PRACTICA NUMERO 11 LEY DE LA INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA DE FARADAY Y CIRCUITO RL
NOMBRE: RESENDIZ NAVARRETE SERGIO ARMANDO GRUPO DE LAB: 1301 A LABORATORIO: L3-L3000A PROFESOR: ADOLFO GARCIA GOMEZ SEMESTRE: 2018-1 FECHA: 05/11/17
OBJETIVOS.
Aplicación de la ley de inducción de Faraday.
Fundamentos básicos del transformador eléctrico.
Aplicación del transformador como elevador o reductor de voltaje
Comprobará en forma experimental la energización y dese nergización en el inductor Observará la curva de energización y desenergización en el inductor para un circuito serie RL excitado en corriente directa Verificará experimentalmente la constante de tiempo en un circuito RL
INTRODUCCION: Michael Faraday fue un físico y químico británico del siglo XVIII, profundizó en el estudio de los campos magnéticos, su obsesión por conseguir generar electricidad, sus descubrimientos más importantes fueron el diamagnetismo, la electrólisis y la inducción electromagnética, que es el tema que hoy nos ocupa. Quizás la ley más conocida que enunció Faraday, en la que demostraba que el voltaje inducido es directamente proporcional a la velocidad con la que cambia el flujo magnético, que atraviesa una superficie con el circuito como borde. La inducción electromagnética es el proceso por el cual se puede inducir una corriente por medio de un cambio en el campo magnético. ¿Cómo describimos este fenómeno? Hay dos leyes fundamentales que describen la inducción electromagnética: La ley de Faraday, descubierta por el físico del siglo XIX Michael Faraday. Relaciona la razón de cambio de flujo magnético que pasa a través de una espira (o lazo) con la m agnitud de la fuerza electromotriz inducida en la espira. La relación es E=dt/dΦ La fuerza electromotriz, o FEM, se refiere a la diferencia de potencial a través de la espira descargada (es decir, cuando la resistencia en el circuito es alta). En la práctica es a menudo suficiente pensar la FEM como un voltaje, pues tanto el voltaje y como la FEM se miden con la misma unidad, el volt. [Explicación.] La ley de Lenz es una consecuencia del principio de conservación de la energía aplicado a la inducción electromagnética. Fue formulada por Heinrich Lenz en 1 833. Mientras que la ley de Faraday nos dice la magnitud de la FEM producida, la ley de Lenz nos dice en qué dirección fluye la corriente, y establece que la dirección siempre es tal que se opone al cambio de flujo que la produce. Esto significa que cada campo magnético generado por una corriente inducida va en la dirección opuesta al cambio en el campo original. Circuito RL en serie en corriente alterna En un circuito RL serie en corriente alterna, se tiene una resistencia y una bobina en serie. La corriente en ambos elementos es la misma.
La tensión en la bobina está en fase con la corriente (corriente alterna) que pasa por ella (t ienen sus valores máximos simultáneamente). Pero el voltaje en la bobina está adelantado a la corriente que pasa por ella en 90º (la tensión tiene su valor máximo antes que la corriente) El valor de la fuente de voltaje que alimenta este circuito está dado por l as siguientes fórmulas: – Voltaje (magnitud) VS = (VR2 + VL2)1/2 – Angulo = /Θ = Arctang (Vl /VR).
CUESTIONARIO PREVIO. 1) Defina la ley de inducción Electromagnética de Faraday. R: La ley de inducción electromagnética de Faraday (o simplemente ley de Faraday) establece que la tensión inducida en un circuito cerrado es direc tamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito como borde:
E es el campo eléctrico, dl es el elemento infinitesimal del contorno C, B es la densidad de campo magnético y S es una superficie arbitraria, cuyo borde es C. Las direcciones del contorno C y de dA están dadas por la regla de la mano derecha. 2) Defina la ley de Lenz. R: La ley de Lenz para el campo electromagnético relaciona cambios producidos en el campo eléctrico por un conductor con la propiedad de variar el flujo magnético, y afirma que las tensiones o voltajes aplicadas a un conductor, generan una F .E.M. (fuerza electro motriz) que se opone al paso de la corriente que la produce.
3) Enuncie el principio básico del transformador eléctrico.
R: El funcionamiento de los transformadores se basa en el fenómeno de la inducción electromagnética, cuya explicación matemática se resume en las ecuaciones de Maxwell. Al aplicar una fuerza electromotriz en el devanado primario o inductor, producida esta por la corriente eléctrica que lo atraviesa, se produce la inducción de un flujo magnético en e l núcleo de hierro. Según la ley de Faraday, si dicho flujo magnético es variable, aparece una fuerza electromotriz en el devanado secundario o inducido. De este m odo, el circuito eléctrico primario y el circuito eléctrico secundario quedan acoplados mediante un campo magnético.
