informe de induccion electromagnetica

Figura 1. Circuito de inducción mutua Fuente. :anual de prácticas de laboratorio de F4sica !eneral ;

"Parte & $%cleo de 'ierro:

Figura 2. obinas con barra de 7ierro 7oriontal Fuente. :anual de prácticas de laboratorio de F4sica !eneral ;

"Parte ( distancia variable:

"e retira la barra metálica y se cambia la bobina primaria por la de 19 vueltas y la secundaria por la de ;2 vueltas. Con las bobinas en contacto& registre los datos de inducción en todo el rango de volta'e que proporciona la fuente. "e separan las bobinas de modo que 6  2 cm y se registran los datos en la gráfica ."e repite el procedimiento de toma de datos para separaciones de & 9 y + cómase vuelve a colocar la barra metálica. "e busca la página con una nueva gráfica y se repite todo lo anterior para las distintas distancias $de  a + cm%. ."e procede a tabular en el programa 58cel lo siguiente> en una columna los valores de 6 y en otra columna los valores de inducciones 7acen dos con'untos& uno para el caso sin barra y otro para el caso con barra. "Parte ) circuito magnético:

"e utilian las bobinas de la parte C& con las bobinas colocadas en cada una de las configuraciones de la figura ;& se registran todos los datos de inducción en todo el rango de volta'e que proporciona la fuente

Figura ;> obinas con barras metálicas de diferentes formas> barra 7oriontal& < y rectangular. Fuente> :anual de prácticas de laboratorio de F4sica !eneral ;

*arco teórico:

5n la actualidad la mayor4a de aparatos o dispositivos modernos& que abarcan desde cosas sencillas como taladros eléctricos 7asta dispositivos más comple'os como lo son las computadoras o los motores eléctricos& tienen en com(n que

todos están compuestos circuitos eléctricos. "i bien como la palabra lo dice que son circuitos eléctricos y que por deducción se puede decir que funcionan a base de electricidad& esta puede ser administrada de varias maneras $seg(n "ears y ?emans@y &21;% menciona> )ara que una corriente fluya en un circuito requiere de una fuera electromotri y casi siempre se da por un 7ec7o que es una bater4a. )ero para la gran mayor4a de aparatos electrónicos que se usan en la industria y en el 7ogar & la fuente de fuera electromotri no es una bater4a & sino una estación generadora de electricidad & la cual produce energ4a eléctrica convirtiendo otras formas de energ4a> energ4a potencial gravitacional en una planta 7idroeléctrica & energ4a qu4mica en una planta termoeléctrica que consume carbón o petróleo y energ4a atómica en una central nucleoeléctrica & )ero Bcómo se realia esta conversión de la energ4a /a respuesta es un fenómeno conocido como inducción electromagnética $p.D,E%.

Antes

de propiamente mencionar lo que es la

inducción electromagnética 7ay que ver primeramente como fue que se descubrió. /a persona que descubrió esta interacción entre electricidad y magnetismo fue :ic7ael Faraday& /as e8periencias que llevaron a Faraday al descubrimiento de la inducción electromagnética pueden ser agrupadas en dos categor4as> e8periencias con corrientes y e8periencias con imanes. "eg(n $!arc4a& 21;% :enciona que> 5n primer lugar preparó dos solenoides& uno arrollado sobre el otro& pero aislados eléctricamente entre s4.
lado y su desplaamiento era tanto mayor cuanto más rápido era el movimiento del imán entrando y saliendo en el interior de la bobina. /o mismo suced4a cuando manten4a quieto el imán y mov4a la bobina sobre él.. Fue gracias a estos e8perimentos que se logró a llegar a lo que se conoce como /ey de Faraday. "eg(n $"ears y ?emans@y& 21;% la ley de inducción establece que en un circuito la magnitud de la fuera electromotri inducida es igual a la rapide con que el flu'o magnético a través de este circuito cambia con el tiempo $p.D9%. 5ste enunciado puede ser simplificado por una segunda ley conocida como /ey de /en& este aporte fue gracias al cient4fico ruso /en quien reprodu'o de forma independiente muc7os de los descubrimientos de Faraday. /a ley de /en seg(n $"ears y ?emans@y& 21;% establece que el flu'o de campo magnético debido a la corriente inducida se opone al cambio de flu'o que produce a dic7a corriente inducida. $p.D9E%. /a representación de la influencia magnética de un imán o de una corriente eléctrica en el espacio que les rodea mediante l4neas de fuera fue ideada por Faraday y aplicada en la interpretación de la mayor parte de sus e8perimentos sobre electromagnetismo. :ediante este tipo de imágenes& seg(n $!arc4a& 21;% menciona que /a noción de flu'o magnético recoge esa tradición iniciada por Faraday de representar los campos mediante l4neas de fuera& pero a#ade& además& un significado matemático. 6e a74 que la inducción electromagnética traba'a principalmente con lo que se conoce como flu'o magnético& el cual es una cantidad escalar que indica el n(mero de l4neas de campo magnético que crua una superficie. /a corriente alterna se caracteria porque su sentido cambia alternativamente con el tiempo. 5llo es debido a que el generador que la produce invierte periódicamente sus dos polos eléctricos& convirtiendo el positivo en negativo y viceversa& muc7as veces por segundo.. G a su ve seg(n $=#a@i& 21% 5n las primeras e8periencias de Faraday las corrientes inducidas se consegu4an variando el campo magnético H no obstante& es posible provocar el fenómeno de la

