBSERVACION. En este experimento utilizamos instrumentos como la bobina con núcleo de aire, un multímetro en función voltaje y un imán de barra. Para este primer paso del experimento 1, introducimos el imán en medio de la bobina con núcleo de aire y conectamos el multímetro en función de voltaje a la bobina. Luego procedemos a generar con la mano y en el interior de la bobina con núcleo de aire, un movimiento armónico simple en el imán de barra. Cuando se mueve el imán de barra dentro de la bobina, se debe generar un voltaje en la bobina de acuerdo con la Ley de Faraday, en este caso, multímetro empezará a arrojar un voltaje, presentando una electricidad generada por la bobina y el movimiento armónico simple del imán en dirección hacia adentro y hacia fuera de la bobina. Con el área constante, el campo magnético cambiante generará un voltaje. La dirección del voltaje es tal que la corriente resultante, producirá un campo magnético, opuesto al cambio del cambio magnético que lo creo. Pero en este ejercicio práctico no se alcanza a apreciar el voltaje que arroja el multímetro, ya que el número de la cantidad de las espiras de la bobina no es suficiente para apreciar el voltaje generado de la misma.



Conecte las terminales del amperímetro a la bobina de 50 espiras. Introduzca el imán dentro de la bobina y repita cuidadosamente la experiencia anterior. Registre sus observaciones y vaya sacando conclusiones. OBSERVACION:

En este segundo paso se repite el mismo procedimiento del primero, pero ahora con una bobina de 50 espiras, en esta práctica observamos lo siguiente: Apreciamos que el multímetro arroja un voltaje de 20, este dato que arroja es más estable que el primero. Es decir, entre más espiras genera mayor corriente.



Conecte las terminales del amperímetro a la bobina de 100 espiras. Introduzca el imán dentro de la bobina y repita cuidadosamente la experiencia anterior. Registre sus observaciones y continúe sacando conclusiones. OBSERVACION: Para esta práctica se utilizó un multímetro DC, un motor trifásico de 4 bobinas pequeñas, logramos observar el fenómeno que ocurre en el multímetro, de lo cual podemos deducir que se manifiesta energía positiva y negativa, lo cual podemos decir que, entre mayor número de espiras, en la bobina con núcleo de aire a utilizar, se genera un campo eléctrico de mayor intensidad.

Repita la experiencia anterior invirtiendo la polaridad del imán de barra y s i percibe cambios apunte con cuidado sus obs ervaciones .



OBSERVACION: En esta parte de la práctica del tercer paso, introducimos la barra de imán permanente por el interior de la bobina en forma de polaridad invertida, con el polo sur abajo, se observa que la corriente circula en sentido contrario, debido a que el sentido del movimiento del flujo de electrones por el alambre de cobre (espiras) cambia al invertirse la polaridad del imán.

S i el diámetro del núcleo s e lo permite (en caso contrario redis eñe s us B obinas) una los dos imanes de barra (para g enerar un imán más fuerte) e introduzca el s is tema a la bobina de 100 es piras . Obs erve el movimiento de la aguja del amperímetro; ahora genere movimientos armónicos simples y a diferentes velocidades y analice con cuidado el valor en el amperímetro. Apunte una a una sus observaciones y saque conclusiones sig nificativas del proceso. a. Explique en lenguaje sencillo sus apreciaciones del movimiento generado en la aguja cuando el imán se introduce en la bobina de una espira:

Rta: Genera corriente al haber un movimiento armónico simple del imán dentro de la bobina con núcleo de aire y el momento en que el imán está en reposo, no se genera corriente, es decir la electricidad está asociado al movimiento. b. Explique en lenguaje sencillo sus apreciaciones o implicaciones del movimiento generado en la aguja del galvanómetro cuando el imán se introduce en cada una de las bobinas de 50 y 100 espiras.

Rta: Entre más número de espiras tenga una bobina, mayor será el voltaje



generado, Es decir la generación de voltaje es directamente proporcional a la cantidad de espiras que conformen la bobina.

c. Explique en lenguaje sencillo sus apreciaciones e implicaciones del movimiento generado en la aguja cuando sistema de imanes se introduce en cada una de las bobinas y se mueve a diferentes frecuencias o velocidades:

Rta: Al igual que en el anterior punto, al introducir cada imán en la bobina, se observa que a mayor velocidad en el movimiento, mayor generación de voltaje, o sea este es directamente proporcional al movimiento en el interior de la bobina. d. Finalmente dejar el sistema de imanes en reposo y mover a diferentes velocidades cada una de las bobinas alrededor del sistema de los imanes; sacar

conclusiones

de

los

registros

conservados

y

proponer

explicaciones razonables.

