”Año de la
Diversifcación Productiva y del Fortalecimiento Fortalecimiento de la Educación”
EAP. INGENIERÍA DE SISTEMAS
LIMA-PERÚ
2015
INTRODUCCIÓN
El estudio del magnetismo se remonta a la observación de “piedras” que se encuentran en la naturaleza; esto es, magnetita, atraen al hierro Es posible establecer que todos aquellos !enómenos magn"ticos cuando dos cargas est#n en movi movimi mien ento to,, entr entre e ella ellass surg surge e una una !uer !uerza za que que se deno denomi mina na !uer !uerza za magn"tica $os a!ectos del campo magn"tico son conocidos desde tiempos antiguos, en la %recia antigua era conocido que ciertas piedras procedentes de &agnesia 'ahora denominadas magnetitas( atra)an trocitos de hierro El descubrimiento de la propiedad de orientación de este material en sentido *orte+ur, in!lu-ó pro!undamente en la navegación - e.ploración, aparte de esta aplicación el magnetismo tuvo poco uso - no !ue e.plicado hasta cuando se inventó la pila voltaica voltaica $a pila proporciona proporciona corrientes corrientes continua continuass del orden de amperios '/(, con tales corrientes se descubrieron nuevos procesos uno detr#s de otro en r#pida sucesión que relacionaron el magnetismo con la electricidad llamada electromagnetismo
ÍNDICE
1
INTRODUCCIÓN................ INTRODUCCIÓN.......................... ..................... ..................... ..................... ..................... .................................... .......................... 1 ÍNDICE................. ÍNDICE............................ ..................... ..................... ..................... ..................... ...................... ...................................... ........................... 2 1. OBJETIVO............. OBJETIVO........................ ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ...................... ...........3 3 2. FUNDAMENTO TEÓRICO................... TEÓRICO.............................. ..................... ..................... ................................... ........................3 3 2.1. TEORÍA ELECTROMAGNÉTICA............. ELECTROMAGNÉTICA....................... ............................................... ..................................... 3 2.2. ELECTROMAGNETISMO......... ELECTROMAGNETISMO.................... ..................... ..................... ........................................ ............................. 3 2.3. LEY DE FARADAY.......... ARADAY.................... ..................... ...................... ..................... ...................................... ............................ 4 2.4. CORRIENTE ALTERNA......... ALTERNA.................... ..................... ..................... ..................... ................................ ...................... 5 2.5. SOLENOIDE............. SOLENOIDE........................ ..................... ..................... ..................... ..................... ................................. ...................... 6 2.6. ELECTROIMÁN.............. ELECTROIMÁN......................... ..................... ..................... ...................... ..................... ..................... ................. ...... 2.. FUNCIONAMIENTO............ FUNCIONAMIENTO....................... ..................... ..................... ............................................ ................................. ! 3. MATERIALES....... MATERIALES................. ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... .................................. ....................... " 4. #ROCEDIMIENTO.............. #ROCEDIMIENTO......................... ...................... ..................... ..................... ........................................ ............................. " CONCLUSIONES....... CONCLUSIONES.................. ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ................................ ...................... 12 DIFICULTADES...............................................................................................13 SUGERENCIAS................ SUGERENCIAS.......................... ..................... ..................... ..................... ............................................... .................................... 13 BIBLIOGRAFÍA.......... BIBLIOGRAFÍA..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ................................ ...................... 14
LABORATORIO 01: “ELECTROMAGNETISMO”
