informe 2 lab de fisica

7/21/2019 Informe 2 Lab de Fisica

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INFORME N°2 LABORATORIO DE FÍSICA “INDUCCIÓNELECTROMAGNÉTICA”

Iván Escobar, Camila Galleguillos, Enzo González, Raúl González.Ingeniería Civil Industrial mención Mecánica

Deartamento de Ciencias !ísicas!acultad de Ingeniería, Ciencias " #dministración

$ro%& Manuel #'ueve'ue(niversidad de )a !rontera

*emuco + Cile

RESUMEN

El siguiente in%orme trata la e-eriencia vivida el asado mircoles /0 de ma"o delresente a1o, como estudiantes de Ingeniería Civil Industrial, en un laboratorio del Deartamentode Ciencias !ísicas de nuestra universidad. 2e realizaron cuatro signi%icativas e-erienciasbasadas en una %amosa le" de la %ísica. 3sta %ue& )a 4)e" de !arada"5 'ue centra sus estudios enun circuito cerrado donde la raidez con 'ue cambia en el tiemo el %lu6o magntico 'ue atraviesauna suer%icie cual'uiera con el circuito como borde es directamente roorcional con el volta6einducido.$ara la demostración emírica se necesitó armar las estaciones de traba6o según cadae-erimento. En el rimero, básicamente, se usó un imán con sus resectivos olos, ungalvanómetro ara detectar corriente elctrica " una bobina. En la segunda e-eriencia se utilizónuevamente la bobina, una resistencia variable, un amerímetro de corriente alterna, un generador de corriente alterna sinusoidal, un voltímetro #C " una e'ue1a bobina móvil 'ue %ueronconectadas entre sí ara determinar cómo deende el volta6e inducido de la intensidad de corrienteen las bobinas. En el tercer e-erimento utilizamos un trans%ormador constituido or dos bobinas7rimaria " secundaria8, un núcleo de ierro, dos voltímetros #C " una %uente de oder alterna #C.Estos %ueron armados ara ver los e%ectos 'ue tiene el volta6e inducido en cada bobina. $ara laúltima e-eriencia se necesitó una bobina de 9900 esiras, un soorte universal, un interrutor tiotimbre " dos aros de aluminio 7uno cerrado " otro con una ranura8 ara observar 'ue ocurre concada aro al resionar el interrutor.!inalmente, se observó de %orma cualitativa " cuantitativamente el comortamiento de estos%enómenos %ísicos " la relación entre sus variables ara encontrar sus e-resiones matemáticas'ue describen dicos comortamientos electromagnticos.$ues, le invitamos a introducirse en el conocimiento de estos interesantes %enómenos %ísicos.



MARCO TEÓRICO

El laboratorio e6ecutado tiene concetos %undamentales " 'ue deben ser conocidos reviamenteara su desarrollo.

• Electrom!"et#$mo% Es una rama de la %ísica 'ue estudia " uni%ica los %enómenos

elctricos " magnticos en una sola teoría, cu"os %undamentos %ueron sentados or Micael !arada" " %ormulados or rimera vez de modo comleto or :ames Cler;Ma-<ell.

• Electr#c#&&% )a electricidad es una serie de %enómenos %ísicos originados or la e-istenciade cargas elctricas " or la interacción de las mismas. Cuando una carga elctrica seencuentra estacionaria, o estática, roduce %uerzas elctricas sobre las otras cargassituadas en su misma región del esacio= cuando está en movimiento, roduce ademáse%ectos magnticos. )os e%ectos elctricos " magnticos deenden de la osición "movimiento relativos de las artículas con carga. En lo 'ue resecta a los e%ectoselctricos, estas artículas ueden ser neutras, ositivas o negativas. )a electricidade-lica la interacción entre las artículas cargadas ositivamente, como los rotones, 'uese reelen mutuamente, " de las artículas cargadas negativamente, como los electrones,

'ue tambin se reelen mutuamente. *ambin e-lica el movimiento de dicas cargas. Encambio, las artículas negativas " ositivas se atraen entre sí. Este comortamiento uederesumirse diciendo 'ue las cargas del mismo signo se reelen " las cargas de distintosigno se atraen.

• M!"et#$mo% $roiedad de los imanes " las corrientes elctricas de e6ercer acciones adistancia, tales como atracciones " reulsiones mutuas, imanación or in%luencia "roducción de corrientes elctricas inducidas

• Le' Fr&'% *ambin conocida como 4)e" de inducción electromagntica5, se basa en lose-erimentos de Micael !arada" en 9>?9 " establece 'ue el volta6e inducido en uncircuito cerrado es directamente roorcional a la raidez con 'ue cambia en el tiemo el%lu6o magntico 'ue atraviesa una suer%icie cual'uiera con el circuito como borde.