Rta: Al realizar los experimentos con los diferentes imanes podemos ver que a mayor velocidad se produce mayor campo eléctrico el cual con una oscilación permanente hace que la aguja registre un incremento de energía visible y de manera inversa a menor oscilación la energía en la bobina disminuye notablemente, o sea se genera mayor corriente, pero se exige mayor velocidad y más fuerza.



e. Tratar de buscar, consultar o sugerir una explicación al fenómeno siguiente: “la aguja del galvanómetro se desvía en una dirección cuando el imán se introduce en la bobina y en la dirección opuesta cuando el imán se saca”.

Rta: Cuando se mueve el imán de barra dentro de la bobina, se debe generar un voltaje en la bobina de acuerdo con la Ley de Faraday, en este caso, multímetro empezará a arrojar un voltaje, presentando una electricidad generada por la bobina y el movimiento armónico simple del imán en dirección hacia adentro y hacia fuera de la bobina. Con el área constante, el campo magnético cambiante generará un voltaje. La dirección del voltaje es tal que la corriente resultante, producirá un campo magnético, opuesto al cambio del cambio magnético que lo creo. Pero en este ejercicio práctico no se alcanza a apreciar el voltaje que arroja el multímetro, ya que el número de la cantidad de las espiras de la bobina no es suficiente para apreciar el voltaje generado de la misma.

f. Encuentre los factores que af ectan directamente la “F.E.M” (fuerza electromotriz) generada en un sistema de inducción y explique la influencia



en la generación del voltaje inducido de cada uno de ellos

Rta: Básicamente, en un conductor se i nduce una fuerza electromotriz “ F.E.M ” cada vez que hay un cambio en el flujo magnético que pasa por el mismo. La magnitud de la “ F.E.M ” es proporcional a la relación de tiempos en que varía el flujo magnético. Alternativamente, una F.E.M puede relacionarse

como

inducida en un conductor que corta líneas de fuerza de un campo magnético. “ La magnitud de la F.E.M es proporcional a la velocidad con la cual se cortan

las líneas de fuerza ” . Experimento 2. Campo magnético alrededor de un alambre recto y

largo.

a. Coloque el cartón en el borde de una mesa de laboratorio. Atraviéselo con el cable de manera que pase perpendicularmente por un agujero en el centro del cartón, como muestra la figura. Ponga el soporte de tal forma que el alambre pueda enrollarse en las pinzas y baje por el soporte hasta el amperímetro, después conéctelo a la terminal positiva de la fuente de poder.

La parte del alambre que se encuentra debajo del cartón debe

continuar verticalmente por lo menos 10cm (0.1m) antes de prolongarse por la mesa hasta la terminal negativa de la fuente de poder. Verifique la polaridad apropiada de la fuente de poder y del amperímetro cuando conecte los alambres.

Figura 10



OBSERVACION: Al hacer el montaje y procedimiento de esta primera practica del presente laboratorio. Se observa que a través de una corriente se genera magnetismo. En la fuente de poder se registra el voltaje como corto de circuito



b. Active la fuente de poder y genere una corriente de 500mA (0.5A). Coloque la brújula al lado del alambre. Debe tenerse mucho cuidado con esta experiencia puesto que el alambre puede recalentarse si se deja la corriente circulando por mucho rato.

Desplace la brújula lentamente

alrededor del alambre para trazar el campo magnético.

Registre sus

observaciones y haga un dibujo del campo magnético generado alrededor del alambre.

OBSERVACION: Al energizar el circuito y acercar la brújula, esta última, experimenta un pequeño pero notable movimiento o variación de la posición de la aguja que apunta hacia el norte en sentido de las manecillas del reloj. Por consiguiente y según la regla de la mano derecha indica que la corriente que circula baja a través del conductor recto.

c. Invierta las conexiones de la fuente de poder de modo que la corriente circule en dirección opuesta. Accione la fuente de poder y dibuje ahora la



dirección del campo magnético alrededor del alambre, empleando la brújula. Registra tus observaciones y has un dibujo del campo magnético alrededor del alambre.

