guia 201424 laboratorio electromagnetismo

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: CODIGO – NOMBRE DEL CURSO

“UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA”

ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA

GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO

201424 – ELECTROMAGNETISMO

Fuan Evangelista Gómez Rendón

(Director nacional)

Wilmer Angel Benavides

(Acreditador)

Medellín

Junio 21 de 2009


ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO

La presente guía para el componente práctico de “Electromagnetismo” fue

diseñada y desarrollada en el año 2010 por Fuan Evangelista Gómez Rendón

(Beremís), tutor de tiempo completo de la fortalecida, reconocida y amada UNAD,

y quien está ubicado en el CEAD de Occidente (Medellín).

El autor es “físico puro”, “especialista en Ciencias electrónica e

informáticas” y “especialista en diseño de ambientes de aprendizaje”. Se ha

desempeñado como tutor de la UNAD desde el segundo semestre de 2005 hasta

la fecha (semestre 2 de 2010) y ha sido catedrático de prestigiosas universidades

del medio: Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid, Institución Universitaria

de Envigado, Universidad de Antioquia, Tecnológico de Antioquia, Universidad

Minuto de Dios, Universidad de La Salle y tiene un grupo de investigación

registrado en Colciencias que se denomina “Ciencia y tecnología con Don Fuan”.

La presente guía es la primera actualización que se realiza y ha sido

desarrollada por el “Físico puro” y “Especialista en Ciencias Electrónicas e

Informática” de la Universidad de Antioquia (Medellín), Fuan Evangelista Gómez

Rendón. El autor tomó algunas referencias del módulo de “Electromagnetismo”,

del cual también es director nacional y el cual fue escrito y diseñado por el

ingeniero Carlos Jaimes (ese material también ha sido actualizado por Fuan

Evangelista en el 2010). El autor espera mejorar y actualizar este material de

estudio en el 2010 y para ello espera sus aportes. Felicidades.


INTRODUCCIÓN

La presente guía para el componente práctico de “Electromagnetismo” está dirigida y motivada para estudiantes de programas de pregrado (en las áreas de electrónica y de telecomunicaciones) que oferta la UNAD, bajo la modalidad de educación superior abierta y a distancia. El material está estructurado en tres (3) clases de prácticas (por unidad) que son las temáticas macro del curso académico. El contenido de cada una de las partes fue seleccionado, teniendo en cuenta los saberes mínimos que se esperaría debe alcanzar un estudiante de la UNAD (Universidad Nacional Abierta y a Distancia) al término de su viaje por el interesante curso de “Electromagnetismo”. La propuesta permite que los estudiantes reconozcan los conocimientos mínimos del curso en mención, que les permita resolver situaciones propias del mismo y además, abordar posteriores temáticas que requieran de éstos conocimientos.

Los ingenieros o tecnólogos electricistas, electrónicos o de telecomunicaciones,

además de un sólido soporte matemático deben tener una gran capacidad y una

buena actitud para interpretar adecuadamente los principios que regulan los

campos electromagnéticos. Conocer, estudiar, investigar, analizar, socializar, el

comportamiento de estos campos es divertido, maravilloso, interesante,

cautivador, porque pueden explicar una buena cantidad de fenómenos cotidianos

que la física clásica y muy especialmente los trabajos del cerebral Maxwell,

permiten comprender, como por ejemplo, análisis de campos eléctricos o

magnéticos, sus relaciones íntimas entre sí y el fenómeno fundamental y de gran

aplicación que es la inducción electromagnética.

Cada uno de estos fenómenos puede jugar con campos eléctricos o magnéticos

que varíen con el tiempo (tienen frecuencia) y los cuales son responsables de

muchos fenómenos y aplicaciones bien sean residenciales o industriales. Todos

esos comportamientos o manifestaciones son gobernados o explicados

plenamente por las inmortales y especiales “ecuaciones e Maxwell”.

El estudio de los “campos electromagnéticos” nos conduce a cambios profundos y

significativos en nuestra comprensión de la naturaleza. Es un curso que se

caracteriza por manejar los campos eléctricos o magnéticos y sus relaciones

íntimas entre sí y tratar de socializar algunas de sus sutiles estructuras.


Parámetros o variables como carga eléctrica, “permeabilidad magnética”,

“permisidad eléctrica”, campo eléctrico, campo magnético, estática, radiación,

líneas de fuerza o de campo, acciones a distancia, potenciales o voltajes, fuerza

electromotriz, ondas electromagnéticas, motores, represas, inducción

electromagnética, forman parte del vocabulario cotidiano de muchos técnicos,

tecnólogos o ingenieros, que hacen sencilla, agradable, necesaria la vida y elevan

su calidad todos los días en todos los lugares del universo..

