EXPERIENCIA #7:
RESUMEN
FENÓMENOS ELECTROMAGNÉTICOS
Este laboratorio consiste en plena observación y de esta forma poder entender y explicar algunos fenómenos donde se evidencia la relación entre el campo eléctrico y el campo magnético. Esto fue posible mediante el desarrollo de 4 experimentos de cada uno de los cuales surgieron una serie de interrogantes los cuales fueron posible resolver aplicando los conocimientos obtenidos en el aula de clase, así como también de las investigaciones previas del tema y de los resultados observados según el montaje empleado. El comportamiento de los fenómenos observados fue acorde a las leyes de Faraday, Ampere, Lenz, y Maxwell.
INTEGRANTES
FRANCISCO CABEZAS VEGA T00036374 IVIS ESTHER DISCUVICH POLO T00034581 YARED HENRIQUEZ BALNQUICETT T00036152 JULL ANDRES QUINTERO DAZA T00036331 JUAN DAVID RINCON CORRALES T00038925
Palabras
claves: Flujo
magnético, Inducción, Corriente parasita, Ley de Lenz y Ley de Faraday.
ABSTRACT GRUPO
I1
PROFESOR
KAROL ENRIQUE CIFUENTES THORRENS
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE BOLÍVAR
This laboratory consists of full observation and in this way to be able to understand and explain certain phenomena where the relationship between the electric field and the magnetic field is evidenced. This was possible through the development of 4 experiments of each of which arose a series of questions that allowed to solve the problems acquired in the classroom, as well as the previous investigations to the subject and the observed results according to the montage used. The behavior of the observed phenomena was in accordance with the laws of Faraday, Ampere, Lenz, and Maxwell.
Key words: Magnetic flux, Induction, Parasitic current, Law of Lenz and Law of Faraday.
INTRODUCCIÓN La Ley de Faraday establece que la corriente inducida en un circuito es directamente proporcional a la rapidez con que cambia el flujo magnético que lo atraviesa. Mientras que la Ley de Lenz plantea que los voltajes inducidos serán de un sentido tal que se opongan a la variación del flujo magnético que las produjo. Esta ley es una consecuencia del principio de conservación de la energía. La polaridad de un voltaje inducido es tal, que tiende a producir una corriente, cuyo campo magnético se opone siempre a las variaciones del campo existente producido por la corriente original. [1]
OBJETIVOS
Observar y explicar algunos fenómenos donde se evidencia la relación entre el campo eléctrico y el campo magnético.
MARCO TEORICO Durante la experiencia siete se necesitó de un conocimiento previo de varias leyes de la Física Eléctrica, como son la Ley de Faraday. Ley de Lenz, Ley de Ampère, entre otras. Tras varios experimentos que hicieron Faraday concluyó con que una corriente eléctrica puede ser producida por cambios en el campo magnético, una corriente no puede ser producida por un campo magnético estable, uno de los experimentos con los que se Faraday llego
a esa conclusión es el llamado experimento de Faraday que consiste en 2 circuitos uno con una fem que permitía el paso de corriente por medio de un interruptor y otro con un galvanómetro sin presencia fem conectados a un aro de hierro los cuales no tienen contacto directo sin embargo al pasar corriente por uno de los circuitos el otro experimentaba una corriente inducida, un enunciado que podría resumir tales experimentos seria que una fem inducida en un circuito es directamente proporcional a la rapidez de cambio del flujo magnético a través del circuito; dicho enunciado se conoce como la Ley de Inducción de Faraday y puede plantearse en forma de ecuación así:
= − Si el circuito constara de una bobina de N espiras, todas con la misma área, y si el flujo pasara a través de todas las espiras, la fem inducida estaría dada por:
= − La Ley de Lenz sirve para establecer la dirección de la fem inducida en un circuito, dicha ley establece que la polaridad de la fem es tal que esta tiende a producir una corriente que crea un flujo magnético que se opone al cambio en el flujo magnético a través del circuito; es decir que la corriente inducida tiende a mantener el flujo original a través del circuito. Después de varios experimentos y cálculos se llegó a una expresión que es válida para el caso general en que una trayectoria sea atravesada por una
corriente estable, dicha expresión conocida como la Ley de Ampère es:
∮. = ∮ = () = Originalmente hecha para una trayectoria circular alrededor de un alambre, formalmente la Ley de Ampère establece que la integral de línea de B.ds alrededor de cualquier trayectoria cerrada es igual a
PREGUNTAS EXPERIMENTO #1 a) ¿Por qué se desvía la aguja del galvanómetro cuando el imán entra o sale de la bobina?
μ_0 I, donde I es la corriente estable total que pasa a través de cualquier superficie limitada por la trayectoria cerrada.