2
1 OBJETIVO
Estudio - observación de la interacción entre los campos el"ctricos magn"ticos
2. FUNDA FUNDAMENT MENTO O TEÓRICO TEÓRICO 2.1. 2.1.
TEORÍA TEORÍA ELECT ELECTROMA ROMAGN GNTI TICA CA
/ !inales del siglo - principios del se investigaron simult#neamente las teor)as de la electricidad - el magnetismo En 1314, el !)si !)sico co dan" dan"ss ans ans 6hri 6hrist stia ian n 7ers 7erste ted d llev llevó ó a cabo cabo un impo import rtan ante te descubrimiento al observar que una agu8a magn"tica pod)a ser desviada por una corrie corriente nte el"ctr el"ctrica ica Este Este descu descubri brimie miento nto,, que mostra mostraba ba una cone.ión entre la electricidad - el magnetismo, !ue desarrollado por el cient)!ico !ranc"s /ndr" &arie /mpere, que estudió las !uerzas entre cables por los que circulan corrientes el"ctricas, - por el !)sico !ranc"s 9omi 9omini niqu que e :ran :rano ois is /rago rago,, que que magn magnet etiz izó ó un peda pedazo zo de hier hierro ro coloc#ndolo cerca de un cable recorrido por una corriente En 13<1 13<1,, el cien cient) t)!i!ico co brit# brit#ni nico co &ich &ichae aell :ara :arada da-- desc descub ubri rió ó que que el movimiento de un im#n en las pro.imidades de un cable induce en "ste una corriente el"ctrica; este e!ecto era inverso al hallado por 7ersted /s), 7ersted demostró que una corriente el"ctrica crea un campo magn"tico, mientras que :arada- demostró que puede emplearse un campo magn"tico para crear una corriente el"ctrica $a uni!icación plena de las teor)as de la electricidad - el magnetismo se debió al !)sico brit#nico =ames 6ler> &a.?ell, que predi8o la e.istencia de onda ondass elec electro troma magn gn"t "tic icas as e iden identiti!ic !icó ó la luz luz como como un !enó !enóme meno no electromagn"tico 2.2. 2.2.
ELECTR ELECTROMA OMAGNET GNETISM ISMO O
3
Es posible establecer que todos aquellos !enómenos magn"ticos cuando dos cargas est#n en movimiento, entre ellas surge una !uerza que se denomina !uerza magn"tica 6uando dos cargas el"ctricas se encuentran en reposo, entre ellas e.iste una !uerza denominada electrost#tica @odas las mani!estaciones de !enómenos magn"ticos se pueden e.plicar mediante esta !uerza e.istente entre cargas el"ctricas en movimiento 9e manera que la desviación en la agu8a del e.perimento de 7ersted, se debió a la e.istencia de dicha !uerza, tambi"n "sta es la responsable de la orie orient ntac ació ión n de la agu8 agu8a a magn magn"t "tic ica a en la dire direcc cció ión n *ort *orte+ e+u urr $a atra atracc cció ión n - repu repuls lsió ión n entr entre e los los polo poloss de los los iman imanes es incl inclus uso o una una consecuencia consecuencia de esta !uerza magn"tica
F$%&'( 1. E)*+,'-(%/*,$02.!. 2.!.
LE" DE FARADA FARADA" "
$a le- de inducción electromagn"tica de :arada- 'o simplemente le- de :arada-( establece que el volta8e inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el
!lu8o magn"tico que atraviesa una super!icie cualquiera con el circuito como bordeA 4
9onde 9onde
es el campo campo el"ctr el"ctrico ico,,
contorno 6,
es el elemen elemento to in!ini in!inites tesima imall del
es la densidad de campo magn"tico magn"tico - es una super!icie
arbitraria, cu-o borde es 6 $as direcciones del contorno 6 - de est#n dadas por la regla de la mano derecha derecha Esta le- !ue !ormulada a partir de los e.perimentos que &ichael :aradarealizó en 13<1 Esta le- tiene importantes aplicaciones en la generación de electricidad
2.#. 2.#.
CORRIE CORRIENTE NTE ALT ALTERNA
Bna de las m#s importantes aplicaciones de los !enómenos de inducción electr electroma omagn" gn"tic tica a es la produc producció ción, n, en escal escala a indust industrial rial,, de energ) energ)a a el"ctrica ica la que se llev leva a cabo mediante los generad radores electromagn"ticos, !undados en la corriente inducida originaria en un conductor que se mueve, en el campo magn"tico de un inductor En esta !orma, la energ)a mec#nica se trans!orma en energ)a el"ctrica Bn gener generado adorr electr electroma omagn" gn"tic tico o produc produce e una energ) energ)a a el"ctr el"ctrica ica por trans!ormación de la energ)a mec#nica aplicada a un conductor inducido que se mueve en el campo magn"tico de un inductor e trat trata a de prod produc ucir ir una una vari variac ació ión n del del !lu8o !lu8o magn magn"t "tic ico, o, lo que que se cons consig igue ue movi movien endo do con con gran gran rapi rapide dezz un cond conduc ucto torr en un camp campo o magn"tico de manera que corte un nCmero de l)neas de !uerza variable con el campo 2.$. 2.$.