Finalmente, el material pretende servir como realimentación del aprendizaje autónomo y se recomienda apoyar este proceso por medio de lecturas especializadas, ayudas audiovisuales, visitas a sitios Web o la realización de algunas prácticas significativas (complementarias a las presentadas en este manual), para lograr una efectiva comprensión, interiorización y aplicación de las temáticas estudiadas en el desarrollo del curso de “Electromagnetismo”.


5. CARACTERÍSTICAS GENERALES

Introducción

Las prácticas de “Electromagnetismo”

buscan introducir o realimentar a nuestros

estudiantes en el tema de la medición y de

la inmensa aplicación que poseen los

campos electromagnéticos para la solución

de problemas de la vida cotidiana.

Igualmente a través de los trabajos del

componente práctico se busca que el

estudiante desarrolle, afiance, realimente,

las competencias básicas adquiridas a lo

largo del desarrollo del curso.

Justificación

El componente práctico es el complemento

fundamental para la apropiación de los

conceptos entregados en el curso y

adicionalmente permite que el estudiante

se relacione de manera activa y controlada

con problemas concretos semejantes a los

que enfrenta en su cotidianidad

Intencionalidades formativas

Propósito: Lograr que el estudiante

afiance las competencias adquiridas en el

curso a través de la aplicación de ellas en

situaciones concretas o simuladas.

Objetivos:

Afianzar los conceptos teóricos

adquiridos en el curso.

Desarrollar competencias laborales,

técnicas, científicas, tecnológicas, en

el uso de componentes reales

Desarrollar capacidad de uso y

control de software de simulación y

sus restricciones en la práctica.

Aprender el uso de instrumentos de


montaje y de medida

Metas

Desarrollar habilidad para resolver

problema reales y para manipular

componentes eléctricos y medidores

Competencias

Aplicar conceptos teóricos para la

solución de problemas reales

Capacidad de comprensión de los

alcances de la teoría

Habilidad en el uso de instrumentos

de medición y de montaje

Denominación de prácticas

Prácticas 1:

Instrumentos de medida y aparatos

eléctricos

Resistencias en paralelo

Prácticas 2:

Campo magnético creado por una

alambre recto

Campo magnético creado por una

bobina

Prácticas 3:

Inducción electromagnética

Naturaleza del magnetismo

Número de horas 8

Porcentaje 30%

Curso Evaluado por proyecto SI___ NO X

Seguridad industrial


DESCRIPCIÓN DE PRÁCTICAS

PRÁCTICAS 1

Tipo de práctica

Presencial X Autodirigida X Remota

Otra ¿Cuál

Porcentaje de evaluación 10%

Horas de la práctica 2

Temáticas de la práctica Medidores eléctricos o electrónicos



Propósito:

La práctica busca que el estudiante reconozca los instrumentos de medida mas utilizados en la electronica o en la electricidad.

Objetivos:

Conocer las funciones de los botones,

conmutadores y terminales de los

instrumentos de medida más utilizados en la

electrónica, y utilizarlos correctamente.

Medir la corriente y el voltaje para determinar la resistencia equivalente de resistencias conectadas en paralelo y analizar las leyes de Kirchhoff.

Meta: aplicar los conceptos teóricos de campo

eléctrico para resolver un problema práctico

Competencia:

Aplicar conceptos teóricos para la solución de

problemas reales

Capacidad de comprensión de los alcances

de la teoría

Habilidad en el uso de instrumentos de la

electricidad y la electrónica


Fundamentación Teórica:


Cuando las resistencias se conectan en paralelo, cada una de ellas proporciona una trayectoria para que la corriente circule y, por lo tanto, reduce la resistencia equivalente para la corriente. En los circuitos en paralelo, cada elemento del circuito tiene la misma diferencia de potencial aplicada.

En este experimento, usted tomará numerosas lecturas de la corriente y el voltaje

con resistencias en paralelo y aplicará la ley de Ohm para verificar sus resultados.

Descripción de la practica:

Es una práctica dirigida a realimentar los conceptos de las conexiones en paralelo

y a estimular bien sea la simulación de circuitos o simplemente su armado.

Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos)

Instrumentos de medida y aparatos eléctricos:

Fuente de Corriente Directa.

Osciloscopio.

Multímetro.

Generador de Señales.

Punta de Osciloscopio.

Puntas de Fuente.

Punta de Generador.