• E(ecto Oer$te&% recibe este nombre en onor al %ísico " 'uímico @ans Cristian Aerstednacido en Rud;obing, Dinamarca un 9B de agosto de 9 " %allecido en Coenague,Dinamarca un de marzo de 9>9. Aersted, distinguido or los estudios realizados acercadel electromagnetismo, demostrando 6unto con #ndr Marie #mFre, 'ue al circular unacorriente elctrica a travs de un conductor elctrico, surge un camo magntico en torno adico conductor, conocindose a artir de entonces este %enómeno, como camomagntico.

• FEM% 2e denomina %uerza electromotriz 7!EM8 a la energía roveniente de cual'uier %uente, medio o disositivo 'ue suministre corriente elctrica. $ara ello se necesita lae-istencia de una di%erencia de otencial entre dos untos o olos 7uno negativo " el otro

ositivo8 de dica %uente, 'ue sea caaz de bombear o imulsar las cargas elctricas atravs de un circuito cerrado.

• I"&)cc#*"% )a inducción electromagntica es el %enómeno 'ue origina la roducción deuna %uerza electromotriz 7%.e.m. o volta6e8 en un medio o cuero e-uesto a un camomagntico variable, o bien en un medio móvil resecto a un camo magntico estático. Esasí 'ue, cuando dico cuero es un conductor, se roduce una corriente inducida. Este%enómeno %ue descubierto or Micael !arada" 'uin lo e-resó indicando 'ue la magnituddel volta6e inducido es roorcional a la variación del %lu6o magntico 7)e" de !arada"8.



)a inducción electromagntica es la roducción de corrientes elctricas or camosmagnticos variables con el tiemo.

• Corr#e"te lter" $#")$o#&l o $e"o#&l% 2e denomina corriente alterna 7abreviada C# enesa1ol " #C en ingls8 a la corriente elctrica en la 'ue la magnitud " el sentido varían

cíclicamente. )a %orma de oscilación de la corriente alterna más comúnmente utilizada esla oscilación senoidal con la 'ue se consigue una transmisión más e%iciente de la energía,a tal unto 'ue al ablar de corriente alterna se sobrentiende 'ue se re%iere a la corrientealterna senoidal.

• I"te"$#&& corr#e"te% )a intensidad de corriente es la cantidad de carga elctrica 'ueasa a travs del conductor or unidad de tiemo 7or segundo8, or lo tanto el valor de laintensidad instantánea. )a intensidad de la corriente es una magnitud 'ue re%le6a el nivelde electricidad 'ue logra atravesar un conductor en un determinado laso temoral. 2etrata de la circulación de una carga 'ue, or acción de la movilidad de los electrones,atraviesa un cuero.

• Tr"$(orm&or% un disositivo elctrico 'ue ermite aumentar o disminuir la tensión en un

circuito elctrico de corriente alterna, manteniendo la otencia.

• +olt,e lter"o-corr#e"te lter"% Es a'uella 'ue circula or durante un tiemo en unsentido " desus en sentido ouesto, volvindose a reetir el mismo roceso en %ormaconstante, la di%erencia de la corriente alterna con la corriente continua, es 'ue la corrientecontinua circula sólo en un sentido.

• +olt,e #"&)c#&o . /%Ɛ es toda causa caaz de mantener una di%erencia de otencial entredos untos de un circuito abierto o de roducir una corriente elctrica en un circuitocerrado. Es una característica de cada generador elctrico.

+HƐdΦB

dt

• Electro#m0"% (n electroimán es un imán cu"o camo magntico se roduce mediante elaso de una corriente elctrica. Esto es, un imán accionado or electricidad.

• Am1ere% es la unidad de intensidad de corriente elctrica. !orma arte de las unidadesbásicas en el 2istema Internacional de (nidades, es una unidad derivada de%inida como lacantidad de carga deslazada or una corriente de un amerio en un eríodo de tiemo deun segundo.

• Le' Le"% El sentido de la corriente inducida sería tal 'ue su %lu6o se oone a la causa 'uela roduce. )a )e" de )enz lantea 'ue las tensiones inducidas serán de un sentido tal'ue se oongan a la variación del %lu6o magntico 'ue las rodu6o= no obstante esta le" es

una consecuencia del rinciio de conservación de la energía. )a olaridad de una tensióninducida es tal, 'ue tiende a roducir una corriente, cu"o camo magntico se oonesiemre a las variaciones del camo e-istente roducido or la corriente original.

