LABORATORIO FÍSICA III
FAC. ING. ELETRÓNICA Y ELÉCTRICA
OBJETIVOS
Comprobar que al poner corriente poner corriente eléctrica en una solenoide en la cual existe un metal capaz de ser magnetizado posicionado en el centro de la solenoide, adquiere la propiedad de atraer objetos magnéticos mientras el sistema eléctrico está cerrado.
Comprobar que el campo magnético existe, promedio de una simple brújula simple brújula,, la cual moverá su aguja perpendicularmente a la posición en que se encuentra la brújula cruzada por debajo por el cable, mientras el sistema esté cerrado.
INTRODUCIÓN El magnetismo es uno de los aspectos del electromagnetismo, que es una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza. Las fuerzas magnéticas son producidas por el movimiento de partículas partículas cargadas, como como por ejemplo ejemplo electrones, electrones, lo lo que indica la estrecha relación.
Entre la electricidad y el magnetismo. El marco que enlaza ambas fuerzas, es el tema de este curso, se denomina teoría electromagnética. La manifestación más conocida del magnetismo es la fuerza de atracción o repulsión que actúa entre los materiales magnéticos como el hierro. Sin embargo, en toda la materia se pueden observar efectos más sutiles del
PROCEDIMIENTOS Lab8: Electromagnetismo 1
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EXPERIMENTO 1: Campo magnético de un conductor 1 ¿Cómo se comporta la aguja imantada cuando se cierra el circuito eléctrico? Rpta.- La aguja se mueve hacia la dirección aproximada de las líneas de campo concéntricas al conductor.
¿Qué sucede cuando la aguja de la brújula no se coloca debajo sino por encima del cable por el que circula la corriente? Rpta.- La aguja se desplaza claramente hacia la otra dirección.
Sustentación Teórica
Lab8: Electromagnetismo 2
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El experimento de Oersted: Hans Oersted estaba preparando su clase de física en la Universidad de Copenhague, una tarde del mes de abril, cuando al mover una brújula cerca de un cable que conducía corriente eléctrica notó que la aguja se deflactaba hasta quedar en una posición perpendicular a la dirección del cable. Más tarde repitió el experimento una gran cantidad de veces, confirmando el fenómeno. Por primera vez se había hallado una conexión entre la electricidad y el magnetismo, en un accidente que puede considerarse como el nacimiento del electromagnetismo.
Del experimento de Oersted se deduce que;
Una carga en movimiento crea un campo magnético en el espacio que lo rodea.
Una corriente eléctrica que circula por un conductor genera a su alrededor un campo magnético cuya intensidad depende de la intensidad de la corriente eléctrica y de la distancia del conductor.
CAMPO MAGNÉTICO CREADO POR UN CONDUCTOR RECTILÍNEO: Lab8: Electromagnetismo 3
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Una corriente rectilínea crea a su alrededor un campo magnético cuya intensidad se incrementa al aumentar la intensidad de la corriente eléctrica y disminuye al aumentar la distancia con respecto al conductor. En 1820 el físico danés Hans Christian Oersted descubrió que entre el magnetismo y las cargas de la corriente eléctrica que fluye por un conductor existía una estrecha relación. Cuando eso ocurre, las cargas eléctricas o electrones que se encuentran en movimiento en esos momentos, originan la aparición de un campo magnético tal a su alrededor, que puede desviar la aguja de una brújula.
EXPERIMENTO 2: Campo magnético de un conductor 2
Se averiguará si es mayor el campo magnético de un bucle conductor o el de un conductor si por ambos circula corriente. Además se analizará si la polaridad de la corriente ejerce alguna influencia.
Modifique el arreglo interior como se muestra a continuación:
Lab8: Electromagnetismo 4
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Observación:
Tenga cuidado de que todos los demás conductores se encuentren suficientemente alejados de la aguja magnética.
También los imanes deben estar alejados de la brújula a una distancia mínima de 50 cm.
Juzgue la intensidad del campo magnético en el interior de un bucle conductor, comparada con la intensidad del campo magnético en un conductor, si por ambos lados circula la corriente:
En el caso del bucle conductor la deflexión de la guja es: más fuerte.
El campo magnético del conductor sin bucle es: más débil .
Permute los terminales del bucle conductor en la alimentación de corriente. Así se modifica la polaridad de la corriente. ¿Qué efecto ejerce este cambio sobre el campo magnético?