Resistencias en paralelo:

Fuente de poder CC, cables de conexión, amperímetro, 3 resistencias, en el intervalo de 100 a 1000Ω, voltímetro y amperímetro

Software a utilizar en la práctica u otro tipo de requerimiento para el

desarrollo de la práctica

Se pueden simular y se recomienda saber hacerlo: circuitos, medidores y realizar

la práctica en Circuits maker, Spice

Seguridad Industrial

Metodología Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica. Aunque la mejor sugerencia es que cada persona haya realizado en su casa, taller o empresa mucho del componente práctico para cada una de las actividades de laboratorio.

Forma de trabajo: si el estudiante asiste a la práctica de laboratorio la realiza en


ella en grupitos de a tres o de cuatro personas y según disponibilidad de recursos como mesas de laboratorio, medidores, boards. Si la realiza por simulación no hay limitantes y se aceptan todos los toques personales que el observador desee. Procedimiento:

Instrumentos de medida y aparatos eléctricos:

1. Con la Fuente de Voltaje. Con la ayuda del Multímetro en posición de voltaje continuo (VDC) y en la escala

más alta que tenga el dispositivo, vamos a realizar las siguientes mediciones:

a. Coloque las perillas (VADJ y Fine) hasta la posición de cero, prenda

la fuente, coloque en los terminales de salida de la fuente el

multímetro para hacer la medición.

b. Mueva la perilla (Fine) hasta la mitad y escriba su efecto mirando la

pantalla del multímetro.

c. Rote la perilla (VADJ) despacio hasta que llegue al final de su

recorrido, anote el valor máximo que puede entregar la fuente.

d. Coloque el multímetro en medición de voltaje alterno (VAC) y en la

escala más alta del medidor, vamos a realizar la medición del

voltaje del toma de corriente.

2. Con el Generador de Señales y el Osciloscopio.

a. Seleccione una frecuencia de 100hz en la escala de frecuencia del

generador, el conmutador de rango del voltaje póngalo en (HIGHT);

con el conmutador de forma de la onda WAVEFORM seleccione

una señal seno. Conecte el generador al osciloscopio calibrado

utilizando el canal 1 (CH1), luego prenda el generador.

b. Como el generador suministra una onda seno, medir por medio del

multímetro el voltaje que tenga a su salida; este voltaje se debe

medir en la escala de AC.

c. Con el osciloscopio medir el voltaje (Amplitud) y el periodo de la

señal

d. Aumente la amplitud de la señal que proporciona el generador y


repita el paso (c)

e. Seleccione en el generador una onda cuadrada y repita el paso (d)

f. Repita el anterior punto con las siguientes frecuencias: Anote los datos encontrados:

1. F: 250Hz 2. F: 1000Hz 3. F: 1520Hz 4. F: 4700Hz 5. F: 60000Hz 6. F: 1000000Hz

Resistencia en paralelo

A. Con una resistencia

1. Arme el circuito como se muestra en la figura 1(a), utilizando una de las resistencias. Ajuste la fuente de poder a un voltaje de referencia en el voltímetro, por ejemplo 3.0 V. Lea el valor de la corriente en el amperímetro. Permita el paso de la corriente desde la fuente y registre sus lecturas en la tabla 1.

B. Con dos resistencias

1. Arme el circuito como indica la figura 1(b) añadiendo una segunda resistencia. Ajuste la fuente de poder según se requiera para mantener la misma lectura de voltaje que en la parte A. Lea el valor de la corriente en el amperímetro. Anote sus lecturas en la tabla 2.

2. Ubique en otro sitio a los medidores para obtener las lecturas requeridas de la corriente y el voltaje. Registre los valores en la tabla 2.

C. Con tres resistencias

1. Arme el circuito como muestra la figura 1(c) añadiendo la tercera resistencia. Ajuste la fuente de poder y lea los medidores. Anote las lecturas en la tabla 3.

2. Cambie de lugar los medidores según sea necesario para obtener todas las

lecturas requeridas.

Sistema de evaluación

Se tienen programadas tres sesiones (que corresponden a tres trabajos

colaborativos) y que se denominan prácticas I, prácticas II, prácticas III. Cada una


de ellas contiene varias experiencias y el evaluador debe entregar una nota por

cada conjunto de prácticas. El director recibe desde cada CEAD y por cada

estudiante tres notas y el promedio de ellas y los respectivos comentarios que

sirven para realimentar a cada persona. Cada estudiante y de manera individual

sube a cada foro los informes de sus tres prácticas (ojalá después de que su tutor

de laboratorios en su CEAD lo haya asesorado, recibido informes y evaluado de

manera directa). El foro de interacción se utiliza como elemento dinamizador de

las experiencias para que intercambien material, explicaciones, acciones, formas.

