201424 30 trabajo colaborativo 3 electromagnetismo

8/13/2019 201424 30 Trabajo Colaborativo 3 Electromagnetismo

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ELECTROMAGNETISMO

TRABAJO COLABORATIVO N°3

JEYSSON FERNANDO PARDO GUASCOCÓDIGO: 1.024.492.243

GRUPO: 201424-30

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIACEAD MALAGA

NOVIEMBRE DEL 2013



INTRODUCCION

Se pretende aplicar herramientas y equipos necesarios para el estudio de las fuerzas

características de los imanes, los campos magnéticos y su interacción con el medio.Conceptualizar y entender la funcionalidad de corrientes eléctricas donde las cargas enmovimiento se comportan como imanes, es decir, producen campos magnéticos que han

permitido explicar el comportamiento de los imanes y principios básicos delelectromagnetismo.



“ INDUCCIÒN ELECTROMAGNÈTICA”

OBJETIVO.

Utilizando recursos del medio y mucha consulta y trabajo colaborativo, conocer ysocializar, cómo generar corriente eléctrica usando un imán.

COMPETENCIAS A DESARROLLAR

Comprender y socializar el concepto de inducción electromagnética. Valorar laconsulta permanente y el trabajo en equipo Estimular la creatividad y el uso demateriales del entorno para experimentar sin tener que realizar grandes inversioneseconómicas. Desarrollar la capacidad para encontrar relaciones permanentes entre elmaterial estudiado o sugerido y los principios de trabajo industriales.

CONCEPTOS BÀSICOS.

Por la época de 1831, el inquieto Faraday (uno de los grandes inventores de la humanidad) percibió que, cuando un conductor eléctrico se desplaza en un campo magnético, segenera o se induce en el sistema una corriente eléctrica. En las motos por ejemplo, lavolante es un imán y en el interior se tienen tres bobinas regularmente espaciadas; cuando elmotociclista prende su móvil las bobinas comienzan a girar a gran rapidez y entonces seinduce en ellas una corriente que sirve, por ejemplo, para prender la farola (gratis, nonecesita batería para ello). Después de repetir y de analizar la experiencia varias veces se

percibe que hay direcciones privilegiadas en las cuales no se genera corriente o algunas en

las cuales se genera un máximo valor. Este fenómeno de generación de corriente eléctricase denomina “inducción electromagnéti ca” y la corriente generada se conoce como“induci da”. Esta experiencia fue enriquecida significativamente con los aportes de Henry yde Lenz, quienes desde lugares muy lejanos entre sí, contribuyeron a sacar la ley que lleva

por nombre la “ley de inducción electromagnética de Henry-Faraday ” y que gobierna elmundo de la inducción. La corriente inducida se genera cuando se presenta unmovimiento relativo entre el conductor y el campo magnético; no importa cuál de los dos semueva. Las centrales hidroeléctricas generan electricidad usando este interesantefenómeno. La fuerza del agua mueve a gran velocidad unas turbinas alrededor de lascuales se tienen poderosos imanes. Esta energía eléctrica es transportada por cables a travésde las montañas y es conducida a las ciudades donde es utilizada según la necesidad

específica; residencias, empresas, industrias. En el experimento a realizar se dispone de unimán y de un conductor eléctrico y será el movimiento relativo entre los dos el quegenera una “corriente induci da”



MATERIALES

• Bobina con núcleo de aire y 50 espiras.

• Bobina con núcleo de aire y de 100 espiras.

• Dos imanes de barra

• Cables, conectores

• Galvanómetro con cero en el centro

• Bobina de una sola espira

PROCEDIMIENTO

1. Conectar la bobina de una sola espira al galvanómetro, como se ilustra en la figura. Introduzcauno de los imanes de barra a través de la bobina y comienza a generar con su mano y en el interioruna movimiento armónico simple. Observe cuidadosamente la aguja del galvanómetro y anote susobservaciones.

