Informe N° 10-INDUCCIÓN MAGNÉTICA Y TRANSFORMADORES

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

(Universidad del Perú, Decana de América)

LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

" INDUCCIÓN MAGNÉTICA Y TRANSFORMADORES

”

EXPERIENCIA N° 10

CURSO

:

FISICA III

PROFESOR : ADRIANO PEÑA ALUMNA

:

VARGAS QUISPE, ELIZABETH ELIZABETH ESTEFANY 15070143

ESCUELA ACADEMICA HORARIO

: INGENIERIA QUIMICA

: JUEVES 6 8 P.M. –

Ciudad Universitaria, noviembre 2017.

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INDUCCIÓ N MAGNÉ INDUCCIÓ MAGNÉ TICA Y TRANSFÓRMADÓRÉS I.

OBJETIVOS   

II.

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

MARCO TEÓRICO 1. INDUCCIÓN MAGNÉTICA .EXPERIENCIAS DE HENRY Y FARADAY

① Se sabe que: - Un campo magnético constante genera una fuerza magnética sobre una corriente eléctrica. Si no hay corriente eléctrica no hay fuerza magnética. Si la corriente eléctrica pasa a través de un hilo recto la expresión de la fuerza magnética v iene dada por la ley de Laplace. - Una corriente eléctrica pasando a través de un conductor genera un campo magnético. Las expresiones de este campo magnético para los alrededores de un hilo infinito, el centro de una espira circular o en el eje central de un solenoide son, respectivamente,

Se puede observar en estas expresiones que el campo magnético en un punto determinado alrededor del hilo, en el centro de la espira circular o en el eje central del solenoide, se mantiene constante si la intensidad de corriente que pasa por los conductores es constante.

② Situación de partida en este tema: un conductor por el que en un principio no circula corriente alguna y que se verá inmerso en el seno de un campo magnético variable. Cuando ocurre esto, por el conductor pasa una corriente que denominaremos inducida. La inducción electromagnética es el proceso mediante el cual se genera una corriente eléctrica en un circuito como resultado de la variación de un campo magnético.

③ Experiencias de Faraday. Faraday estaba convencido de que un campo magnético





2. CORRIENTE INDUCIDA El importante descubrimiento de Faraday puede entenderse analizando la Fig. 1. La figura (a) muestra un imán colocado en el interior de un solenoide (conductor eléctrico en forma de hélice cilíndrica), cuyos extremos están conectados a un amperímetro. Faraday observó que si el imán se mantiene en reposo (en relación con la bobina), el amperímetro no indica paso de corriente eléctrica, es decir, en esas condiciones no ocurre el efecto buscado. Cuando el imán se pone en movimiento, apartándose de la bobina, como en la figura (b), el amperímetro inmediatamente muestra el paso de la corriente en las espiras del solenoide. Sin embargo, si el movimiento del imán se interrumpe, la corriente deja de circular nuevamente. Al ponerse en movimiento nuevamente el imán, pero ahora acercándose al solenoide, el amperímetro vuelve a indicar la presencia de una corriente en las espiras, ahora en sentido contrario a la situación anterior (Fig. 1 (c)).

Fig. 1 Descubrimiento de Faraday.

Los mismos efectos se observarían si el imán se mantuviera en reposo y la bobina se acercara o alejara de éste. Por ello, Faraday percibió que realmente es posible obtener una corriente eléctrica con un imán en movimiento. En relación con esos efectos, se usan actualmente las siguientes denominaciones:





3. EXPLICACION DE LA INDUCCION ELECTROMAGNETICA Cuando movemos un imán permanente por el interior de las espiras de una bobina solenoide (A), formada por espiras de alambre de cobre, se genera de inmediato una fuerza electromotriz (FEM), es decir, aparece una corriente eléctrica fluyendo por las

espiras de la bobina, producida por la “inducción magnética” del imán en movimiento. Si al circuito de esa bobina (A) le conectamos una segunda bobina (B) a modo de carga eléctrica, la corriente al circular por esta otra bobina crea a su alrededor un

“campo electromagnético”, capaz de inducir, a su vez, corriente eléctrica en una tercera bobina.