El Director de “Electromagnetismo” finalmente revisa los trabajos individuales de

cada estudiante en cada foro y sube la nota definitiva en cada uno de ellos con

los respectivos comentarios y apoyado en los informes del tutor del CEAD

respectivo y en los aportes individuales subidos a los foros.

Informe o producto a entregar

Se entrega un informe individual de laboratorio por cada experiencia realizada (en

esta sesión se tienen dos experiencias) y se organizan con la portada “Informes

de las prácticas I”, que se montan en el foro uno como soporte, como evidencia

y como respaldo para su evaluación final.

Realimentación

Este proceso comienza desde la realización de la experiencia y continúa con la

primera revisión que se hace en cada CEAD por parte del tutor que orienta las

prácticas. Se termina cuando el director del curso sube en el foro uno la nota final


RÚBRICA DE EVALUACIÓN

Item Evaluado Valoración Baja Valoración Media Valoración Alta Máximo

Puntaje

Participación

individual del

estudiante en las

prácticas de

laboratorio.

El estudiante No

participó del trabajo de

prácticas de

laboratorios.

(Puntos = 0)

El estudiante participó del trabajo

de laboratorio en el respectivo

Cead pero sus aportaciones no son

pertinentes al trabajo solicitado

(Puntos = 5)

El estudiante participó de

manera pertinente con la

actividad de laboratorio,

sustentando las prácticas

realizadas. (Puntos = 10)

10

Estructura del

informe.

El estudiante no tuvo

en cuenta las normas

básicas para

construcción de

informes (Puntos = 0)

Aunque el documento presenta una

estructura base, la misma carece de

algunos elementos del cuerpo

solicitado. (Puntos = 8)

El documento presenta

una excelente estructura

(Puntos =1 5) 15

Redacción y

ortografía


deficiencias en

redacción y errores

ortográficos

(Puntos = 0)

No hay errores de ortografía y el

documento presenta una mediana

articulación de las ideas y la

estructura de los párrafos

(Puntos = 3)

La redacción es excelente,

las ideas están

correlacionadas, y el

cuerpo del texto es

coherente en su totalidad

(Puntos =5)

5

Fines del trabajo

El documento no da

respuesta a los

lineamientos de la

actividad propuesta

(Puntos = 0)

Aunque se trata la temática

propuesta, el cuerpo del documento

no soluciona de manera adecuada la

situación planteada, las

conclusiones no son las adecuadas

al texto del documento

(Puntos = 5)

Se cumplió con los

objetivos del trabajo de

manera satisfactoria.

(Puntos = 10) 10

Referencias

Se maneja de manera

inadecuada el uso de

citas y referencias

(Puntos = 0)

Aunque presenta referencias, estas

no se articulan adecuadamente con

el trabajo

(Puntos = 3)

El manejo de citas y

referencias es satisfactorio

(Puntos = 5) 5

Autoevaluación

El estudiante no realizó

autoevaluación

(Puntos = 0)

Hizo una excelente

autoevaluación de acuerdo

a lo reflejado en la

presentación de las

actividades (Puntos = 5)

5

TOTAL DE PUNTOS POSIBLES 50

NOTA ACLARATORIA: El tutor que dirige la práctica en el respectivo CEAD

debe calificar las experiencias de laboratorio según esta rúbrica,

Por favor enviar el informe al Director del curso de “Electromagnetismo”

con la certificación correspondiente. La nota se cargará en el campus si y sólo

si está certificada y el estudiante sube el informe final a la plataforma.


PRÁCTICAS 2

Tipo de práctica



Horas de la practica 3

Temáticas de la práctica Principios del electromagnetismo

Campo magnético creado por alambre recto

Intensidad del campo magnético

Campo magnético creado por una bobina


Propósito:

Conocer y socializar los principios basico del

campo magnético y su estrecha relación con

el campo magnético.

Objetivos:

Utilizando recursos del medio y mucha

consulta y trabajo colaborativo, conocer y

socializar conceptos básicos.

Metas: socializar los alcances teóricos y practicos

que regulan el comportamiento de los campos y

sistemas electromagnéticos


Competencias:

Comprender y socializar el concepto de campo magnético.

Construir las líneas de campo magnético de algunas distribuciones.

Valorar la consulta permanente y el trabajo en equipo.

Estimular la creatividad y el uso de materiales del entorno para experimentar sin tener que realizar grandes inversiones económicas.

Desarrollar la capacidad para encontrar relaciones permanentes entre el material estudiado o sugerido y los principios de trabajo industriales.