OBSERVACION: Al proceder a invertir las conexiones de la fuente de poder de modo que la corriente circule en dirección opuesta, se observa que la corriente circula de sentido negativo a positivo y por ende la aguja de la brújula experimenta un movimiento contrario a las manecillas del reloj; lo cual indica que la corriente subía a través del conductor. Es decir, cambio la dirección de la corriente al cambiar la polaridad.

E xperimento 3. El Campo magnético generado por una bobina. a. Consiga alambre con laca o encauchetado (para evitar corto eléctricos entre espiras) y enróllelo cuidadosamente alrededor de un núcleo (un pedazo de varilla de hierro o de acero) y pele intencionalmente las puntas del dispositivo (acabas de realizar una bobina conocida como un solenoide).



b. Conecte las dos puntas peladas de la bobina a la fuente de poder. Genere una corriente de 100mA (se puede colocar una resistencia de protección entre la fuente y la bobina para evitar calentamientos o cortos eléctricos).

c. Acerque la bobina a un conjunto de clips colocados aleatoriamente y analice cuántos son capturados por el dispositivo. Apaga la fuente y anota tus observaciones. Actívale nuevamente y describe lo que percibes; estás experimentando con un electroimán (consulta sobre este término).



OBSERVACION: Al acercar la bobina conformada por una U metálica, a la cual agregamos alambre de cobre a su alrededor, y la acer5camos a una porción de limadura de hierro. Cuando la fuente de poder se encuentra encendida, se genera un campo magnético, lo que genera una atracción de la limadura hacia la bobina. Pero cuando se apaga la fuente el campo magnético desaparece y por ende la atracción desaparece haciendo los residuos de limadura. Electroimán: Es un dispositivo formado por un núcleo de hierro dulce, en el que se ha enrollado, en forma de bobina, un hilo conductor recubierto de un material aislante tal como seda o barniz. Este dispositivo se comporta como un imán mientras se hace circular una corriente por la bobina, cesando el magnetismo al cesar la corriente. La función electroimán, es justamente, lo que señala su nombre. Un electroimán, es un imán, que funciona como tal en la medida que pase corriente por su bobina d. Quita intencionalmente el núcleo (la barrita donde enrollaste el alambre) y repite la experiencia anterior. Trata de sacar interesantes conclusiones.

OBSERVACION: Al quitar intencionalmente el núcleo y repetir la experiencia anterior, notamos que cuando la fuente está encendida, se produce un campo magnético, pero con menor intensidad y si se apaga la fuente el campo desaparece ya que no hay centro para adherirse. e. Trata de determinar la polaridad del electroimán generando una corriente en la fuente de poder y pasando una brújula varias veces por la bobina. Esta parte del taller no se realizó, pero investigando podemos concluir que para determinar la polaridad del electroimán seguimos la misma regla de la mano derecha, solo que esta vez los dedos apuntaran el sentido en que fluye la corriente y el dedo pulgar apuntara hacia el sentido del campo.



A NÁ LIS IS 1. ¿Qué relación encuentras entre la corriente que transporta un conductor y el campo magnético que se genera a su alrededor?

Rta: La relación que se encuentra; es que el campo magnético es más intenso cuando se encuentra más cerca del cable y disminuye conforme se aleja del mismo, hasta que su efecto sea nulo. Se genera una corriente rectilínea que se crea alrededor del campo magnético cuya intensidad crece a medida que aumenta la intensidad de la corriente eléctrica y disminuye al aumentar la distancia con respecto al conductor. 2. Consultar y profundizar en la regla de la mano derecha y aplicarla y realizar el diagrama de los parámetros involucrados en el estudio de la corriente eléctrica que pasa por un alambre recto para generar un campo magnético.

Rta: La Regla o la Ley de la Mano Derecha; es un método para determinar direcciones vectoriales teniendo como base los planos cartesianos. Se emplean en:

Primero. S eg undo.

Direcciones y Movimientos Vectoriales Lineales Para Movimientos y Direcciones Rotacionales.