Fig. 2 Uso de dos bobinas

Por ejemplo, si colocamos una tercera bobina solenoide (C) junto a la bobina (B), sin que exista entre ambas ningún tipo de conexión ni física, ni eléctrica y conectemos al circuito de esta última un galvanómetro (G), observaremos que cuando movemos el imán por el interior de (A), la aguja del galvanómetro se moverá indicando que por las

espiras de (C), fluye corriente eléctrica provocada, en este caso, por la “inducción electromagnética” que produce la bobina (B). Es decir, que el “campo magnético” del imán en movimiento produce “inducción magnética” en el enrollado de la bobina (B), mientras que el “campo electromagnético” que crea la corriente eléctrica que fluye por el enrollado de esa segunda bobina produce “inducción electromagnética” en una tercera bobina que se coloque a su lado.





El campo magnético del imán en movimiento dentro de la bobina solenoide (A), provoca que, por“inducción magnética”, se genere una corriente eléctrica o fuerza electromotriz (FEM) en esa bobina. Si instalamos al circuito de (A) una segunda bobina (B), la corriente eléctrica que comenzará a circular por sus espiras, creará un “campo electromagnético” a su alrededor, capaz d e inducir, a su vez, pero pero ahora por “inducción electromagnética”, una corriente eléctrica o fuerza electromotriz en otra bobina (C). La existencia de la corriente eléctrica que circulará por esa tercera bobina se podrá comprobar con la ayuda de un galvanómetro (G) conectado al circuito de esa última bobina.

[3]

4. LEYES DE LA INDUCCIÓN MAGNÉTICA. Se producen las corrientes corrientes inducidas, el objetivo objetivo es caracterizar caracterizar dichas corrientes. corrientes. Dicha caracterización se consigue a través de dos leyes: - Ley de Lenz. Permite conocer el sentido de la corriente inducida. - Ley de Faraday. Permite conocer la fuerza electromotriz de la corriente inducida.

3.1.- Ley de Lenz. H. Lenz (1804-1865) Descubrió esta ley en 1833-34 siendo profesor de física de la Universidad de San Petersburgo. Una corriente se induce en un sentido tal que los efectos que genera tienden a oponerse al cambio de flujo que origina

Según la ley de Lenz, la corriente inducida es tal que sus efectos magnéticos se oponen al aumento del flujo, es decir, a que el campo inductor aumente. Por tanto, la espira debe generar un campo magnético inducido (Binducido) tal que su sentido sea contrario al que ya existe. La ley de Lenz es una consecuencia del principio de conservación de la energía. Si el sentido de la corriente inducida fuese favorecer la causa que lo produce, se generaría energía ilimitada de la nada.

3.2.- Ley de Faraday La corriente inducida es producida por una fuerza electromotriz inducida que es directamente proporcional a la rapidez con que varía el flujo y al número de espiras del inducido.

Donde es la fuerza electromotriz (f.e.m.) Inducida, en voltios; n es el número de espiras del circuito inducido; es la expresión que indica la rapidez con que varía el flujo magnético, en wb/s. El signo “ -“de la expresión viene impuesto por la ley de lenz y recoge el hecho de que si el flujo aumenta la corriente inducida tiene se ntido contrario a si el flujo disminuye. [4]





III.

PROCEDIMIENTO y MATERIALES

MATERIALES

-

Brújula Cables Bobinas Reóstato Fuente Solenoides Galvanómetro Tarjeta insertable unitrain-i

PROCEDIMIENTO

Se realizó diversos experimentos las cuales están enumeradas y son las siguientes: 1. VERIFICACION DEL CAMPO MAGNETICO DE UNA BOBINA

Con una brújula se analizará una bobina mientras por ella circula una corriente al igual que cuando no se aplica ninguna ni nguna corriente. En este caso, se determinarán ciertas propiedades magnéticas y la forma de las líneas de campo.      

Monte el arreglo experimental que se encuentra presente en la computadora: Retire la brújula de su soporte y acérquela lentamente a la bobina. Observe la orientación de la aguja de la l a brújula. Complemente el arreglo experimental. La animación STEP2 muestra la manera de hacerlo. Mueva de nuevo la brújula alrededor de la bobina por la que ahora circula corriente. Observe la dirección de la corriente.

brújula alrededor de la FIG. 4 Mover la brújula

FIG. 5 Ahora se pasa un cable por

bobina.

debajo de la bobina. Giramos la brújula







2. EXPERIMENTO 1 DE INDUCCION Se realizó el siguiente arreglo experimental: Se abrió el instrumento virtual voltímetro A del menú de instrumentos de medición y se realizaron los siguientes ajustes los siguientes a justes: Rango: 0,5 V, DC. Display análogo Conmutador giratorio en AV (visualización de valor medio) Se conectó la bobina a un voltímetro. Luego se introdujo y retiró varias veces el imán permanente anotándose lo observado.