MONTAJE EXPERIMENTO #1 Inducción electromagnética y Ley de Lenz
Al introducir y retirar el imán dentro de la bobina la aguja del galvanómetro se mueve debido a que al existir un movimiento entre el imán y la bobina hay un cambio en el campo magnético y como bien se sabe por medio de la Ley de Faraday, al ocurrir esto se va a generar una corriente la cual es medida por el galvanómetro.
b) ¿Por qué la aguja se queda quieta cuando el imán permanece en reposo dentro de la bobina?
Si no hay movimiento entre la bobina y el imán el campo magnético será estable y no se inducirá corriente alguna, por lo tanto, la aguja permanecerá en reposo.
c) ¿Hacia dónde se desvió la aguja del galvanómetro cuando el imán entró a la bobina?
1. Conecte la bobina al galvanómetro tal
2. 3.
como lo indica la figura 2. Tenga en cuenta que, si la corriente entra por el borne positivo del galvanómetro, la aguja se desvía hacia la derecha. Observe como está envuelto el alambre en la bobina. Introduzca rápidamente el imán de barra en la bobina por el polo A y déjelo quieto dentro de ella. Luego sáquelo rápidamente.
La aguja del galvanómetro se desvía hacia la derecha al ingresar el imán debido a que hay un aumento en la corriente inducida y contrariamente se desvía hacia la izquierda cuando el imán es retirado porque la corriente inducida en ese momento sufre una disminución.
d) ¿Hacia dónde se desvió la aguja del galvanómetro cuando el imán salió de la bobina?
Por medio de la Ley de Lenz se puede determinar la dirección de la corriente
inducida al ingresar el extremo Norte (positivo) del imán además se comprobó dicha dirección con el uso de una brújula, la cual si apuntaba al lado Sur significaba que el polo del imán era el Norte y viceversa.
MONTAJE EXPERIMENTO #2 Transformador con corriente directa.
e) Dibuje un esquema donde se indique la dirección de la corriente inducida en una de las espiras de la bobina y la polaridad que debió tener el campo magnético (norte o sur) cuando el imán entra. Sugerencia: Utilice la ley de Lenz para su razonamiento. 1. Coloque un voltaje de salida de la 2.
3. f) ¿Cuál es la polaridad del extremo A y del extremo B del imán? Utilice una brújula y verifique si su respuesta es correcta (ver figura 2).
La polaridad del extremo A es negativa y la del extremo sur es positiva.
fuente de corriente directa de 0.8 V. Apague la fuente. Conecte la fuente de corriente directa a la bobina primaria (400 vueltas) del transformador y el galvanómetro a la bobina secundaria (3200 vueltas), tal como lo indica la figura 3. Coloque el interruptor en off y la brújula encima del transformador. Encienda la fuente con los 0.8 V y cierre el interruptor. Ahora abra el interruptor.
PREGUNTAS EXPERIMENTO #2 a) Observe que en el transformador las bobinas se mantienen unidas por un núcleo de hierro, pero éste no realiza ninguna conexión eléctrica entre las bobinas. ¿Por qué se mueve la aguja del galvanómetro solamente en el instante en que se abre y se cierra el interruptor? (Ayúdese analizando lo que le sucede a la brújula).
La aguja del galvanómetro conectado al circuito secundario solo experimentaba movimiento en el instante en que se suministraba y se cortaba corriente al circuito primario
por medio de una fem porque en dichos momentos se generaba una corriente inducida en el circuito secundario la cual era medida por el galvanómetro.
b) ¿Cuándo el interruptor permanece cerrado, por qué no se desvía la aguja del galvanómetro?
1. Remplace en el montaje anterior la
2.
3.
La aguja del galvanómetro permanecía inmóvil mientras el interruptor estuviera cerrado porque el cambio en el flujo magnético era cero, es decir que permanecía estable. Todo esto fue la comprobación de la Ley de Faraday que se mencionó anteriormente que dice que la corriente inducida es directamente proporcional a la rapidez de cambio del flujo magnético.
4.
5.
MONTAJE EXPERIMENTO #3
fuente de corriente directa por la fuente de corriente alterna (generador de señales). Coloque también la brújula sobre el transformador. Seleccione una señal sinusoidal y una escala de 1 Hz. Coloque el selector de frecuencia en 1.0 y el selector de amplitud de la señal en cero. Cierre el interruptor y mueva lentamente el selector de amplitud hasta que observe que la aguja del galvanómetro y la de la brújula oscilan apreciablemente. Sin apagar la fuente, retire la parte superior del núcleo del transformador y vuélvalo a colocar. Observe lo que sucede. Apague la fuente sin cambiar la frecuencia ni la amplitud. Realice la misma conexión, pero ahora donde estaba la bobina primaria, coloque la secundaria. Observe lo que sucede.
Transformador con corriente alterna. PREGUNTAS EXPERIMENTO #3 1. ¿Qué es una fuente de corriente alterna?