Primera Ley de la Mano Derecha: Si un cable conductor está en un campo magnético, se ejerce una fuerza sobre el cable de una magnitud dada por la siguiente formula:  =  

Dónde: i = corriente que circula por el cable B = campo magnético L = longitud del cable α = ángulo entre la dirección de la corriente y la dirección del campo magnético,

como se muestra en la figura siguiente



Si por el cable circula una corriente (i) en el sentido que muestra el dedo pulgar en la figura y el campo magnético (B) tiene el sentido que muestra el dedo índice, se ejercerá sobre el cable que conduce la corriente (i) una fuerza (F) que tiene la dirección mostrada por el dedo medio. En el caso que existiesen N cables en presencia de un campo magnético, la fuerza magnética inducida será la fuerza en un cable multiplicado por N. Por lo tanto, la fórmula será:  =  

S eg unda Ley de la Mano Derec ha: Cuando una corriente alterna o corriente continua viaja por un conductor (cable), genera a su alrededor un efecto no visible llamado campo electromagnético. Este campo forma unos círculos alrededor del cable como se muestra en la figura. Hay círculos cerca y lejos del cable en forma simultánea. El campo magnético es más intenso cuanto más cerca está del cable y esta intensidad disminuye conforme se aleja de él, hasta que su efecto es nulo. Se puede encontrar el sentido que tiene el flujo magnético si se conoce la dirección que tiene la corriente en el cable y se utiliza la Segunda ley de la mano derecha.



En la imagen se puede ver cómo se obtiene el sentido del campo magnético con la ayuda de la segunda ley de la mano derecha Este efecto es muy fácil visualizar en corriente continua. La fórmula para obtener el campo magnético en un conductor largo es: B = mI/ (2 p d)  = /(2)

Para lo cual: - B: campo magnético - m: es la permeabilidad del aire - I: corriente por el cable - : Pi = 3.1416 - d: distancia desde el cable. Si existieran N cables juntos el campo magnético resultante sería:  = /(2)

El campo magnético en el centro de una bobina de N espiras circulares es:  = /(2)

Dónde: R es el radio de la espira



3. ¿Qué efecto magnético tiene el cambiar la intensidad de la corriente eléctrica que pasa por un conductor eléctrico?

Rta: Si por el conductor eléctrico circula una corriente eléctrica, el campo magnético creado se hace más intenso en el interior de la corriente. En sentido de las líneas de fuerza es del avance de un sacacorchos (ley del sacacorchos) que gira en el sentido de la corriente. Lógicamente a mayor intensidad, mayor campo y mayor es el radio y menor es el campo. 4. ¿Qué factores determinan la capacidad de un electroimán? determinante es la naturaleza de su núcleo?

¿Qué tan

Rta: capacidad del electroimán depende directamente del número de espiras del senoide, así como el tipo de material del núcleo. La naturaleza del núcleo es muy determinante, pues si es un material no ferro magnético el campo magnético no se encuentra de manera adecuada y produce una fuerza poca o nula. 5. Los imanes de barra son muy conocidos y fáciles de adquirir comercialmente. Encuentre relaciones y diferencias entre un “electroimán” y un “imán de barra”.

Rta: La relación entre el electroimán y un imán de barra: 

Ambos poseen polo norte y polo sur, los cuales generan las líneas de campo



Producen campos magnéticos



Son fabricados por el hombre

La diferencia entre electroimán y un imán de barra: En el electroimán, al disminuir su longitud y numero de espiras, pierde capacidad electromagnética; mientras que el imán de barra no pierde sus propiedades al cortarlo debido a el material en que este hecho Los imanes de barra pueden ser naturales o artificiales, mientras los electroimanes son siempre artificiales En un electroimán el campo magnético puede ser rápidamente manipulado en un amplio rango controlando la cantidad de corriente eléctrica.



6. Analizar la forma y la intensidad de los campos magnéticos generados por dos solenoides uno con núcleo de aire y otro con núcleo de material ferro magnético, cuando sus terminales se conectan a una fuente de poder.

Rta: Al analizar un solenoide sin núcleo cuando se conecta a una fuente de tensión vemos que este por ser una bobina genera un campo magnético dentro de las espiras que parte de un polo hacia el polo opuesto. Este campo es muy débil y poco uniforme, pero está presente y su utilidad es poca. Mientras que el solenoide con núcleo ferromagnético, el cual aprovecha todo el campo generado por la circulación de la corriente y lo concentra de manera eficaz produciendo un flujo homogéneo y una mayor fuerza e intensidad. 7. Cuando un conductor eléctrico se sumerge en un campo magnético se genera sobre él una fuerza magnética; consultar efectos y propiedades. Simultáneamente se presenta un torque (torca) sobre el alambre, consultar efectos, propiedades y aplicaciones cotidianas de este fenómeno.