Observaciones

Con la bobina de núcleo de aire de 1 espira no se logró apreciar el movimiento de la aguja delgalvanómetro.



2. Conecte las terminales del galvanómetro a la bobina de 50 espiras. Introduzca el imán dentro de la bobina y repita cuidadosamente la experiencia anterior. Registre sus observaciones y vayasacando conclusiones.

Observaciones Con la bobina de núcleo de aire de 50 espiras, logramos observar un movimiento leve en la aguja delgalvanómetro.

3. Conecte las terminales del galvanómetro a la bobina de 100 espiras. Introduzca el imán dentro dela bobina y repita cuidadosamente la experiencia anterior. Registre sus observaciones y continúesacando conclusiones.

Observaciones

Con la bobina de núcleo de aire de 100 espiras, logramos observar el movimiento de la aguja delgalvanómetro. De lo cual podemos deducir que entre mayor número de espiras, en nuestra bobina denúcleo de aire se genera un campo eléctrico de mayor intensidad.



4. Repita la experiencia anterior invirtiendo la polaridad del imán de barra y si percibe cambiosanote con cuidado sus observaciones.

Observaciones

Al introducir un imán permanente por el interior de la bobina, con el polo norte hacia abajo, laaguja del galvanómetro se desvía hacia la derecha. Pero si invertimos la polaridad del imán eintroducimos su polo sur dentro de las espiras de la bobina, veremos que la aguja se desvía hacia el ladocontrario, debido a que el sentido del movimiento del flujo de electrones por el alambre de cobrecambia al invertirse la polaridad del imán.

5. Si el diámetro del núcleo se lo permite (en caso contrario rediseñe sus bobinas) una los doimanes de barra (para generar un imán más fuerte) e introduzca el sistema a la bobina de 100espiras. Observe el movimiento de la aguja del galvanómetro; ahora genere movimientoarmónicos simples y a diferentes frecuencias o velocidades y analice con cuidado emovimiento de la aguja del galvanómetro. Anote una a una sus observaciones y saque conclusiones significativas del proceso.

Observaciones

Al pasar un imán con un campo magnético de mayor intensidad, y al generar velocidadejerciendo movimiento sobre él, en el núcleo de aire de nuestra bobina de 100 espiras, podemosobservar que la aguja del galvanómetro se mueve con mayor rapidez.

Si dejamos de mover el imán no se producirá inducción magnética alguna y la aguja delgalvanómetro se detiene en “0” , indicando que tampoco hay flujo de corriente. Eso demuestra que paraque exista inducción magnética y se genere una fuerza electromotriz (FEM) o corriente eléctricaen el enrollado de una bobina, no sólo se precisa la existencia de un campo magnético, sino queéste se encuentre en movimiento, para lo cual será necesario que el imán se desplace continuamente porel interior del enrollado de la bobina.



6. Si el diámetro del núcleo se lo permite (en caso contrario rediseñe sus bobinas) una los doimanes de barra (para generar un imán más fuerte) e introduzca el sistema a la bobina de 100espiras. Observe el movimiento de la aguja del galvanómetro; ahora genere movimientosarmónicos simples y a diferentes frecuencias o velocidades y analice con cuidado emovimiento de la aguja del galvanómetro. Anote una a una sus observaciones y saqueconclusiones significativas del proceso.

Observaciones

Al pasar un imán con un campo magnético de mayor intensidad, y al generar velocidadejerciendo movimiento sobre él, en el núcleo de aire de nuestra bobina de 100 espiras, podemosobservar que la aguja del galvanómetro se mueve con mayor rapidez.

Si dejamos de mover el imán no se producirá inducción magnética alguna y la aguja delgalvanómetro se detiene en “0” , indicando que tampoco hay flujo de corriente. Eso demuestra que paraque exista inducción magnética y se genere una fuerza electromotriz (FEM) o corriente eléctricaen el enrollado de una bobina, no sólo se precisa la existencia de un campo magnético, sino queéste se encuentre en movimiento, para lo cual será necesario que el imán se desplace continuamente porel interior del enrollado de la bobina.