FIG. 6 Esquema del experimento 1 de inducción

3. EXPERIMENTO 2 DE INDUCCIÓN Se realizó el siguiente arreglo experimental. Se abrió el instrumento virtual voltímetro y realizó los siguientes ajustes: Rango: 0,5 V, DC Display análogo Conmutador giratorio en AV (visualización de valor medio) Dos bobinas se encuentran arrolladas alrededor del núcleo de hierro. La bobina 1 está conectada al voltímetro. En la bobina 2 se conectó y desconectó la corriente.

FIG. 7 Esquema del experimento 2 de inducción





4.2 FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA Se conectó las terminaciones de un solenoide al galvanómetro como muestra muestra la figura 3. Se examinó la dirección en la cual el alambre de la bobina está arrollado. Induciendo el imán tal como se indica en la figura 3, se anotó 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).

FIG. 9

Circuito eléctrico para el 4.2

4.3 FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA ENTRE DOS CIRCUITOS Se alineó dos solenoides de modo que sus ejes estén paralelos y los enrollamientos e nrollamientos estén en la misma dirección, como se indica en la figura 10. El solenoide conectado a una pila se denomina primario o inductor y el otro es el secundario o inducido. inducido. Con la llave cerrada se movió la bobina primaria hacia atrás o hacia adelante como se hizo con el imán y se anotaron las observaciones.

IV.

FIG. 10

Circuito eléctrico para el 4.3

RESULTADOS

Esta práctica de laboratorio nos permite entender claramente la relación entre las





conocemos como electroimán. Notamos que en un inicio la aguja se desvía ligeramente, pero al introducir el tornillo de metal esta se desvía con mayor intensidad. Cuando conectamos conectamos el solenoide a una fuente, fuente, una llave y un reóstato para saber saber la su propiedad magnética se pudo pudo observar al momento de colocar la brújula en la esquina del solenoide, la aguja marcaba el norte es decir al sur magnético e indicaba que el campo magnético ingresaba, mientras que la otra esquina salía, allí marcaba el sur de la brújula es decir el norte magnético, es decir las líneas de campo entran por un extremo, polo sur, y salen por el otro, polo norte.

V.

CONCLUSIONES  

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

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 

La inducción electromagnética nos indica que al mover un imán junto a un circuito se genera en este una corriente. La intensidad de la corriente inducida es tanto mayor cuanto más rápido es el movimiento. Cuando se cambia la dirección del movimiento del imán, se cambia también la dirección de la corriente inducida por dicho movimiento. Para producir un flujo de corriente en cualquier circuito eléctrico es necesaria una fuente de fuerza electromotriz. La aguja de la brújula cambia de orientación cada vez que se coloca en una nueva posición sobre la bobina 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. Al aumentar el flujo el número de líneas de fuerza que atraviesa la espira aumenta. Según la dirección del campo magnético, el sentido de la fem inducida varía.





VI.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

[1]

Electromagnética”. [Online] “Inducción Electromagnética

Disponible en: https://www.edu.xunta.gal/centros/iesdemugardos/aulavirtual2/pluginfile.php/372/mod_reso urce/content/0/Interaccion_electromagnetica_-_3._Induccion_electromagnetica.pdf [2] “Inducción electromagnética. Generadores de corriente eléctrica. ” [Online]

Disponible en: http://www.cursosinea.conevyt.org.mx/cursos/cnaturales_v2/interface/main/recursos/antolog ia/cnant_2_19.htm

electromagnética”. [Online] [3] “Explicación de la inducción electromagnética Disponible en: https://camiimendez30.wordpress.com/4-periodo/explicacion-de-la-induccionelectromagnetica/

VII.

ANEXOS

1. Hoja de reporte

Informe N° 10-INDUCCIÓN MAGNÉTICA Y TRANSFORMADORES

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