EXPERIENCIA N 8

ELECTROMAGNETISMOLa electricidad y el magnetismo estn estrechamente relacionados, pues la corriente elctricamanifiesta un efecto magntico. Elelectromagnetismo abarca los fenmenos fsicos que tienen que ver con el efecto de las cargas y corrienteselctricas, y las fuerzas que resultan de estos fenmenos. En 1819, el fsico y qumico dans Hans Christian Oersted (1777 a 1851) descubri que una aguja imantada se desva por la corriente que circula a travs de un alambre, con lo que fund el electromagnetismo. En los aos siguientes, aproximadamente a partir de 1822, el fsico y qumico britnico Michael Faraday se ocup del estudio del efecto contrario, es decir, la conversin del magnetismo en electricidad. En 1831 pudo demostrar las primeras pruebas, publicando sus trabajos bajo el concepto de "induccin electromagntica",trabajo que lo hizo famoso.CAMPO MAGNTICO ALREDEDOR DE UN CONDUCTOR ELCTRICOTodo conductor elctrico por el que circula una corriente genera un campo magntico. Dicho campo se origina debido a que los portadores de carga (electrones) se mueven dentro del conductor. La siguiente animacin muestra el campo magntico generado por un conductor por el que fluye una corriente:

Un conductor por el que circula corriente est rodeado por lneas de campo concntricas. Para determinar el sentido de las lneas de campo se puede aplicar la llamada "regla del tornillo":Las lneas del campo magntico rodean el conductor por el que circula corriente en la misma direccin en la que habra que girar un tornillo (de rosca derecha) para apretarlo en el sentido tcnico del flujo de la corriente.EXPERIMENTO: CAMPO MAGNTICO DE UN CONDUCTOR 1Con una brjula se verificar el campo magntico de un conductor por el que circulacorriente.Monte el siguiente arreglo experimental:

Tenga cuidado de que todos los dems conductores por los que circulecorriente estnsuficientemente alejados de la aguja magntica.Tambin el imn debe estar alejado por los menos 50 cm de la brjula.Anote la posicin de la aguja magntica, la cual se vedeterminada bsicamente por el campo magntico terrestre.En la animacin, pulseel botn STEP2 y complete la ltima conexin como se indica. De este modo, por el conductor circular una corriente de aprox. 1 A.

Cmo se comporta la aguja imantada cuando se cierra el circuito elctrico?La aguja se mueve hacia la direccin aproximada de las lneas de campo concntricas al conductor.Qu sucede cuando la aguja de la brjula no se coloca debajo sino por encima del cable por el que circula la corriente?La aguja se desplaza claramente hacia la otra direccin.EXPERIMENTO: CAMPO MAGNTICO DE UN CONDUCTOR 2Se averiguar si es mayor el campo magntico de un bucle conductor o el de un conductor si por amboscirculacorriente. Adems, se analizar si la polaridad de la corriente ejerce alguna influencia.Modifique el arreglo anterior como se muestra a continuacin:

Tenga cuidado de que todos los demsconductores se encuentren suficientemente alejadosde la aguja magntica.Tambin los imanes deben estar alejados de la brjula a una distanciamnimade 50 cm.Principio del formularioJuzgue la intensidad del campo magntico en el interior de un bucle conductor, comparada con la intensidad del campo en un conductor, si por ambos circula la corriente:En el caso del bucle conductor la deflexin de la aguja es ms fuerte.El campo magntico del conductor sin bucle es ms dbil.Permute los terminales del bucle conductor en la alimentacin de corriente. As se modifica la polaridad de la corriente. Qu efecto ejerce este cambio sobre el campo magntico?El campo magntico al interior del bucle conductor cambia de polaridad.CAMPO MAGNTICO DE UNA BOBINAEn muchos equipos elctricos y electrnicos se utilizan componentes que constan de conductores elctricos arrollados. Estosarrollamientos se conocen como bobinas.Como todo conductor por el circula la corriente, las bobinas con corriente tambin presentan un campo magntico:

VERIFICACIN DEL CAMPO MAGNTICO DE UNA BOBINACon una brjula se analizar una bobinamientraspor ella circula una corriente al igual que cuando no se aplica ninguna corriente. En este caso, se determinarn ciertas propiedades magnticas y la forma de las lneas de campo.Monte el siguiente arreglo experimental: Retire la brjula de su soporte y acrquela lentamente a la bobina. Observe la orientacin de la aguja de la brjula.

Complemente el arreglo experimental. La animacin STEP2 muestra la manera de hacerlo. Mueva de nuevo la brjula alrededor de la bobina por la que ahora circula corriente. Observela direccin de la corriente.