SOLE SOLENO NOID IDE E
5
Bn solenoide o bobina se obtiene enrollando un alambre conductor en
!orma de una h"lice mu- apretada, el cual lleva una corriente el"ctrica $uego de hacer un corte transversal al solenoideA
F$%&'( 2. S-)*/-$*
$a inducción magn"tica en el centro del solenoide esA F$%&'( 3 B centro
D
μ0 I (
N ) L
9óndeA *A nCmero de vueltas o espiras $A longitud del solenoide Además: Además: •
$a ind inducci ucció ón mag magn"ti n"ticca en el inte interi rior or del sole soleno noid ide e es
•
pr#cticamente uni!orme - paralela al e8e del solenoide Bn solenoide se comporta como un im#n recto, con sus dos polos 6
•
i se introduce en el interior de un solenoide un nCcleo de un material material !erromagn" !erromagn"tica tica 'generalm 'generalmente ente hierro hierro dulce(, dulce(, el campo campo magn"tico se hace mucho m#s intenso El aumento del campo magn" magn"tic tico o es debido debido a que el hierro hierro se imanta imanta - produce produce su propio campo magn"tico, que se suma al solenoide, el con8unto 'solenoide+hierro( se llama E$E6@7&F*
2.%. 2.%.
ELEC ELECTR TROI OIM& M&N N
El tipo m#s simple de electroim#n es un trozo de alambre enrollado Bna bobi bobina na con con !orm !orma a de tubo tubo rect recto o 'par 'parec ecid ido o a un torn tornilillo lo(( se llam llama a sole soleno noid ide, e, - cuan cuando do adem adem#s #s se curv curva a de !orm !orma a que que los los e.tr e.trem emos os coincidan se denomina toroide Gueden producirse campos magn"ticos mucho m#s !uertes si se sitCa un HnCcleoI de material paramagn"tico o !erromagn"tico 'normalmente hierro dulce o !errita, aunque tambi"n se util utiliz iza a el llam llamad ado o acer acero o el"c el"ctr tric ico( o( dent dentro ro de la bobi bobina na El nCcl nCcleo eo concentra el campo magn"tico, que puede entonces ser mucho m#s !uerte que el de la propia bobina $os campos magn"ticos generados por bobinas se orientan segCn la regla de la mano derecha i los dedos de la mano derecha se cierran en torno a la dirección del campo magn"tico J, el pulgar indica la dirección de la corriente El lado del electro im#n del que salen las l)neas de campo se de!ine como Hpolo norteI /dem#s, dentro de la bobina se crean corrientes inducidas cuando "sta est# est# some sometitida da a un !lu8o !lu8o varia variabl ble e Esta Estass corri corrien ente tess son son llam llamad adas as corr corrie ient ntes es de :ouc :oucau aultlt - en gene genera rall son son inde indese seab able les, s, pues puesto to que que calientan el nCcleo - provocan una p"rdida de potencia de s) mismo
2.'. 2.'.