• Cm1o m!"3t#co% El camo magntico J es una magnitud vectorial. $uede estar roducido or una carga untual en movimiento o or un con6unto de cargas enmovimiento, es decir, or una corriente elctrica. )a unidad de camo magntico en el2istema Internacional es el tesla 7*8. (n tesla se de%ine como el camo magntico 'ue



e6erce una %uerza de 9 H 7ne<ton8 sobre una carga de 9 C 7culombio8 'ue se mueve avelocidad de 9 mKs dentro del camo " erendicularmente a las líneas de camo.

DESARROLLO E45ERIMENTAL

E-eriencia I& Generando una %em en una bobina

Materiales&L (na bobina de 00 " una de 9000 esirasL GalvanómetroL Imán

$rocedimiento&9. Conecte una bobina a un galvanómetro/. Introducir imán en la bobina?. Abservar el e%ecto cuando acerca el imán " cuando lo

ale6aB. *ambin mantenga 'uieto el imán mientras está en el

centro de la bobina. Intente acrcalo suavemente o bruscamente. )uego cambie el olo del imán " reita los asos

anteriores. !inalmente, cambie la bobina " reita el rocedimiento

desde el rimer unto.

Abservaciones&En esta e-eriencia lo 'ue se busca es ver cómo se comorta lainducción en distintas bobinas, en este caso de 00 " 9000esiras

E-eriencia II& )e" de !arada"

Materiales&L JobinaL Generador de corriente alterna sinusoidalL ResistenciaL #merímetroL $e'ue1a bobina móvil

$rocedimiento&9. 2e disone de una bobina la 'ue se

conecta al generador de corriente alterna

sinusoidal, de tal manera 'ue se uedacontrolar la %recuencia " el volta6e alicados

/. )a bobina se debe conectar en serie conuna resistencia variable de 9000 N " a unamerímetro de corriente alterna 7Ner !igura /8.

?. (na e'ue1a bobina móvil se instala en elcentro de la bobina seleccionada, de tal%orma 'ue las líneas de camo atraviesennormalmente el área de la bobina e'ue1a.



B. El volta6e inducido se mide directamente con un voltímetro #C seleccionado en el rango de0 a / N.

. #6uste la %recuencia del generador de corriente en 9 ;@z. Mantener constante la osición de la bobina e'ue1a " la %recuencia del generador . Abservar como deende el volta6e inducido de la intensidad de corriente en la bobina al

aumentarlo de / en / N.>. Construir tabla con intensidad de corriente medida en m# " con el volta6e inducido medido

en N según los datos tomados del unto anterior 7Ner !igura ?8. # artir de la tabla construir grá%ico " encontrar la relación matemática 7Ner !igura B890. 2egún las %unciones del E-cel, udimos encontrar la ecuación matemática de la recta 'ue

relaciones las variables de intensidad de corriente " volta6e.99. )a endiente de la recta está incluida en la ecuación " es el coe%iciente numrico 'ue

acoma1a a la variable 4i5.

Entonces endiente m 0.09?

0 90 9 /0 / ?0

0.0000.000.9000.900./000./00.?000.?00.B000.B00.00

%7-8 0.0/- O 0.09

# 6$ Ɛ

N )inear 7N8

I"te"$#&& .mA/

+olt,e .+/

Figura 3.- Tabla Figura 4.- Gráficoi vs Ɛ

Abservaciones&

De esta e-eriencia odemos observar 'ue luego de la toma de datos alrealizar el gra%ico, la inducción de corriente será directamente roorcional ala intensidad de corriente.

# .mA/ .+/Ɛ

0 0.000/ 0.0B>B 0.0>/ 0.99> 0.9B90 0.9>

9/ 0./9>9B 0.//9 0./>9> 0.?/0/0 0.?// 0.?>/B 0.B/?/ 0.B>



E-eriencia III& *rans%ormador

Materiales&• *rans%ormador • Jobina rimaria• Jobina secundaria• Húcleo de ierro• / Noltímetros #C• !uente de oder alterna #C

$rocedimiento&

9.+ Conecte la bobina rimaria a una %uente de oder

alterna #C " a un voltimetro #C/.+ Conecte la bobina secundaria a un segundovoltimetro #C?.+ #li'ue un volta6e #lterno al rimario " comareeste con el obtenido en el secundarioB.+ Invierta las bobinas de tal manera 'ue lasecundaria sea la rimaria, " la rimaria sea lasecundaria.+ Reita el aso B " calcule.