Qu se puede afirmar acerca de la orientacin de la aguja de la brjula cuando se la coloca en diferentes posiciones alrededor de la bobina sin corriente?La aguja magntica mantiene la direccin de norte a sur.Qu se puede afirmar acerca de la orientacin de la aguja de la brjula cuando se la coloca en diferentes posiciones alrededor de la bobina por la que circula corriente?La aguja cambia de orientacin cada vez que se la coloca en una nueva posicin sobre la bobina.Observe el comportamiento de la aguja de la brjula en diferentes posiciones con respecto a la bobina por la que circula corriente. Por favor, ordene las siguientes afirmaciones:La aguja de la brjula se orienta en sentido paralelo a las lneas de campo.Las lneas de campo describen un arco del polo norte al polo sur de la bobina.LA MATERIA EN EL CAMPO MAGNTICOIntensidad de campo H y densidad de flujo BTodas las corrienteselctricas estn rodeadas por camposmagnticos. Aqu se diferencia entre dos magnitudes: Laintensidad de campo H, conocida tambin como excitacinmagntica, se genera nicamente con corriente elctrica verdadera (esto es, mensurable con el ampermetro). Caracteriza el origen del campo magntico. La densidad de flujoB es responsable de lainduccin, de la fuerza deLorentz al igual que de la atraccin y repulsin de los imanes (permanentes).Por esta razn,caracteriza elefecto del campo magntico.La materia en el campo magnticoSi una bobina se encuentra en el vaco (o lo suficientemente cercana al campo magntico, en la atmsfera), es vlido lo siguiente:Constante de campo magntico = 4 10-7 Vs/Am

UnidadSI de la intensidad de campo HA/m

UnidadSI de la densidad de flujo magntico B T (Tesla) = Vs/m2

B =0 HSe puede comprobar con facilidad que, con igual corriente I (y, por tanto, con igual intensidad de campo H), la densidad de flujomagnticoB vara si se introduce materia en el interior de una bobina.Para la descripcin de este fenmeno, dependiente de la materia, se introdujo la constante de permeabilidad magntica relativa r:r = B (materia) / B (vaco)De acuerdo con la permeabilidad magnticarelativa, losmateriales se pueden clasificar en tres grupos principales: diamagnticos: r < 1 paramagnticos: r > 1 ferromagnticos: r >> 1 En los dos primeros grupos, r se aleja deuna forma poco significativa. En el caso de los ferromagnticos, se da el caso contrario puesto quer puede alcanzar valores100.000 veces mayores.BOBINA CON NCLEO DE HIERROSi se coloca un ncleo de hierro dentro de una bobina, aqul se ver magnetizado por sta. As se produce un electroimn:

El campo magntico resultante es mucho ms fuerte que el de la bobina sin ncleo de hierro.EFECTO DEL NCLEO DE HIERROCon una brjula se analizar una bobina con ncleo de hierro, por la que circula corriente. Se compararn las propiedades magnticas de la bobinacon y sin ncleo dehierro.Monte el siguiente arreglo experimental:

Qu puede afirmar acerca del comportamiento de la brjula frente a una bobina con ncleo de hierro si se realiza una comparacin con lo que sucede cuando el ncleo se encuentra ausente?La aguja se desva ms fuertemente, pues el campo magntico se refuerza con el ncleo de hierro y las lneas de campo salen por los polos.APLICACIONES DEL ELECTROMAGNETISMOExisten innumerables posibilidades de aplicacin para el magnetismo y el electromagnetismo.Un ejemplo sencillo, en el caso de loselectroimanes, lo constituye una gra para chatarra de hierro. El imn se puede activar y desactivar, lo cual permite elevar el hierro para dejarlo caer despus.

EFECTO DINMICO MAGNTICOSe verificar si una fuerza acta sobre un imn que se introduce en una bobina.Monte el siguiente arreglo experimental:

Introduzca y saque repetidamente el imn del devanado de la bobina con corriente. Qu se siente?Dependiendo de la polaridad del imn permanente, ste es empujado al interior de la bobina o expelido del mismo.Se siente la presencia de fuerzas.HISTRESISEn los materialesferromagnticos no existe una relacin lineal entre la densidad de flujomagnticoB y la intensidad del campomagntico H. En la animacin, se muestra la curva de magnetizacin.