ANÀLISIS

1. Explique en lenguaje sencillo sus apreciaciones del movimiento generado en la agujacuando el imán se introduce en la bobina de una espira:

En la bobina de una espira con núcleo de aire no logramos apreciar el movimiento de laaguja ya que la bobina entre más número de espiras mayor es su inductancia.

2. Explique en lenguaje sencillo sus apreciaciones o implicaciones del movimiento generado enaguja del galvanómetro cuando el imán se introduce en cada una de las bobinas de 50 y 100 espiras.

Dependiendo de la polaridad del imán, la intensidad de su campo magnético, la velocidad de

movimiento ejercido sobre él a través del núcleo de aire de nuestra bobina y el número deespiras de nuestra bobina sea para cada caso 50 o 100 espiras, la aguja del galvanómetro se moverá omarcara con la velocidad según sea el caso.

3. Explique en lenguaje sencillo sus apreciaciones e implicaciones del movimiento generado enaguja cuando sistema de imanes se introduce en cada una de las bobinas y se mueve a diferentefrecuencias o velocidades:

Cuando movemos un imán permanente por el interior de las espiras de alambre de cobre de una bobina, se induce una fuerza electromotriz (FEM) o flujo de corriente eléctrica producida por el

campo magnético que movemos manualmente. Si la velocidad y la frecuencia ejercida ennuestro imán es mayor la aguja del galvanómetro marcara con mayor rapidez.

3.1 Finalmente dejar el sistema de imanes en reposo y mover a diferentes velocidades cada unde las bobinas alrededor del sistema de los imanes; sacar conclusiones de los registroconservados y proponer explicaciones razonables.

3.2 Tratar de buscar, consultar o sugerir una explicación al fenómeno siguiente:“ la aguja delgalvanómetro se desvía en una dirección cuando el imán se introduce en la bobina y en ldirección opuesta cuando el imán se saca”.

Un imán permanente y un núcleo de hierro dulce hacen que el campo magnético tenga un valoraproximadamente constante entre los polos y el núcleo. En este espacio hay una bobina rectangular cuyoshilos metálicos son siempre perpendiculares al campo radial, de forma que el ángulo efectivoentre A y B es siempre pi / 2. La bobina puede girar sobre un eje que pasa por su centro, y estáunida a una aguja que señala sobre una escala graduada en corriente. Un resorte helicoidal ejerce sobrela bobina un torque restaurador proporcional al desplazamiento angular desde la posición e equilibriocorrespondiente a corriente cero (donde la aguja marca el cero).



La figura uno es un diagrama del circuito de un capacitor, una batería, una resistencia, un voltímetro y unamperímetro, que no se muestra y que se conecta en serie para medir la intensidad de corriente. Laresistencia es un simple dispositivo que se opone al paso de corriente eléctrica. La corriente eléctricaen un periodo se mide en unidades llamadas amperes; 1 coulomb/segundo = 1 ampere. Cuando elinterruptor está abierto, como muestra la figura uno, no fluye corriente eléctrica de la batería. Sinembargo, cuando el interruptor está cerrado, la batería suministra energía eléctrica para mover lascargas positivas a una placa del capacitor y las cargas negativas a la otra. Se acumula carga en cadauna de las placas del capacitor, pero no fluye corriente a través de él puesto que el centro delcapacitor es de material aislante. A medida que la carga se acumula en el capacitor, aumenta ladiferencia de potencial entre las dos placas hasta alcanzar la misma diferencia de potencial que la

batería. En este punto, el sistema se encuentra en equilibrio y ya no fluye más carga eléctrica alcapacitor. La capacitancia se mide poniendo una cantidad específica de carga en un capacitor ymidiendo después la diferencia de potencial resultante. La capacitancia, C, se encuentra por medio de lasiguiente relación C = q/V, donde C es la capacitancia en faradios, q es la carga en columbios y V esla diferencia de potencial en volts. En este experimento, usted empleará un capacitor y medirá laintensidad de corriente que fluye hacia él en un periodo. Luego determinará la capacitancia del capacitor.