inducción sin desplaar el imán ni modificar la corriente que pasa por la bobina& 7aciendo girar ésta en torno a un e'e dentro del campo magnético debido a un imán. 5n tal caso el flu'o magnético var4a porque var4a el ángulo. asados en lo anterior y usando la definición de flu'o magnético se puede deducir que este puede variar ya sea cambiando el área limitada por el conductor& variando la intensidad del campo magnético o variando la orientación entre ambos dada por el ángulo& lo cual se tratara de demostrar más adelante. 5s gracias a todo esto 'unto que se derivan dos aplicaciones que se conocen como el alternador y la dinamo. 5l alternador seg(n $0atureeduca& 2D% consiste en una espira plana que gira a velocidad angular constante en el seno de un campo magnético uniforme creado por imanes permanentes. /os e8tremos de la espira están conectados a dos anillos que giran solidariamente con esta.
"eg(n

$"ánc7e& 21% el n(mero& fec7a de caducidad y nombre del titular de una tar'eta de crédito o débito están codificado en un patrón magnetiado en la banda $está 7ec7a de material ferro magnético% del reverso de la tar'eta. /as bandas magnéticas están fabricadas con compuestos $normalmente resinas% que poseen materiales ferromagnéticos en su interior. 5s gracias a la actividad ferromagnética de estos compuestos& que las bandas van a poder ser magnetiadas en dirección

norte o sur creando en ella como una especie de código de barras formado por onas imantadas& algo as4 como peque#os imanes. "eg(n la polaridad de cada part4cula serán ceros o unos a la 7ora de leer esa banda. Cuando se 7ace pasar la tar'eta a través del lector de tar'eta& la banda en movimiento ba#a los circuitos del lector con un campo magnético variable que induce corrientes en los circuitos. 5stas corrientes transmiten la información de la banda al banco del titular de la tar'eta. . *tro uso que la mayor4a de población le da a la inducción electromagnética pero no se dan cuenta es en los transformadores& 5stos seg(n $Arboit& 211% 

Figura > Armado de un transformador de inducción electromagnética Fuente> !oogle

)or (ltimo la inducción electromagnética as4 como se indicó al principio está en prácticamente todos los aparatos que conllevan circuitos eléctricos como !eneradores &:otores &:icrófonos &Jransformadores & )arlantes &)astillas de guitarra eléctrica & Ciertas estufas eléctricas & obinas de televisores& aparatos de carga de los celulares y de las computadores & motores eléctricos & etc.

+rabajo Previo ,- (alcule el auto inductancia de un solenoide largo . recto

"i suponemos que el solenoide es muy largo y estrec7o& el campo es apro8imadamente uniforme y paralelo al e'e en el interior del solenoide& y es nulo fuera del solenoide. 5n esta apro8imación es aplicable la ley de Ampere.

Con la siguiente región>

)ara determinar el campo magnético& aplicando la ley de Ampere& tomamos un camino cerrado AC6 que sea atravesado por corrientes. /a circulación es la suma de cuatro contribuciones& una por cada lado.

/a contribución a la circulación del lado A es cero ya que son perpendiculares& lo mismo ocurre en el lado C6. 5n el lado 6A la contribución es cero& ya que el campo en el e8terior al solenoide es cero. 5n el lado C& el campo es constante y paralelo al lado. "i 7ay 0 espiras en la longitud / del solenoide en la longitud 8 7abrá 08K/ espiras por las que circula una intensidad i. )or tanto& la ley de AmpLre se escribe para el solenoide>

/- Indiue la relación entre la inductancia mutua . las inductancias de dos solenoides cercanos

"e llama inductancia mutua al efecto de producir una fuera electromotri en una bobina& debido al cambio de corriente en otra bobina acoplada. /a fuera electromotri inducida en una bobina se describe mediante la ley de Faraday y su dirección siempre es opuesta al cambio del campo magnético producido en ella por la bobina acoplada. 5sto comparándolo con la inductancia de dos solenoides es que es e8actamente lo mismo ya que uno de los solenoides es que produce la inductancia en el otro usando los principios mencionados anteriormente.