FUNCIO FUNCIONA NAMIE MIENTO NTO
El material del nCcleo del im#n 'generalmente hierro( se compone de pequeKas regiones llamadas dominios magn"ticos que actCan como
pequeKos imanes /ntes de que la corriente en el electroim#n se active, los dominios en el nCcleo de hierro est#n en direcciones al azar, por lo que sus campos magn"ticos pequeKos se anulan entre s), - el hierro aCn no tiene un campo magn"tico de gran escala 6uando una corriente pasa a trav"s del alambre envuelto alrededor de la plancha, su campo magn magn"t "tic ico o pene penetr tra a en el hier hierro ro,, - hace hace que que los los domi domini nios os gire giren, n, aline#ndose en paralelo al campo magn"tico, por lo que sus campos magn"ticos diminutos se aKaden al campo del alambre, creando un campo magn"tico que se e.tiende en el espacio alrededor del im#n 6uanto ma-or es la corriente que pasa a trav"s de la bobina de alambre, m#s domin dominios ios son alinea alineados dos,, aument aumentan ando do la intens intensida idad d del del campo campo magn"tico :inalmente, todos los dominios estar#n alineados, nuevos aumentos en la corriente sólo causan ligeros aumentos en el campo magn"ticoA este !enómeno se denomina saturación 6uando la corriente en la bobina est# desactivada, la ma-or)a de los dominios pierden la alineación - vuelven a un estado aleatorio - as) desaparece el campo in embargo en algunos la alineación persiste, -a que los dominios tienen di!icultades para perder su dirección de magnetización, de8ando en el nCcl nCcleo eo un im#n im#n perm perman anen ente te d"bi d"bill Este Este !enó !enóme meno no se llam llama a hist hist"r "res esis is - el camp campo o magn magn"t "tic ico o rest restan ante te se llam llama a magn magnet etis ismo mo remanente $a magnetización residual del nCcleo se puede eliminar por des magnetización
!. MA MATE TERIALE RIALES S
01 clavo de hierro largo
cable de cobre esmaltado !
7b8etos pequeKos met#licos como gillette - agu8a
Bna bater)a de 4
01 encendedor
#. PROC PROCEDIMIE EDIMIENTO NTO
F$%&'( 4. M(,*'$()*0
Gaso 1A Enrollar el cable de cobre alrededor del clavo de8ando en los e.tremos un prudente cable de cobre para realizar las cone.iones Gaso 2A Luitar el esmalte de las puntas del cable con un encendedor encendedor
F$%&'( 5 F$%&'( 6 "
Gaso
F$%&'(
Gaso MA acer uso del electroim#n utilizando el gillette - la agu8a
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1
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CONCLUSIONES
%racias al electromagnetismo es que se creó la corriente alterna que util izamos en nuestros hogares, que nos proporcionan los generadores el"ctricos de las centrales hidroel"ctricas hidroel"ctricas El electromagnetismo cambió nuestra !orma de vida vida porque a partir de este, se inventaron muchas cosas Ctiles tales como el televisor, el control remoto 'de los 8uegos puertas, autos(, el trans!ormador, el tel"!ono, timbres, grCas electromagn"ticas, etc /dem#s este traba8o nos a-udó a comprender el signi!icado del !enómeno de electromagnetismo, sus usos, su historia - los cient)!icos que lo han estudiado por aKos
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DIFICULTADES
•
/l realizar el e.perimento tuvimos di!icultades como el recalentamiento de la bater)a adem#s de la ba8a potencia del electroim#n SUGERENCIAS
•
@ratar de dar varias vueltas i el electroim#n posee pocas, la bater)a se deteriorar# mu- r#pidamente, pues al no o!recer resistencia, se genera un cortocircuito el"ctrico e tiene que probar cual es la cantidad de vueltas m#s adecuada i se hace demasiadas, el electroim#n casero no tendr# “!uerza” pues la resistencia ser# elevada, - por consecuencia la corriente que circular# ser# ba8a
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BIBLIOGRAFÍA
•
Endesa Educa, Electromagnetismo ecuperado en setiembre del 2015 deA
httpANN???endesaeducaco httpANN??? endesaeducacomNEndesaOeducaNrec mNEndesaOeducaNrecursos+ ursos+
interactivosNconceptos+basicosNiv interactivosNconcepto s+basicosNiv+electromagne +electromagnetismo tismo •
=os" =o s" /nto /ntoni nio o E %a %arc rc)a )a Flv Flvar arez, ez, Lu Lu" " es el ecuperado
en
Elec El ectro troma magn gnet etis ismo mo
setiembre
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