Informe

1. Arregle el circuito como muestra la figura uno. El amperímetro, el capacitor y la batería debenconectarse en el orden adecuado. Vea las marcas + y - en los componentes del circuito. La placa positivadel capacitor debe conectarse a la terminal positiva de la batería. Si las conexiones se invierten, elcapacitor puede dañarse. Las resistencias no tienen extremo + o+. Registre en la tabla 1 el voltaje de la batería y el valor del capacitor.



2. Con un compañero de práctica tomando el tiempo y otro leyendo y registrando los valores decorriente, encienda la fuente de poder y empiece a tomar las lecturas. En el instante que se enciende lafuente, circulará una gran corriente.Tome lectura de la corriente cada cinco segundos, el primer dato se toma 5 segundos después deencender la fuente, hasta que sea demasiado pequeña para medirla. Estime sus lecturas del amperímetrocon la mayor precisión posible.Registre las lecturas en la tabla 2.

3. apague la fuente de poder. Empleando una pieza de cable conecte ambos extremos del capacitor para descargarlo.

4. Reemplace la resistencia de 27k_ por la resistencia de 10k_

5. Repita los pasos 1 al 3 con el resistor de 10k_. Registre las lecturas en la tabla

6 Después de que se han tomado todas las lecturas, desmantele el circuito.Asegúrese de desconectar todos los cables de la fuente de poder.

VOLTAJE CAPACITANCIA RESISTENCIA 1 RESISTENCIA 2 12.4 998 26.4 K 9.6 K

Resistencia 1 Voltaje en C con R1

Resistencia 2 Voltaje en C con R2

Tiempo Corriente (mA) Corriente (mA) 0 0 0 0 0

5 0.38636364 10.20 0 7.9610 0.32954545 8.7 0.82916667 4.4515 0.28030303 7.4 0.46354167 3.120 0.23863636 6.3 0.32291667 2.125 0.20454545 5.4 0.21875 1.530 0.17424242 4.6 0.15625 1.1



35 0.14772727 3.9 0.11458333 0.840 0.125 3.3 0.08333333 0.645 0.10984848 2.9 0.0625 0.550 0.09469697 2.5 0.05208333 0.455 0.07954545 2.1 0.04166667 0.360 0.0719697 1.9 0.03125 0.2

65 0.06060606 1.6 0.02083333 0.2370 0.0530303 1.4 0.02395833 0.2075 0.04545455 1.2 0.02083333 0.1780 0.03787879 1.0 0.01770833 0.1485 0.03409091 0.9 0.01458333 0.1390 0.02651515 0.7 0.01354167 0.1295 0.02272727 0.6 0.0125 0.10100 0.01893939 0.5 0.01041667 0.10105 0.01969697 0.52 0.01041667 0.09110 0.01704545 0.45 0.009375 0.08

115 0.01515152 0.40 0.00833333 0.07120 0.01325758 0.35 0.00729167 0.07125 0.01174242 0.31 0.00729167 0.06130 0.01022727 0.27 0.00625 0.05

1. describa con sus palabras ¿Por qué la corriente inició en un valor máximo y descendióhasta cero mientras el capacitor se estaba cargando? Cuando el tiempo es igual a cero, el condensador está descargado, en el momento que empieza a correrel tiempo, el condensador comienza a cargarse ya que hay una corriente en el circuito. Cuando el

condensador se carga completamente, la corriente en el circuito es igual a cero.

2. Analice los datos obtenidos con las dos resistencias. Explique la función de la resistencia encircuito. Debido al espacio entre las placas del condensador, en el circuito no circula corriente, es por esoque se utiliza una resistencia. La resistencia actúa como oposición al paso de corriente.