Fundamentación Teórica

Experimentando con corrientes eléctricas que se transportaban en diversos alambres, Christian Oersted percibió que la aguja de una brújula se desviaba cuando se acercaba al conductor eléctrico. Este sencillo pero profundo experimento mostraba la relación íntima entre el campo eléctrico y el campo magnético y desde ese instante la humanidad comenzó a escuchar el término “electromagnetismo”. Esta deflexión sugiere la existencia de un campo magnético en el lugar. De igual manera, la dirección del campo magnético puede determinarse usando la regla de la mano derecha: si el pulgar derecho apunta en dirección de la corriente, los dedos apuntan en la dirección del campo magnético

Si cogemos un pedazo de alambre y formamos con él una espira (un camino cerrado para la corriente) y además permitimos que una corriente eléctrica circule por ella, aparece un campo magnético alrededor de la espira. Un electroimán puede formarse enrollando un alambre aislado (con laca o con caucho) que conduce corriente eléctrica alrededor de un núcleo de hierro dulce.

El alambre enrollado al hierro varias veces forma una bobina. La bobina genera un campo magnético como el de un imán permanente. Una bobina de alambre enrollado alrededor de un núcleo con material ferro-magnético se llama solenoide. Las líneas de campo magnético en torno a los devanados de alambre son conectadas por el núcleo: el resultado es un gran imán.

Descripción de la práctica


Es una experiencia para socializar o realimentar los conceptos de campo magnético i ir encontrando las relaciones íntimas con el campo eléctrico.

Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos)

Brújula, limaduras de hierro y clips.

Papel Block y un pedazo de cartón

Fuente de poder de corriente directa.

Soporte Universal.

Multímetro.

Alambre de Calibre 14, un metro

Software a utilizar en la práctica

Metodología Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica. Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica. Aunque la mejor sugerencia es que cada persona haya realizado en su casa, taller o empresa mucho del componente práctico para cada una de las actividades de laboratorio. Forma de trabajo: si el estudiante asiste a la práctica de laboratorio la realiza en ella en grupitos de a tres o de cuatro personas y según disponibilidad de recursos como mesas de laboratorio, medidores, boards. Si la realiza por simulación no hay limitantes y se aceptan todos los toques personales que el observador desee. Procedimiento:

Experimento A. Campo magnético alrededor de un alambre recto y largo.

1. Coloque el cartón en el borde de una mesa de laboratorio. Atraviéselo con el cable de manera que pase perpendicularmente por un agujero en el centro del cartón, como muestra la figura. Ponga el soporte de tal forma que el alambre pueda enrollarse en las pinzas y baje por el soporte hasta el amperímetro, después conéctelo a la terminal positiva de la fuente de poder. La parte del alambre que se encuentra debajo del cartón debe continuar verticalmente por lo menos 10cm (0.1m) antes de prolongarse por la mesa hasta la terminal negativa de la fuente de poder. Verifique la polaridad apropiada de la fuente de poder y del amperímetro cuando conecte los alambres.

2. Active la fuente de poder y genere una corriente de 200mA (0.2A). Coloque la brújula al lado del alambre. Debe tenerse mucho cuidado con esta experiencia puesto que el alambre puede recalentarse si se deja la corriente circulando por mucho rato. Desplace la brújula lentamente alrededor del alambre para trazar el campo magnético. Registre sus observaciones y haga


un dibujo del campo magnético generado alrededor del alambre.

3. Invierta las conexiones de la fuente de poder de modo que la corriente circule en dirección opuesta. Accione la fuente de poder y dibuje ahora la dirección del campo magnético alrededor del alambre, empleando la brújula. Registra tus observaciones y has un dibujo del campo magnético alrededor del alambre

Experimento B. Intensidad del campo magnético.

1. Coloque sobre el cartón atravesado por el alambre un pedazo de papel que tenga una abertura y un agujero. Distribuya aleatoriamente algunas limaduras de hierro sobre el papel y alrededor del alambre y active la fuente de poder para que genere una corriente eléctrica de 150 mA (miliamperios).

2. Golpear suavemente el papel varias veces e interrumpa la corriente. Describa en lenguaje sencillo lo que está observando.

3. Golpear ahora el papel con la intención formativa de desarreglar las limaduras. Active la fuente y genere 100 mA. Golpear el papel y anote observaciones.

Experimento C. El Campo magnético generado por una bobina.

1. Consiga alambre con laca o encauchetado (para evitar cortos eléctricos entre espiras) y enróllelo cuidadosamente alrededor de un núcleo (un pedazo de varilla de hierro o de acero) y pele intencionalmente las puntas del dispositivo (acabas de realizar una bobina conocida como un solenoide)

2. Conecte las dos puntas peladas de la bobina a la fuente de poder. Genere una corriente de 100mA (se puede colocar una resistencia de protección entre la fuente y la bobina para evitar calentamientos o cortos eléctricos).