El campo magnético al interior del conductor cambia la polaridad
Explicación: Esto sucede porque el sentido de las líneas de campo concéntricas cambian de dirección por la regla de la mano derecha.
EXPERIMENTO 3: Lab8: Electromagnetismo 5
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Verificación del campo magnético de una bobina
Se arma el siguiente circuito:
Con la brújula que se mueve alrededor de la bobina se observa que la aguja mantiene su posición indicando de norte a sur
¿Qué se puede afirmar acerca de la orientación de la aguja de la brújula cuando se le coloca en diferentes posiciones alrededor de la bobina sin corriente?
La aguja magnética mantiene la dirección de norte a sur
¿Qué se puede afirmar acerca de la orientación de la aguja de la brújula cuando se coloca en diferentes posiciones alrededor de la bobina por la que circula corriente?
Lab8: Electromagnetismo 6
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La aguja cambia de orientación cada vez que se coloca en una nueva posición sobre la bobina
Cuando en el solenoide se conecta con una fuente de corriente, éste se polariza en sus extremos de esta manera se le puede comparar como un imán de barra, al tener polo norte y polo sur, entonces al pasar una corriente la aguja de la brújula se orientara en diferentes sentidos mientras cuando no haya corriente la aguja mantendrá la misma dirección.
Observe el comportamiento de la aguja de la brújula en diferentes posiciones con respecto a la bobina por la que circula corriente:
¿La aguja de la brújula se orienta? Se orienta en sentido paralelo a las líneas de campo
¿Las líneas de campo describen un arco? Si describen un arco orientado de polo norte a polo sur en la bobina
EXPERIMENTO 4: Efecto del núcleo de hierro Lab8: Electromagnetismo 7
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Con una brújula se analizara una bobina con núcleo de hiero, por la que circula corriente. Se compararan las propiedades magnéticas de la bobina con y sin núcleo de hierro Luego de haber montado el arreglo experimental
¿Qué puede afirmar acerca del comportamiento de la brújula frente a una bobina con núcleo de hierro si se realiza una comparación con lo que sucede cuando el núcleo se encuentra ausente? Respuesta: La aguja se desvía mas fuertemente, pues el campo magnético se refuerza con el núcleo de hierro y las líneas de campos salen por los polos. Esto sucede debido a que cundo introducimos un núcleo de hierro el campo magnético se ve reforzado y esto hace que la aguja de la brújula se desvíe mucho mas que antes de introducir el núcleo de hierro.
EXPERIMENTO 5: Efecto dinámico magnético Lab8: Electromagnetismo 8
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Se verifica si una fuerza actual sobre un imán que se introduce en una bobina.
Arme el siguiente arreglo experimental:
Introduzca y saque rápidamente el imán del devanado de la bobina con corriente. ¿Qué se siente?
Respuesta:
Dependiendo de la polaridad del imán permanente, este es empujado al interior de la bobina o expelido del mismo Se siente la presencia de fuerzas.
EXPERIMENTO 6 Experimento de remanencia Lab8: Electromagnetismo 9
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Se someterá un núcleo de hierro a la influencia de un campo magnético y, a continuación, se verificara su campo magnético residual. Luego se repetirá el experimento con la polaridad invertida. Arregle experimental que se montara.
Antes de continuar con el experimento se debe entender por remanencia magnética es la capacidad de un material para retener el magnetismo que le ha sido inducido.
Con un marcador, o con un material adhesivo rojo, marque un lado del núcleo de hierro.
Recomendación!!
Lab8: Electromagnetismo 10
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Mantenga el imán permanente a suficiente distancia
De lo experimentado se observara que el lado marcado con rojo tendrá la polaridad de sur debido a la atracción que produce en la aguja imantada (el extremo azul que corresponde al norte es atraído)
Inserte y retire repetidamente el núcleo de hierro del interior de la bobina por la que circula corriente. El punto rojo se dirige hacia abajo.
Saque el núcleo de hierro analícelo con la aguja imantada.
Se observa claramente la parte señalada con la marca roja dirigirse hacia abajo el cual provoca que el extremo azul de la aguja sea atraído.
Lab8: Electromagnetismo 11
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CUESTIONARIO I ¿Conserva el núcleo de hierro propiedades magnéticas después de que el campo ha actuado sobre él?
El núcleo de hierro desvía ostensiblemente la aguja imantada; Por tanto posee un campo magnético.
¿Cuál polo queda en el extremo marcado con el punto rojo?