Rta: La fuerza magnética es la parte de la fuerza electromagnética total o fuerza de Lorentz que mide un observador sobre una distribución de cargas en movimiento. Las fuerzas magnéticas son producidas por el movimiento de partículas cargadas, como por ejemplo electrones, lo que indica la estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo. Las fuerzas magnéticas entre imanes y/o electroimanes es un efecto residual de la fuerza magnética entre cargas en movimiento. Esto sucede porque en el interior de los imanes convencionales existen micros corrientes que macroscópicamente dan lugar a líneas de campo magnético cerradas que salen del material y vuelven a entrar en él. Los puntos de entrada forman un polo y los de salida el otro polo.

Propiedades de la fuerza magnética 

La fuerza magnética es proporcional a la carga q y la velocidad v de la partícula.



La magnitud y la dirección de la fuerza magnética depende de la velocidad de la partícula, de la magnitud y de la dirección del campo magnético.



Cuando una partícula se mueve en dirección paralela al vector campo magnético, la fuerza magnética F sobre la carga es cero.


Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Electromagnetismo 201424A_363 

Cuando la velocidad hace un ángulo ө con el campo magnético, la fuerza

magnética actúa en una dirección perpendicular tanto a v como a B; es decir, F es perpendicular al plano formado por v y B. 

La fuerza magnética sobre una carga positiva tiene sentido opuesto a la fuerza que actúa sobre una carga negativa que se mueva en la misma dirección.



Si el vector velocidad hace un ángulo ө con el campo magnético, la magnitud de la fuerza magnética es proporcional a 

TORQUE El concepto de torque (T) o momento mecánico de fuerza se aplica sobre una espira inmersa en un campo magnético es la base para la comprensión del comportamiento de partículas cargadas orbitantes, motores y generadores eléctricos. El torque se expresa como el producto vectorial entre la fuerza F y el brazo del momento r, aplicados a una espira, con lo cual:  =  ∗ ( ∗ )

La propiedad de la fuerza para hacer girar al cuerpo se mide con una magnitud física que llamamos torque, esto sucede cuando se aplica una fuerza en algún punto de un cuerpo rígido, en donde el cuerpo tiende a realizar un movimiento de rotación en torno a algún eje.

PROPIEDADES DEL TORQUE 

El torque de una fuerza sobre un cuerpo se mide en N m (Newton-metro), tal como se observa de su definición.



Como se observa de su definición, una fuerza produce un torque más grande (y, por lo tanto, produciría una rotación más rápida) cuanto más lejos del eje de rotación sea aplicada. Por esta razón, por ejemplo, las manillas de las puertas se instalan usualmente cerca del borde más alejado al eje de rotación.



Una fuerza aplicada sobre el eje de rotación produce un torque nulo (no induce rotación).


Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Electromagnetismo 201424A_363 

Generalmente se considera positivo un torque que tendería a hacer rotar al cuerpo en sentido anti horario, y negativo al que produciría rotación en sentido horario.

A PLIC A CIONE S COTID IA NA S DE L TOR QUE Las aplicaciones cotidianas que daría del torque son la apertura y/o cierre del robinete o volante de una canilla (grifo), cualquier puerta que tenga bisagra o goznes, al abrirla requiere un momento que estamos aplicando al girarla desde la manija. Cuando vas en el auto, el giro del motor se logra venciendo rozamientos, por lo que al girar aplica un momento o torque que se transmite a las ruedas al moverlo. Si en tu trabajo o por hobbies ajustas tuercas, tornillos, cualquier tipo de palanca que apliques hasta para subir el volumen de un aparato electrónico si lo haces por un tradicional potenciómetro de accionamiento manual, en todos estos casos estás aplicando un torque o momento mecánico de fuerza. Básicamente la explicación anterior va ligada al principio de (motores eléctricos y generador eléctrico.

PR AC TICA No. 3 – INDUCCIÓN EL E CTROMAGNÉ TICA Des cripción de la práctica: La corriente inducida se genera cuando se presenta un movimiento relativo entre el conductor y el campo magnético- Ley de Faraday.