3. Acerque la bobina a un conjunto de clips colocados aleatoriamente y analice cuántos son capturados por el dispositivo. Apaga la fuente y anota tus observaciones. Actívale nuevamente y describe lo que percibes; estás experimentando con un electroimán (consulta sobre este término).


4. Quita intencionalmente el núcleo (la barrita donde enrollaste el alambre) y

repite la experiencia anterior. Trata de sacar interesantes conclusiones.

5. Trata de determine la polaridad del electroimán generando una corriente en la fuente de poder y pasando una brújula varias veces por la bobina.

Sistema de evaluación

Se tienen programadas tres sesiones (que corresponden a tres trabajos

colaborativos) y que se denominan prácticas I, prácticas II, prácticas III. Cada una

de ellas contiene varias experiencias y el evaluador debe entregar una nota por

cada conjunto de prácticas. El director recibe desde cada CEAD y por cada

estudiante tres notas y el promedio de ellas y los respectivos comentarios que

sirven para realimentar a cada persona. Cada estudiante y de manera individual

sube a cada foro los informes de sus tres prácticas (ojalá después de que su tutor

de laboratorios en su CEAD lo haya asesorado, recibido informes y evaluado de

manera directa). El foro de interacción se utiliza como elemento dinamizador de

las experiencias para que intercambien material, explicaciones, acciones, formas.

El Director de “Electromagnetismo” finalmente revisa los trabajos individuales de

cada estudiante en cada foro y sube la nota definitiva en cada uno de ellos con

los respectivos comentarios y apoyado en los informes del tutor del CEAD

respectivo y en los aportes individuales subidos a los foros.

Informe o productos a entregar

Se entrega un informe individual de laboratorio por cada experiencia realizada

(son tres experiencias en esta sesión) y se organizan adecuadamente con la

portada “Informes de las prácticas II”, que se montan en el foro dos como

soporte, como evidencia y como respaldo para su evaluación final.

Realimentación



prácticas. Se termina cuando el director del curso sube en el foro dos la nota final,




Puntaje

Participación

individual del

estudiante en las

prácticas de

laboratorio.

El estudiante No

participó de l trabajo de

prácticas de

laboratorios.

(Puntos = 0)





(Puntos = 5)






10

Estructura del

informe.



básicas para

construcción de








(Puntos =1 5) 15

Redacción y

ortografía


deficiencias en


ortográficos

(Puntos = 0)





(Puntos = 3)


las ideas están


cuerpo del texto es


(Puntos =5)

5

Fines del trabajo

El documento no da

respuesta a los

lineamientos de la

actividad propuesta

(Puntos = 0)







(Puntos = 5)

Se cumplió con los



(Puntos = 10) 10

Referencias

Se maneja de manera


citas y referencias

(Puntos = 0)



el trabajo

(Puntos = 3)



(Puntos = 5) 5

Autoevaluación


autoevaluación

(Puntos = 0)

Hizo una excelente





5








PRÁCTICAS 3

Tipo de práctica



Horas de la practica 3

Temáticas de la práctica Inducción electromagnética

Naturaleza del magnetismo

Propósito:

Utilizar recursos del medio para generar

corriente eléctrica.

Objetivos:

Consultar, conocer y socializar como generar

corriente electrica utilizando un imán.

Investigar la relación entre el flujo de carga

eléctrica y el tiempo que tarda en

almacenarse energía eléctrica en forma de

campo en una región adecuada, un capacitor.

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

Metas:

Competencias:

Comprender y socializar el concepto de campo magnético.

Construir las líneas de campo magnético de algunas distribuciones.

Valorar la consulta permanente y el trabajo en


equipo.

Estimular la creatividad y el uso de materiales del entorno para experimentar sin tener que realizar grandes inversiones económicas.

Desarrollar la capacidad para encontrar relaciones permanentes entre el material estudiado o sugerido y los principios de trabajo industriales.

Fundamentación Teórica

Inducción electromagnética:

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, se genera o se induce en el sistema una corriente eléctrica. En las motos por ejemplo, la volante es un imán y en el interior se tienen tres bobinas regularmente espaciadas; cuando el motociclista prende su móvil las bobinas comienzan a girar a gran rapidez y entonces se induce en ellas una corriente que sirve, por ejemplo, para prender la farola (gratis, no necesita 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 eléctrica se denomina “inducción electromagnética” y la corriente generada se conoce como “inducida”. Esta experiencia fue enriquecida significativamente con los aportes de Henry y de 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 el mundo de la inducción.