El polo sur, puesto que el extremo azul de la aguja de la brújula se ve atraído.
CUESTIONARIO II Ahora repita el experimento e introduzca y retire varias veces el núcleo de hierro en el interior de la bobina que circula corriente. Esta vez, el punto rojo se debe dirigir hacia arriba. Retire el núcleo y vuelva analizarlo con la guja magnética.
¿Cuál polo queda en el extremo marcado con el punto rojo?
El polo norte, puesto que el extremo plateado de la aguja de la brújula se ve atraído.
EXPERIMENTO 7 Lab8: Electromagnetismo 12
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Experimento 1 de inducción
Arme el siguiente arreglo:
Abra el instrumento virtual voltímetro A del menú de instrumentos o pulse sobre la imagen y realice los siguientes arreglos:
Rango :0.5 V, DC Display análogo Conmutador giratorio en AV ( visualización del valor medio)
Ha conectado la bobina a un voltímetro. Introduzca y retire varias veces el imán permanente del devanado de la bobina. ¿Qué se puede observar en el voltímetro?
El voltímetro indica tanto tensión positiva, como negativa, según el sentido del movimiento.
Cuando se mueve el imán hacia la bobina conectada al voltímetro, su lectura cambia desde cero, lo que indica que se ha inducido una corriente en la espira.
Lab8: Electromagnetismo 13
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Recordemos que le caída de tensión y la corriente están relacionadas de forma directa.
Cuando el imán se mueve alejándose de la bobina, la lectura del voltímetro se desvía en la dirección opuesta, lo que indica que la corriente inducida tiene dirección contraria.
Cuanto más rápido sea el movimiento, mayor será la amplitud de la tensión.
Faraday concluyó: es posible inducir una corriente eléctrica en una espira mediante un campo magnético cambiante.
La fem inducida es directamente proporcional a la rapidez de cambio con el tiempo del flujo magnético a través de la espira. Este enunciado, puede ser escrito matemáticamente como Ley de inducción de Faraday:
Al aumentar la rapidez del movimiento del imán aumenta también la rapidez del cambio del flujo magnético en el tiempo al interior de la bobina, de manera que la corriente inducida aumenta lo que se puede comprobar a través del aumento de la amplitud de la tensión.
EXPERIMENTO 8 Experimento 2 de inducción Lab8: Electromagnetismo 14
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Arme el siguiente arreglo:
En este experimento de inducción magnética, se ve la variación que sufre en campo magnético al apagar y encender la corriente. Se medirá la tensión inducida en una segunda bobina, la cual mediremos mediante un voltímetro.
Dos bobinas se encuentran enrolladlas alrededor del núcleo de hierro. La bobina 1 esta conectada al voltímetro. En la bobina 2 se conecta y desconecta una corriente. ¿Qué se puede observar en el voltímetro? Respuesta:
El voltímetro indica tanto tensión negativa como positiva, dependiendo del estado de conexión.
La deflexión del voltímetro es solo muy breve, a continuación la tensión vuelve a caer a cero.
Conclusiones:
Al que dar la bobina cargada por una corriente inducida, tiende a descargarse, por lo cual el voltímetro indicada una medición brevemente.
El campo sufre variación al abrir y cerrar el circuito.
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CONCLUSIONES
La dirección de la fuerza magnética se determina por la regla de la mano derecha.
La fuerza F es siempre perpendicular al plano de v y B.
Al medir el azimut de una brújula puede que no marque el verdadero valor, debido a perturbaciones producidas por otros campos.
Al que dar la bobina cargada por una corriente inducida, tiende a descargarse, por lo cual el voltímetro indicada una medición brevemente.
El campo sufre variación al abrir y cerrar el circuito.
La corriente inducida en una bobina dura solo el instante de la variación del campo.
Cuando se cambia la dirección del movimiento del imán, se cambia también la dirección de la corriente inducida por dicho movimiento.
El efecto de cambiar la polaridad del imán que se pone en movimiento al interior de una bobina no interviene en la generación de la corriente inducida en ésta.
Bibliografía
Manual de laboratorio de física I.
Manual de laboratorio de física III.
Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo- Física III, 7 ma Edición.
Peul Hewitt; Fundamentos de Física Conceptual; México; 2009; Pearson Educación.
Raymond A. Serway; Física; cuarta edición; México; 1997; McGraw-Hill; pp. 727; español.
Física para ciencias e ingeniería con física moderna, volumen 2, Séptima edición
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