R ecurs os a utilizar en la práctica (E quipos / ins trumentos): 4 Bobinas (diferente número de espiras) 1 núcleo y barra ferromagnéticos s 1 Generador de señales 1 Osciloscopio



E xperimento 1 Procedimiento:

Figura 11

Conecte una bobina (primaria B p ) con una resistencia( R=100 Ω) en serie a un generador de funciones y una segunda bobina(secundaria B s ) a un osciloscopio como muestra la fig 8 . Aplique una tensión senoidal a B P con una frecuencia de 100 HZ. Visualice en el osciloscopio la señal generada en B s.

Figura 12



Describa sus observaciones condiciones:

en la señal obtenida

bajo las siguientes

1. Al variar la frecuencia en el generador sin modificar la distancia entre las bobinas.

Rta: El campo magnético aumenta o disminuye dependiendo de la frecuencia que se le aplique. 2. Al aumentar la distancia entre BP y Bs para una misma frecuencia. Rta: Al aumentar la distancia entre BP y BS para una misma frecuencia, las mediciones no varían, esto ocurre cuando la distancia entre las dos es mínima. A diferencia del campo magnético que si sufre una transformación. 3. Al introducir un núcleo de material ferromagnético al interior de las bobinas. Rta: Al introducir un núcleo de material ferromagnético al interior de las bobinas, la señal 2 (secundaria), su amplitud aumenta, ya que genera mayor voltaje y a su vez presenta un desfase en sus frecuencias. 4. Al rotar una bobina un ángulo de 90 o con respecto a la otra, es decir que sus ejes queden perpendicularmente. Rta: Al rotar una bobina un Angulo de 90° con respecto a la otra, solo se invierte la polaridad de la bobina que se roto a un Angulo de 90° y por ende el cambio magnético cambia. 5. Al cambiar la señal del generador por una señal triangular.



Rta: Al cambiar la señal del generador por una señal triangular se presenta un desfase más pronunciado ya que tiene una caída potencial (disminución del voltaje).

6. Realice un análisis y conclusiones a los resultados obtenidos anteriormente. Rta: A una bobina al colocarle un núcleo ferroso automáticamente su campo magnético aumenta significativamente. Dependiendo del número de espiras en una bobina se genera cierta resistencia. Es más fácil de asimilar los conceptos matemáticos después de observar su aplicabilidad de manera práctica.

E xperimento 2: Se propone realizar mediciones del voltaje (V s ) que se generan en BS cuando se aplica una diferencia de potencial (V P ) en BP . Utilice bobinas de diferente número de espiras. Tome medidas de diferencias de potencial y registre los valores obtenidos para los siguientes casos: 

Bobinas en vacío (fig 13)

Figura 13 Montaje bobinas en vacío



Realice graficas de V S contra V P con los valores obtenidos experimentalmente para los dos casos. Tabla 3 V P

1.42

1.51

1.60

2.00

2.19

2.50

3.00

3.51

3.84

V S

0.050

0.060

0.050

0.070

0.080

0.090

0.011

0.013

0.014

4.50

4.00 0.014 0.013

3.50

3.00

0.011 0.09

2.50 0.08

VS

0.07

2.00

VP 1.50

0.05

0.06

0.05

1.00

0.50

1

2

3

4

#espiras en BP: 50



5

6

7

8

9

#espiras en BS: 100

Colocando entre las bobinas un núcleo en forma de U (Fig 11)

Figura 14

Figura 15

Figura 14 Montaje Bobinas entre núcleo en forma de U Figura 15 Bobinas con núcleo en forma de U.



Tabla 4

V P V S

0.28 0.01

0.36 0.01

0.48 0.02

0.56 0.02

0.68 0.03

0.77 0.03

0.88 0.03

0.96 0.04

1.20

0.04 1.00

0.04 0.03

0.80

0.03 0.03 VS

0.60

0.02 VP

0.02 0.40 0.01 0.01 0.20

1

2

3

#espiras en BP: 50

4

5

6

7

#espiras en BS: 100

Realice un análisis de los resultados obtenidos A partir del análisis realice las respectivas conclusiones.