Es un tipo de fuente que genera una corriente eléctrica, en la que la dirección del flujo de electrones va y viene a intervalos regulares o en ciclos. [2]
2. ¿Por qué oscila la aguja del galvanómetro?
La aguja del galvanómetro oscila debido a que está midiendo una corriente que varía con el tiempo (corriente alterna) razón por la cual la aguja jamás marcaría un valor fijo.
3. ¿Por qué ahora no se detiene la aguja del galvanómetro cuando el interruptor permanece cerrado? (Ayúdese analizando lo que le sucede a la brújula).
En el momento en que el interruptor permanece cerrado la aguja del galvanómetro no se detendrá por el constante cambio del flujo magnético y la polaridad de la corriente que circula a través de él.
4. ¿Cuándo se retira la parte superior del núcleo, por qué disminuye la amplitud de la corriente inducida en la bobina secundaria?
6. ¿Cuál es la función principal de un transformador?
La función de un transformador, como su mismo nombre lo dice es la de transformar o convertir cantidades de corriente a valores más bajos que se emplearan en el uso de aparatos electrodomésticos.
MONTAJE EXPERIMENTO #4 Inducción electromagnética y corrientes parásitas.
La amplitud de la corriente inducida sufre una disminución al retirar la parte superior del núcleo debido a que se le está quitando parte de la conductividad al montaje porque como bien se sabe el metal es un buen conductor y existirá un mayor flujo magnético si dicha parte está conectada al montaje.
5. ¿Por qué la amplitud de la corriente inducida disminuye cuando la bobina primaria tiene más vueltas que la secundaria?
Cuando la bobina secundaria tiene más vueltas que la primaria hay una disminución en la amplitud de la corriente porque la fem inducida es directamente proporcional al número de vueltas de las bobinas, y para que permanezca estable dicha amplitud, el número de vueltas de ambas bobinas debe ser similar
1. Conecta el sistema mostrado en la 2. 3.
figura 5, a la salida de 110V A.C. Cierre el interruptor. Introduzca el alambre enrollado en el tubo y una sus dos extremos (figura 5). Observe lo que sucede. Introduzca lentamente en el tubo el circuito que tiene un bombillo (figura 6). Observe lo que sucede.
4. Tome un imán de barra y acérquele el 5. 6.
cilindro hueco de aluminio. Observe que no es atraído ni repelido. Introduzca el cilindro hueco de aluminio y suéltelo (figura 7). Observe lo que sucede. Introduzca el cilindro hueco de aluminio que tiene una ranura y suéltelo (figura 8). Observe lo que sucede.
más porque hay un aumento en la corriente.
d) Si el aluminio no tiene propiedades magnéticas, ¿Por qué levita el cilindro sin ranura?
PREGUNTAS EXPERIMENTO #4 a) ¿Cómo está construido el sistema?
El sistema está constituido por una bobina y una barra metálica con un suministro eléctrico.
b) ¿Por qué se produce una chispa cuando se unen los extremos del cable?
Al introducir el alambre enrollado y unir las puntas se produce una chispa debido a un corto circuito que se produce con la corriente inducida que pasa por los cables.
c) ¿Por qué se enciende el bombillo si no tiene ninguna fuente conectada? ¿Por qué aumenta la luminosidad a medida que se introduce más en el tubo?
Esta se enciende debido a la corriente inducida por el campo magnético de la barra metálica y aumenta su luminosidad a medida que se introduce
Este levita debido a la fem generada que es producida por el campo magnético de la barra, las corrientes que hacen levitar al cilindro son las llamadas corrientes parásitas que solo ocurren en áreas de metal que se encuentran cerradas.
e) ¿Por qué el cilindro con ranura no levita?
Al contrario del caso anterior el cilindro de aluminio debido a que tiene una ranura las corrientes parásitas al no encontrar un área cerrada este cilindro cae debido a esta situación.
CONCLUSIONES Para concluir con esta experiencia fuimos capaces de comprobar y entender cómo funcionan las leyes de Lenz y Faraday, dentro de las prácticas de laboratorio y con ayuda del docente y el auxiliar se llevaron a cabo estos experimentos sin problemas. De igual modo logramos los objetivos planteados y aprendimos un poco más acerca de los campos magnéticos y eléctricos y su naturaleza.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Ley
2.
3.
de Faraday. (2017). Es.wikipedia.org . Retrieved 22 October 2017, from https://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_ Faraday Glosario: Corriente alterna y corriente continua. (2017). Greenfacts.org . Retrieved 22 October 2017, from https://www.greenfacts.org/es/glosari o/abc/corriente-alterna.htm Young, H. and Freedman, R. (2009). F i sica universitaria, con f i sica ́ ́ moderna. Volumen 2 (12a. ed.) . 12th ed. Distrito Federal: Pearson Educacio n, pp. 916 - 933.
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