Pregunta

Describa cómo a un circuito RC (un circuito que incluye una resistencia y un capacitor), capaz decargarse y descargarse a una rapidez específica y constante, podría dársele algún uso. Este sistema tiene

enormes aplicaciones; consultar.

Los circuitos RC se encuentran entre los más útiles, simples y robustos circuitos eléctricos pasivos, y juegan un rol integral en los dispositivos de uso tales como luces de tráfico, marcapasos y equipos deaudio. Mientras sus aplicaciones son numerosa variadas, son mayormente utilizados pos su capacidadde filtrar señales y su sorprendente precisión.



NATURALEZA DEL MAGNETISMO

Objetivo General• Explorar la forma, dirección e interacción de los campos magnéticos.

Objetivos Específicos

• Conocer los polos magnéticos de un imán• Estudiar las líneas de campo de en un imán• Estudiar el comportamiento de los imanes con otros materiales metálicos• Estudiar la inducción magnética

Materiales• Imanes.• Papel Bond.• C lips.• Brújula Magnética.• C lavo de Hierro.• Limaduras de Hierro.

Repaso de conceptos.

Aunque muchas sustancias poseen ligeras propiedades magnéticas, sólo el hierro, cobalto y níquel, ysus aleaciones, forman poderosos imanes permanentes. Las aleaciones de hierro se magnetizan confacilidad, lo que no sucede con las de cobalto o níquel. Los imanes formados a partir de estas sustanciaso de sus aleaciones son capaces de atraer o repeler otros imanes, tanto en su cercanía como a ciertadistancia. Si un objeto contiene Fe, Co o Ni y un imán se acerca a él, el imán inducirá magnetismo en elobjeto y después interactuará con él. En consecuencia, un imán puede atraer a un clavo que al principiono era un imán.El concepto de un campo de fuerza se emplea para describir la fuerza que un cuerpo ejerce sobreotro a cierta distancia. Al igual que la fuerza gravitacional y eléctrica pueden explicarse mediante loscampos gravitacional y eléctrico, las fuerzas magnéticas pueden explicarse en términos del campomagnético alrededor de un imán.Una brújula es un pequeño imán que tiene la libertad de girar un eje en un plano horizontal. El extremodel imán que apunta hacia el norte recibe el nombre de polo norte (N). El extremo opuesto del imán sellama polo sur (S). La dirección de las líneas del campo magnético se define como la dirección a la cualapunta el polo norte de una brújula cuando se pone en un campo magnético.

Procedimiento

1. Experimento A. Tipos de PolosSostenga una brújula y deje que la aguja quede en reposo. Para verificar que apunta hacia el norte,coloque la brújula sobre la mesa; luego tome uno de los imanes de barra y acerque el polo norte a la

brújula. El imán debe provocar la desviación de la aguja de modo que el polo sur de la mismaapunte hacia el polo norte del imán. Verifique que ambos tengan la orientación polar correcta.Si el polo norte de un imán de barra atrae al polo norte de una brújula, tal vez el imán esté magnetizadode manera incorrecta. Si ambos imanes tienen la orientación correcta, proceda entonces con elexperimento.



Brújula apuntado hacia el norte

Imán con su polo sur, atrae la punta del norte de labrújula.

Imán con su polo norte, atrae la punta del sur de labrújula.

2. Experimento B. Líneas de Campo Magnético1. Coloque el imán de barra sobre la mesa y cúbralo con una hoja de papel.Distribuya suave y uniformemente limaduras de hierro sobre el papel.Golpee ligeramente el papel con su dedo varias veces hasta que las limaduras formen un patrón decampo. Las limaduras por sí solas se han alineado con el campo magnético.