La corriente inducida se genera cuando se presenta un movimiento relativo entre el conductor y el campo magnético; no importa cuál de los dos se mueva. Las centrales hidroeléctricas generan electricidad usando este interesante fenómeno. La fuerza del agua mueve a gran velocidad unas turbinas alrededor de las cuales se tienen poderosos imanes. Esta energía eléctrica es transportada por cables a través de 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 un imán y de un conductor eléctrico y será el movimiento relativo entre los dos el que genera una “corriente inducida”.


El capacitor:

El capacitor es un dispositivo que almacena carga eléctrica. Una forma antigua de

un capacitor es el recipiente de Leyden,. Los capacitores están integrados por

dos placas conductoras separadas por aire u otro material aislante, conocido

como dieléctrico. La capacitancia, o capacidad de un capacitor, depende de la

naturaleza del material dieléctrico, el área de las placas y la distancia entre ellas.

La resistencia eléctrica es un simple dispositivo que se opone al paso de corriente

eléctrica. La corriente eléctrica en un periodo se mide en unidades llamadas

amperios; 1 coulomb / segundo = 1 amperio. Cuando el interruptor está abierto,

no fluye corriente eléctrica de la batería. Sin embargo, cuando el interruptor está

cerrado, la batería suministra energía eléctrica para mover las cargas positivas a

una placa del capacitor y las cargas negativas a la otra. Se acumula carga en

cada una de las placas del capacitor, pero no fluye corriente a través de él puesto

que el centro del capacitor es de material aislante. A medida que la carga se acu-

mula en el capacitor, aumenta la diferencia 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 al capacitor.

La capacitancia se mide poniendo una cantidad específica de carga en un

capacitor y midiendo después la diferencia de potencial resultante. La

capacitancia, C, se encuentra por medio de la siguiente relación V

qC , donde

“C” es la capacitancia en faradios, “q” es la carga eléctrica medida en coulombios

y “V” es la diferencia de potencial en voltios.

Naturaleza del magnetismo:

Aunque muchas sustancias poseen ligeras propiedades magnéticas, sólo el hierro, cobalto y níquel, y sus aleaciones, forman poderosos imanes permanentes. Las aleaciones de hierro se magnetizan con facilidad, lo que no sucede con las de cobalto o níquel. Los imanes formados a partir de estas sustancias o de sus aleaciones son capaces de atraer o repeler otros imanes, tanto en su cercanía como a cierta distancia. Si un objeto contiene Fe, Co o Ni y un imán se acerca a él, el imán inducirá magnetismo en el objeto y después interactuará con él. En consecuencia, un imán puede atraer a un clavo que al principio no era un imán.

El concepto de un campo de fuerza se emplea para describir la fuerza que un


cuerpo ejerce sobre otro a cierta distancia. Al igual que la fuerza gravitacional y eléctrica pueden explicarse mediante los campos gravitacional y eléctrico, las fuerzas magnéticas pueden explicarse en términos del campo magnético alrededor de un imán.

Una brújula es un pequeño imán que tiene la libertad de girar un eje en un plano horizontal. El extremo del imán que apunta hacia el norte recibe el nombre de polo norte (N). El extremo opuesto del imán se llama polo sur (S). La dirección de las líneas del campo magnético se define como la dirección a la cual apunta el polo norte de una brújula cuando se pone en un campo magnético.

Descripción de la práctica

Son experiencias encaminadas a que el estudiante comprenda los fenómenos

magnéticos y muchas de sus potenciales y enriquecedoras aplicaciones.

Recursos a utilizar en esta sesión (Equipos / instrumentos)

Inducción electromagnética:

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

El capacitor:

Un capacitor de 1000F, resistencia de 10k, resistencia de 27k, voltímetro,

fuente de voltaje, amperímetro CD y un cronómetro.

Naturaleza del magnetismo:

Imanes.

Papel Bond.

Clips.

Brújula Magnética.

Clavo de Hierro.

Limaduras de Hierro.

Software a utilizar en la práctica

Metodología Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica. Aunque la mejor sugerencia es que cada persona haya realizado en su casa, taller o empresa mucho del componente práctico para cada una de las actividades de laboratorio.


Forma de trabajo: si el estudiante asiste a la práctica de laboratorio la realiza en ella en grupitos de a tres o de cuatro personas y según disponibilidad de recursos como mesas de laboratorio, medidores, boards. Si la realiza por simulación no hay limitantes y se aceptan todos los toques personales que el observador desee. Procedimiento:

INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

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

2. Conecte las terminales del galvanómetro a la bobina de 50 espiras. Intro-duzca el imán dentro de la bobina y repita cuidadosamente la experiencia anterior. Registre sus observaciones y vaya sacando conclusiones.