4) Mencione dos causas de pérdidas de energía en el transformador. R: Las mayores pérdidas en transformadores se dan por corrientes de Foucault en el núcleo: estas corrientes se dan en el núcleo ferromagnético del transformador, y generan pérdidas por efec to Joule. Una forma de minimizar estas corrientes es laminando el núcleo y separando las láminas por aislantes. Otra pérdida importante se da por la histéresis propia del núcleo ferromagnético. En un transformador ideal el núcleo tendría ciclo de histéresis nula, pero esto no es así en la realidad para ningún material ferromagnético. Parte de la energía entonces se pierde en magnetizar el núcleo del transformador en cada semiciclo de la tensión de entrada.
5) Enuncie el principio básico del generador de corriente alterna (C.A.). R: El principio de funcionamiento de los generadores se basa en el fenómeno de inducción electromagnética. La Ley de Faraday. Esta ley nos dice que el voltaje inducido en un circuito e s directamente proporcional al cambio del flujo magnético en un conductor o espira. Esto quiere decir que si tenemos un campo magnético generando un flujo magnético, nece sitamos una espira por donde circule una corriente para conseguir que se genera la f.e.m. (fuerza electromotriz).
6) Defina el concepto de inductancia R: En electromagnetismo y electrónica, la inductancia, es una medida de la oposición a un cambio de corriente de un inductor o bobina que almacena energía en presencia de un campo magnético, y se define como la relación entre el flujo magnético y la intensidad de corriente e léctrica que circula por la bobina y el número de vueltas (N) del devanado.
7) Para un circuito serie RL deduzca las expresiones de voltaje y corriente en el inductor a) En el proceso de energización (figura 11.1). R: Il (t) = vf/R (1-e -rt/l )
V l (t) = -L di/dl L = Vf * e
-RT/L
b) En el proceso de desenergización (figura 11.2). R: Il (t) = Vf/R (e – Rt/L ) V L (t) = -Vf * e – RT/L
8) Enuncia el significado de la constante de tiempo inductiva:
=
R: Dado que una inductancia se opone a cualquier variación de la corriente que la recorre, la corriente de un circuito inductivo está atrasada respecto al voltaje impreso. El tiempo necesario para que la corriente en un circuito inluctívo alcance el 63,2 % de su valor final (E/R) se llama constante de tiempo inductiva (CT).
9) Al fluir una corriente eléctrica en un inductor, el campo magnético del inductor almacena energía eléctrica; escriba la expresión de energía describiendo los parámetros y unidades en la misma. R: La inductancia mide el valor de oposición de la bobina al paso de la corriente y se miden en Henrios (H), pudiendo encontrarse valores de MiliHenrios (mH). El valor depende de:
El número de espiras que tenga la bobina o inductor (a más vueltas mayor inductancia, o sea mayor valor en Henrios). El diámetro de las espiras (a mayor diámetro, mayor inductancia, o sea mayor valor en Henrios). La longitud del cable de que está hecha la bobina. El tipo de material de que esta hecho el núcleo, si es que lo tiene.
MATERIAL.
Una bobina de 1000 espiras
Dos bobinas de 250 espiras
Un núcleo de hierro en forma de “U”
Dos multímetros Cables de conexión
Un variac
Un osciloscopio Un Generador de funciones
Un potenciómetro 0-10,000
Una Inductancia de 17.2 [mHr] o v alor aproximado Una Interfaz y un sensor de voltaje
DESARROLLO
1. Arme el siguiente circuito:
2. Mida el voltaje en el primario en vac ío. 3. Mida el voltaje en el secundario e n vacío. 4. Ahora realizaremos un transformador tanto básico, reductor y elevador, con ayuda de bobinas de 250 espiras y de 1000 espiras. 5. Arme el siguiente circuito que se muestra en la siguiente figura:
RESULTADOS 1. Los resultados que obtuvimos se encuentra en la siguiente tabla: voltaje
circuito Primario En vacío
2.
18.62
Secundario 4.67
Los resultados obtenidos en cada una de las constantes de maxwell son:
Voltaje
Transformador N1
N2
V1
ἀ=N2/N1
Teórico
Experimental
Constante de maxwell 1
Constante de maxwell 2
Regulador
1000
1000
1
20.47
20.47
18.62
5.43259E-05 5.43259E-05
Reductor
1000
250
0.25
20.47
5.11
4.67
5.43259E-05 0.000217304
Elevador
250
1000
4
20.47
81.88
3. Los resultados obtenidos por medio de la interface son:
CONCLUSIONES
76.5 0.000217304 5.43259E-05
A partir de lo obtenido logramos identificar el voltaje tanto primario como secundario de un circuito, así como pudimos obtener cada una de las constantes de maxwell gracias a que pudimos medir tanto el voltaje, como la relación de transformación. En el circuito tuvimos pérdidas debido al calor desprendido y a que no es un sistema completamente aislado. Observando todo lo obtenido en los resultados podemos decir que los objetivos fueron cumplidos.
BIBLIOGRAFIA
Física Electromagnetismo y Materia Tomo II Feynman Edición 1972 Editorial Fondo Educativo Interamericano Fundamentos de Electricidad y Magnetismo Kip Edición 1982 Editorial McGraw Hill