2. Dibuje el patrón de campo de las limaduras de hierro en torno al imán.

3. Experimento C. Líneas de Campo Magnético entre Polos1. Coloque ambos imanes sobre la mesa con el polo norte de uno de ellos aproximadamente a 4 cm del

polo norte del otro. Ponga el pedazo de papel sobre los imanes. Distribuya suavemente sobre él algunaslimaduras de hierro. Golpee ligeramente el papel varias veces hasta que las limaduras de hierro formen

líneas definidas. Dibuje el patrón de campo de las líneas de campo magnético, mostrando la orientación polar de los dos imanes.

2. Repita el paso 1 colocando el polo S de un imán frente al polo N del otro.



Observaciones La estructura de las líneas de fuerza creadas por un imán o por cualquier objeto que genere uncampo magnético puede visualizarse utilizando una brújula o limaduras de hierro.

5. Experimento E. Propiedades de la Piedra Imán1. Acerque un imán a los clips. Registre sus observaciones.

2. Acerque una brújula al imán y muévala alrededor de él. Registre sus observaciones.



Análisis

1. En qué puntos en el campo magnético de un imán se concentran más las líneas de campmagnético. En los extremos del imán, donde las líneas de fuerza están más próximas, el campo magnético esmás intenso; en los lados del imán, donde las líneas de fuerza están más separadas, el campo magnético

es más débil.

2. Describa las líneas de campo magnético entre dos polos iguales. Al enfrentar polos semejantes, aunque conservan la disposición radial desde cada uno, divergenalrededor de la recta de unión porque la repulsión entre polos semejantes impide que se unan las líneasdel campo.

3. Describa las líneas de campo magnético entre dos polos diferentes. Como observamos en nuestra práctica cuando enfrentamos polos opuestos las líneas del campo entranen uno y salen del otro, con lo que adquieren un trazo continuo adoptando una disposición radial desdecada polo, y uniéndose ambos polos por trazos continuos de limaduras alrededor de la recta que los une

.4. Describa la orientación de la aguja de una brújula con respecto a los polos en el campomagnético de un imán de barra. Los imanes tienden a orientarse siguiendo las líneas de campo magnético. Por tanto, una brújula,que es un pequeño imán que puede rotar libremente, se orientará en la dirección de las líneas. Marcandola dirección que señala la brújula al colocarla en diferentes puntos alrededor de la fuente del campomagnético.

5. Resuma las propiedades de un imán.Los imanes atraen algunas sustancias llamadassustancias magnéticas como el acero y el hierro en cambio no atraen a otras como la arena el cobre yla madera. Los imanes tiene dos polos llamados norte y sur los polos del mismo nombre se repelen

y de distinto se atraen. Si se aproxima una varilla de hierro a un imán se induce y adquiere propiedades magnéticas. Con el calor se pierden las propiedades magnéticas. La fuerza ejercida porun polo magnético sobre otro varía de forma inversamente proporcional al cuadrado de la distanciaentre ellos.Según su forma y su fuerza magnética, los distintos tipos de imán producen diferentes esquemas delíneas de fuerza.

6. Cuando un clavo de hierro se une a un imán, ¿cómo es el tipo de polo en el extremo libre ecomparación con el tipo de polo del extremo del imán en el cual se efectuó la unión? El tipo de polo que mantiene el clavo depende de la ubicación o en el polo del imán en donde seencuentre ubicado

7. ¿Qué conclusiones y observaciones tiene usted sobre este laboratorio? Podemos deducir mediante la práctica el esquema de líneas de fuerza. Igualmente, si se agitanlimaduras de hierro sobre una hoja de papel por encima de un objeto que crea un campo magnético, laslimaduras se orientan siguiendo las líneas de fuerza y permiten así visualizar su estructura.Observamos cómo y cuáles pueden ser las funcionalidades de un circuito RC. Las líneas de campomagnético en un imán se extienden en el espacio, partiendo del polo norte del imán hacia el polo sur.Cuando más cercanas sean las líneas de fuerza y sea mayor el número de ellas, más intenso será elcampo magnético.

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