Proteus N espiras Primario 1000 fuente ac tomar voltaje en secundario Secundario Transformador

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1.05 0.04



CONCLUSIONES Un campo magnético tiene dos fuentes que lo originan. Una de ellas es una corriente eléctrica de convección, que da lugar a un campo magnético estático. Por otro lado una corriente de desplazamiento origina un campo magnético variante en el tiempo, incluso aunque aquella sea estacionaria. A diferencia del campo eléctrico, en el campo magnético no existen monopolos magnéticos, sólo dipolos magnéticos, las líneas de campo magnético son cerradas, esto es, el número neto de líneas de campo que entran en una superficie es igual al número de líneas de campo que salen de la misma superficie. Un ejemplo de esta propiedad viene representado por las líneas de campo de un imán, donde se puede ver que el mismo número de líneas de campo que salen del polo norte vuelve a entrar por el polo sur, desde donde vuelven por el interior del imán hasta el norte. Una corriente eléctrica genera un campo. Cuando se acerca y se aleja un imán a un material conductor se detecta una intensidad de corriente, pero si el imán permanece en reposo desaparece esa corriente. Esto se denomina inducción magnética y se resume diciendo que un campo magnético variable genera una corriente eléctrica, constituye el principio básico del funcionamiento de los generadores eléctricos. Todas estas interacciones entre campos eléctricos y campos magnéticos fueron resumidas y formuladas matemáticamente por Maxwell en las llamadas ecuaciones de Maxwell; quedan demostradas también la existencia de las ondas electromagnéticas. El primero en generar estas ondas predichas teóricamente por Maxwell fue Hertz, quien las llamó ondas de radio. Estas



ondas están formadas por un campo magnético B y uno eléctrico E, perpendiculares entre sí y perpendiculares a la dirección de propagación, que se transmiten en el vacío a la velocidad c de 3 108 m/s, cumpliéndose en cualquier instante la relación E = c B. El conjunto de estas ondas en todo su rango posible de frecuencias constituye el espectro electromagnético, del cual la luz visible representa un pequeño intervalo (entre 400 y 700 nm de longitud de onda).

f. CONCLUS IONE S 

La impedancia de un circuito RC es directamente proporcional al periodo de oscilación de la señal de corriente alterna generada es inversamente proporcional a la frecuencia.


Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Electromagnetismo 201424A_363  Al

encontrar la similitud entre los datos experimentales y los descritos teóricamente, puede afirmarse que cuando la capacitancia del circuito tiende a ser muy grande, la impedancia toma un valor muy cercano al de la resistencia.



El condensador del circuito RC genera un desfase en la señal del voltaje que se mide en la resistencia, el cual aumenta si se aumenta la frecuencia. Sin embargo, el voltaje  tiende a permanecer constante.

cambia de orientación: las brújulas son pequeños imanes sujetos a un soporte de forma que puedan girar libremente, Oersted se percató de que una brújula sufría desviaciones al estar cerca de una corriente eléctrica. Si se disponen varias brújulas en torno a un hilo conductor, se observa que cuando no circula corriente eléctrica, todas ellas apuntan al Norte de la Tierra, debido al efecto del campo magnético terrestre. Si se hace circular una corriente, se orientan formando una circunferencia en torno al hilo.



g . R E FE R E NC IA S B IB LIOG R Á FICA S Guía para el desarrollo del componente práctico - Laboratorio presencial Resnick-Halliday-Krane: Física volumen II, 4a edición, CECSA. S. M. Lea, J. Buerke, La naturaleza de las cosas vol II, International Thomson Editores. R. P. Feynman. Lectures on Physics, Tomo II, Fondo Educativo Latinoamericano. F. Sears, M. Zemanski y H. D. Young, Física Universitaria, volumen 2, Addison Wesley. http://www.profesorenlinea.cl/fisica/Fuerzas_Torque_momento.html Serway R, Jewett J. (2008). Physics for edition) USA: Thomson higher education.

scientists and engineers. (seventh

https://www.supermagnete.es/faq/Cual-es-la-diferencia-entre-un-iman permanente-y-un-electroiman http://cmagnetico.blogspot.com.co/2009/06/propiedades-de-la-fuerzamagnetica.html http://bloggeros5b.blogspot.com.co/2013/01/introduccion-el-magnetismo-serefiere.html http://magnetismo123.blogspot.com.co/2010/11/conclusion.html http://alinadmaxwell.blogspot.com.co/2012/10/magnetismo-objetivo-esdemostrar-la.html

Inf Lab Practica 2 y 3 Electromagnetismo 201424

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