0- 12ué ocurre con la auto inductancia de un solenoide cuando se le introduce una barra de material ferromagnético3 12ué efectos tiene sobre el segundo solenoide3

/os materiales ferromagnéticos se caracterian por ser siempre metálicos y su intenso magnetismo& un e'emplo de los materiales ferromagnéticos con el 7ierro& el cobre y el n4quel. 5s debido a ese intenso magnetismo que al introducirlo a un solenoide va a provocar una auto inductancia mayor que si se le metiera un material magnético com(n& de igual manera en el segundo solenoide como lo indica la de ley de /en como el flu'o se opone a la corriente inducida si este aumenta entonces el flu'o en el segundo solenoide disminuye.

4- 12ué es un transformador3 12ué tipos de transformadores a.3 1(u5l es la relación de transformación3

"e denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna& manteniendo la potencia

/os tipos de transformador son los de aislamiento& de alimentación& trifásico& de pulsos& de l4nea& con diodos divididos& impedancia& electrónico& toroidal y de grano orientado /a relación de transformación indica el aumento o decremento que sufre el valor de la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada& esto quiere decir& la relación entre la tensión de salida y la de entrada.

6- 12ué es un circuito magnético3 12ué es la reluctancia3

"e denomina circuito magnético a un dispositivo en el que las l4neas de fuera del campo magnético están canaliadas a través de un material generalmente ferromagnético&

lo que

7ace

que

el

campo

magnético

se

fluya& casi

e8clusivamente& por dic7o material /a reluctancia magnética de un material o circuito magnético es la resistencia que éste posee al paso de un flu'o magnético cuando es influenciado por un campo magnético.

7esultados

Parte :

!rafica 1> obinas con n(mero de vueltas variable

Parte &:

!rafica 2> obinas con n(cleo de 7ierro

Parte (:

!rafica ;> obinas con distancia variable

Parte ):

!rafica > obinas con barra 7oriontal& en forma de u y rectangular

n5lisis de resultados:

)ara la parte A del e8perimento que consist4a en ver el comportamiento de la inducción cuando a las bobinas se les cambiaba el n(mero de vueltas y se acomodaban como se indica en la figura 1& como se puede apreciar en la fotograf4a>

Figura . Circuito de inducción mutua

Jomada por *viedo& 219

5n la gráfica 1 & se nota que a mayor n(mero de vueltas en una bobina mayor es la inducción electromagnética en ellas y esto concuerda bien con la parte teórica porque seg(n $"ears y ?emans@y & 21; % la inducción en una bobina va a aumentar si se aumenta el n(mero de vueltas esto debido a que el campo

magnético de estas viene dado por

μ 0∗ N ∗ I B= 2a

$p.D;;%& por lo que por

deducción de la ecuación si se aumenta el n(mero de vueltas el campo aumenta & si el campo aumenta el flu'o magnético también y a su ve por ley de Faraday/en la corriente inducida lo 7ace de igual manera H todo lo anterior se comprobó usando tanto bobinas de 2 vueltas &  vueltas 7asta las 19 vueltas . G a su ve para este mismo e8perimento como se iba aumentando la corriente basados en la ecuación de campo magnético de las bobinas entonces la inducción electromagnética deb4a aumentar y esto se dio de esa manera como se nota en la gráfica 1 en la que se puede notar como conforme se aumenta la corriente la inducción aumenta . )ara la parte  del e8perimento consist4a en ver que le suced4a a la inducción si se introduc4a una barra de 7ierro en medio de las bobinas & como bien ya se mencionó en la parte de traba'o previo los materiales ferromagnéticos tienden a tener un intenso magnetismo y que entre estos materiales se encuentra el 7ierro H y a su ve como se mencionó en el marco teórico la inducción electromagnética tiende aumentar si se aumenta la cantidad de campo magnético presente ya que este aumenta el flu'o magnético por lo que basados en esto es de esperarse entonces que al introducir la barra de 7ierro la inducción sea muc7o mayor y como se aprecia en la gráfica 2 la inducción en las bobinas con barra de 7ierro creció de manera bastante acelerada por lo que confirma a su ve tanto los conceptos de inducción como el de ferromagnetismos . /a parte C del e8perimento consist4a en ver que le sucede a la inducción pero modificando la distancia entre las bobinas & "eg(n $"ears y ?emans@y &21; % Al comprimir una bobina para reducir el área transversal se detecta corriente & de