!igura .+ H9000 !igura .+ H00

+ #" .+/ + o)t .+/0.00 0.009./0 /.09/./B ?.>??.B0 .B. .?.>/ 90.//

.>? 9/.0>.B0 9B./

.? 9.?

90.> 9.9>

99. /0.B

9?.09 //.

9B.00 /B.>

+ #" .+/ + o)t .+/

0.00 0.009.// 0.B/./ 0.>?.B 9.BBB. 9.>.> /.BB.> /.0

>.B/ ?.

.B B.0

90.? B./

99. .0

9?.0 .

9B.0 .9?



0.00 /.00 B.00 .00 >.00 90.00 9/.00 9B.00 9.000.00

9.00

/.00

?.00

B.00.00

.00

.00

%7-8 0.BB- + 0.0

+ o)t - + #" N78999

N out 7N8 )inear 7N out 7N88

+ #" .+/

+ o)t .+/

0.00 /.00 B.00 .00 >.00 90.00 9/.00 9B.00 9.000.00

.00

90.00

9.00

/0.00

/.00

?0.00

%7-8 9.- + 0.0

+ o)t - + #" .N7:99/

N out 7N8 )inear 7N out 7N88

+ #" .+/

+ o)t .+/

Abservaciones&

V out

V in

N 2

N 1 Esta es la relación 'ue cumlen en condiciones ideales el volta6e " el

orden de la bobina rimaria " secundaria



E-eriencia IN& #ro volador o #nillo de *omson

Materiales&

• Jobina• 2oorte universal•

Interrutor tio timbre• / aros de aluminio 7uno cerrado "

otro con una ranura8

$rocedimiento&9. #rmamos nuestra estación con el

soorte universal bienosicionado en una suer%icie

/. (bicamos la bobina en el %ierrodel soorte

?. )uego, conectamos la bobina alinterrutor " este a la corriente

B. En el %ierro colocamos un aro de

aluminio cerrado. Cerramos el circuito de la bobinaor un corto intervalo de tiemo

. Con la mano se debe mantener el aro 6unto a la bobina.

. Reetir rocedimiento con elsegundo anillo.

Abservaciones&

#l realizar el anillo de *omson " robar los dos anillos, odemos observar 'ue unanillo no se moverá de su lugar " otro

saldrá disarado de la base al soltar elinterrutor del timbre



CONCLUSIONES

E;1er#e"c# 8

Del e-erimento uno odemos concluir 'ue al ingresar el imán dentro de la bobina se roduce unmovimiento en el galvanómetro, 'ue nos indica 'ue e-iste inducción, además odemos comrobar

'ue la inducción deende tambin de la olaridad del imán " del movimiento, al no e-istir movimiento la inducción es cero, tambin agregar 'ue a ma"or cantidad de esiras de la bobinama"or será la inducción.

E;1er#e"c# 2

2e realizó una toma de datos ara así oder estudiar la inducción 'ue e-iste a medida 'ue seingresan intensidades de corrientes constantes, del gra%ico se uede concluir 'ue estas serándirectamente roorcional " la endiente nos dirá cuantos miliameres 7en este caso8 se inducende corriente, en este caso articular se inducen 0,09? 7m#8

E;1er#e"c# <

De esta e-eriencia odemos concluir 'ue deendiendo de la bobina rimaria " secundaria,deenderá el volta6e de salida, así como tambin 'ue deben e-istir condiciones ideales ara 'ue secumla al 900P la relación antes mencionada más arriba en las observaciones del e-erimento, larelación vendrá e-resada como la endiente dentro del gra%ico de los datos tomados en cadacaso corresondiente, " a esar de no cumlir con el ideal, no se escaa del valor eserado.

#demás se uede agregar 'ue al conectarlo a una %uente de corriente continua generamos unelectroimán.

E;1er#e"c# =

En la demostración del primer anillo, el cual sale disparado hacia arriba (anillo cerradp)

¿Por qué el anillo sale disparado?, pues bueno este anillo sale disparado ya que se generaun campo magnético generado a través de la corriente eléctrica inducida en el anillo. El

campo magnético inducido es contrario en todo instante de tiempo al campo generado por

el solenoide.¿ué pasa al usar un anillo abierto?, pues en este caso, lo que sucede es que el anillo no

sale disparado, ya que al interrumpir el paso de corriente en el anillo se impide la aparición

del campo magnético inducido y por lo tanto el anillo permanece en la parte in!erior y no esdisparado en ning"n instante de tiempo.



BIBLIOGRAFÍA

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