3. Conecte las terminales del galvanómetro a la bobina de 100 espiras. Intro-duzca el imán dentro de la bobina y repita cuidadosamente la experiencia anterior. Registre sus observaciones y continúe sacando conclusiones.

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

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

NATURALEZA DEL MAGNETISMO

Experimento A. Tipos de Polos Sostenga 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 misma apunte 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 magnetizado de manera incorrecta. Si ambos imanes tienen la orientación correcta, proceda entonces con el experimento.

Experimento B. Líneas de Campo Magnético

1. 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 de campo. 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.

Experimento C. Líneas de Campo Magnético entre Polos

1. 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 algunas limaduras 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.

Experimento D. Dirección de las Líneas de Campo Magnético

Trace el contorno de un imán de barra sobre un papel y marque los polos norte y sur. Coloque el imán sobre el trazo. En tanto observa su dibujo, mueva lentamente la brújula de un polo al otro a lo largo de uno de los arcos de las líneas del campo magnético. Dibuje flechas que apunten en la dirección del polo norte de la brújula. Mueva la brújula a diferentes posiciones alrededor del imán y dibuje la dirección de la línea de campo magnético en cada posición.

Experimento E. Propiedades de la Piedra Imán

1. Acerque un imán a los clips. Registre sus observaciones. 2. Acerque una brújula al imán y muévala alrededor de él. Registre sus

observaciones.

Experimento F. Magnetismo Inducido

1. Pruebe el magnetismo de un clavo de hierro poniéndolo en contacto con los clips. Coloque el clavo en un extremo de un imán de barra. Después


acérquelo a los clips mientras se encuentra unido al imán. Anote sus observaciones.

2. Aproxime el extremo libre del clavo a su brújula. Advierta que el extremo libre se ha convertido en un polo. Verifique la polaridad del clavo y la del extremo del imán al cual se unió. Registre sus observaciones.

Informe o productos a entregar

Se entrega un informe individual de laboratorio por cada experiencia realizada (en

esta sesión son dos prácticas donde cada una de ellas posee múltiples

experiencias) y se organizan adecuadamente con la portada “Informes de las

prácticas III”, que se montan en el foro tres como soporte, como evidencia y

como respaldo para su evaluación final.

Realimentación



prácticas. Se termina cuando el director del curso sube en cada foro la nota final




Puntaje

Participación

individual del

estudiante en las

prácticas de

laboratorio.

El estudiante No

participó de l trabajo de

prácticas de

laboratorios.

(Puntos = 0)





(Puntos = 5)






10

Estructura del

informe.



básicas para

construcción de








(Puntos =1 5) 15

Redacción y

ortografía


deficiencias en


ortográficos

(Puntos = 0)





(Puntos = 3)


las ideas están


cuerpo del texto es


(Puntos =5)

5

Fines del trabajo

El documento no da

respuesta a los

lineamientos de la

actividad propuesta

(Puntos = 0)







(Puntos = 5)

Se cumplió con los



(Puntos = 10) 10

Referencias

Se maneja de manera


citas y referencias

(Puntos = 0)



el trabajo

(Puntos = 3)



(Puntos = 5) 5

Autoevaluación


autoevaluación

(Puntos = 0)

Hizo una excelente





5








7. FUENTES DOCUMENTALES

BIBLIOGRAFÍA

Tipler Paul A., FÍSICA, Editorial Reverté, Tercera Edición, Tomo II, Madrid.

EDMINISTER J., Teoría y Problemas de Electromagnetismo, McGraw Hill, Bogotá,

DORF Richard, Circuitos Eléctricos. Introducción al Análisis y Diseño, Alfaomega, Segunda Edición, Bogotá,

Electromagnetics, Joseph A. Edminister, 2nd Edition, Schaum's Outlines Series - McGRAW-HILL

Halliday, Resnick, and Krane. Physics. Volumen 2. R. P. Feynman. The Feynman Lectures on Physics. Volumen 2. E. M. Purcell. Electricity and Magnetism. Pollack y Stump. Electromagnetism. Addison-Wesley 2002. J. D. Jackson. Classical Electrodynamics. (3ª edición).

Alonso M & Finn E., Física

Sears F., Zemansky M. & Young H, Física

Alonso M & Finn E., Física

Sears F., Zemansky M. & Young H, Física

Módulo de electromagnetismo de la UNAD (favor bajarlo de la página)

CIBERGRAFÍA

www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/default.htm

www.fisica.edu.uy

www.fisica.net/

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/default.htm

http://www.fisica.edu.uy/

http://www.fisica.net/

guia 201424 laboratorio electromagnetismo

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