igual manera se detecta si se aumenta el área transversal$p.D,D % & con este enunciado se deduce que al estar cambiando las distancias el flu'o va a cambiar ya que el campo no va a ser uniforme & como se ve en la gráfica ; efectivamente si se cambiaban las distancias entre las bobinas también cambia la inducción producida entre ellas y se nota a su ve como conforme se aumenta la distancia la inducción se 7ace más peque#a esto se debe seg(n la ley de /en en $"ears y ?emans@y& 21;% dice que la dirección de cualquier efecto de inducción electromagnética es tal que se opone a la causa del efecto$p.D9E% & por lo que con este enunciado se deduce que si la distancia aumenta entonces la inducción 7ace lo contrario ósea disminuye . )or ultimo para la parte 6 del e8perimento consist4a en modificar el área transversal entre las bobinas con barras de 7ierros como se mostró en la figura ; & seg(n $"ears y ?emans@y &21;% que tanto cuando se deforma o se aumenta el área transversal esta tiende a producir inducciones electromagnéticos en proporción a la cantidad que se aumenta o disminuya & en la gráfica  se aprecia como cuando las bobinas estaban en forma rectangular su inducción fue muc74simo menor que cuando solo se le aumento el área con una barra peque#a de 7ierro esto se debe a que& como se mencionó anteriormente tanto en la ley de /en y basados también en la ecuación de campo de las bobinas dada anteriormente & entre más se aumente el área entonces se produce un flu'o inverso por lo tanto disminuye la inducción . )ara todos los e8perimentos anteriores es importante destacar que estos no están libres de fuentes de error & una de ellas es que los aparatos electrónicos como computadoras y celulares producen campos magnéticos los cuales pudieron 7aber alterado de alguna forma los resultados finales de cada parte del e8perimento y otra posible fuente de error que puede estar presente es que los equipos yKo sensores estén descalibradas por lo que alteran también los resultados finales sin embargo esta fuente de error es muy poco probable porque se revisaron que los equipos estuvieran en buen estado antes de iniciar la practica .

(onclusiones

1. "e logró comprobar los enunciados teóricos de las leyes de Faraday y de /en ya que la inducción si vario cuando se modificaba la distancia& la corriente o el área transversal. 2. "e logró comprobar que si se aumenta el n(mero de vueltas de una bobina la inducción crece debido a la ecuación de su campo magnético ;. "e logró demostrar que los materiales ferromagnéticos producen magnetismos intensos y por ende aumentan considerablemente la inducción electromagnética . "e observó que al aumentar la distancia entre bobinas la inducción disminuye por ley de /en ,. "e logró demostrar que el aumentar o disminuir el área transversal si cambia los valores de inducción electromagnética.

(uestionario

,- 12ué relación e8iste entre las caídas de voltaje en las bobinas cuando se encuentran en contacto3

/a relación es que si no e8iste volta'e entonces no circula corriente y por ende no se produce inducción electromagnética en ninguna bobina.

/- 12ué relación e8iste entre las caídas de voltaje en las bobinas cuando se cambie el n%mero de vueltas en el primario3 19 en el secundario3

"ucede lo mismo que ya se mencionó independientemente de si se aumenta o no el n(mero de vueltas al no 7aber corriente circulando por ninguna bobina entonces no e8iste inducción electromagnética entre ellas.

0- 12ué función desempea la barra de metal en cuanto a las caídas de voltaje3

5n este caso si bien no 7ay circulación de corriente& la barra de metal en este caso de 7ierro al ser ferromagnético produce un campo magnético muy grande y si va a producir inducción electromagnética eso s4 solo cuando esta se encuentre en movimiento ya que si esta en reposo la inducción sigue siendo nula.

4- 1(ómo varía el voltaje en la bobina / con la distancia de separación entre las bobinas3

Al 7aber más separación entre las bobinas entonces la inducción en la segunda bobina va a tender a ser menor por ende le llega menor volta'e.

6- 1;e puede decir ue las bobinas act%an como un transformador3 E8pliue-

"e pude decir que si act(an como un transformador ya que como se ve en el marco teórico tanto en la figura ; espec4ficamente cuando las bobinas están con forma de rectángulo y en la figura  que es la forma de un transformador & se puede notar como son muy similares entre si además como también se menciona en el marco teórico en un transformador 
<- E8pliue por ué varía el voltaje en la bobina / al cambiar la forma de la barra met5lica- 1(on cu5l configuración se da el mejor fenómeno de inducción3 1Por ué3

Como ya se e8plicó en la parte de análisis de resultados al aumentar el área transversal entre las bobinas la inducción tiende a disminuir por eso la me'or configuración se dio con la barra de metal sencilla ya que represento el menor cambio de área transversal.

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