Si la intensidad de campoH acta sobre un material ferromagntico, la primera vez, ste se comporta de una manera distinta que durante magnetizaciones posteriores. Pulse el botn1 y podr observar la nuevacurva de magnetizacin: La intensidad de campo y la densidad de flujo empiezan en cero La densidad de flujoBcrece en una nueva curva Si la intensidad de campoH asciende, se produce una saturacin de la densidad magntica BPulse el botn2 para observar lo que ocurre sila intensidad de campo disminuye: Despus de quela intensidad de campoH disminuye a cero, sigue presente un magnetismo residual (remanencia). El materialferromagntico es ahora un imn permanente Pulse el botn3 para observar la manera en que la densidad de flujo Bpuede llegar a cero: Para hacer desaparecer la densidad de flujo B, se necesita la presencia del campo coercitivoHcoercitivo de sentido inverso. Pulse el botn4 para observar el bucle completo de histresis: La oscilacin de la intensidad de campo H conduce a una siempre nueva desmagnetizacin del material ferromagntico Ya no se llega a la nueva curva. En lugar de ello, el flujoB permanece en el bucle de histresisMATERIALES DE MAGNETISMO FUERTE Y DBILLa capacidad de mantener un magnetismo residual elevado o pequeo, es una propiedad de los materiales que permite diferenciarlosentre: magnticamente fuertes y magnticamente dbilesPulse el botn1 para observar las propiedades de unmaterial magnticamente dbil: Una vez que se desconecta el campo magntico, permanece una pequea remanencia (magnetismo residual) Pequea intensidad de campo coercitivo, esto es, se necesita una pequea intensidad de campo con polaridad contraria para eliminar el magnetismo residual.

Pulse el botn2 para observar las propiedades de unmaterial magnticamente fuerte: Una vez que se desconecta el campo magntico, permanece una elevada remanencia (magnetismo residual) Elevada intensidad de campo coercitivo, esto es, se necesita una gran intensidad de campo con polaridad contraria para eliminar el magnetismo residual.

EXPERIMENTO DE REMANENCIASe someter un ncleo de hierroa la influencia de un campo magntico y, a continuacin, se verificar su campo magntico residual. Luego se repetir el experimento con la polaridad invertida.Monte el siguiente arreglo experimental:

Con un marcador, o con material adhesivo rojo, marque un lado del ncleo de hierro. Inserte y retirerepetidamenteel ncleo de hierro del interior de la bobina por la que circula corriente. El punto rojo se dirige hacia abajo. Saque el ncleo de hierro y analcelo con la aguja imantada.Conserva el ncleo de hierro propiedades magnticas despus de que el campo ha actuado sobre l?El ncleo de hierro desva ostensiblemente la aguja imantada; por tanto, posee un campo magntico.Cul polo queda en el extremo marcado con el punto rojo?El polo sur, puesto que el extremo azul de la aguja de la brjula se ve atrado.Repita el experimentoe introduzca y retire varias veces el ncleo de hierro del interior de la bobina por la que circula corriente. Esta vez, el punto rojo se debe dirigir hacia arriba. Retire el ncleo y vuela a analizarlo con la aguja magntica.Principio del formularioCul polo queda ahora en el extremo marcado con el punto rojo? El polo norte, puesto que el extremo plateado de la aguja de la brjula se ve atrado.FUERZA DE LORENTZSi un conductor por el que circula corriente se coloca dentro de otro campo magntico, se producir una interaccin entre ambos campos.

REGLA DE LA MANO DERECHAUn mtodo sencillo para determinar el sentido de la fuerza de Lorentz es la llamada regla de la mano derecha.Las magnitudes velocidad v de los electrones (contraria al sentido tcnico de la corriente) induccin magntica B del campo magntico exterior fuerza F (fuerza de Lorentz)son perpendiculares entre s. Si se conoce el sentido de dos de ellas, con la regla de la mano derecha se puede determinar el sentido de la tercera magnitud.INDUCCINEn la electrotecnia se conoce como induccin a la generacin de energa elctrica en un conductor (alambre) debido a un campo magntico variable.La induccin tiene una gran importancia tcnica en la produccin de corriente con generadores y en los transformadores.Ley de la induccinLos procesos fsicos relativos a este fenmeno se describen mediante la ley de la induccin.Una variacin del flujo en el tiempodF/dt induce en un bucle conductor, que abarca la superficie A, la tensin de induccin

Si el conductor es una bobina con n vueltas, las tensionesparciales inducidas en cada arrollamiento se suman para conformar la tensin total

EXPERIMENTO 1 DE INDUCCINEn una bobina sin ncleo se generar una tensin con el movimiento de un imn permanente. Dicha tensin se medir con un voltmetro.Monte el siguiente arregloexperimental:

Abra el instrumento virtual voltmetro A del men de instrumentos de medicin o pulse sobre la imagen del instrumento. Realice los siguientes ajustes: Rango: 0,5 V, DC Display anlogo Conmutador giratorio en AV (visualizacin de valor medio)Ha conectado la bobina a un voltmetro. Introduzca y retire varias veces el imn permanente del devanado de la bobina. Qu se puede observar en el voltmetro?El voltmetro indica tanto tensin positiva, como negativa, segn el sentido del movimiento.Cuanto ms rpido sea el movimiento, mayor ser la amplitud de la tensin.EXPERIMENTO 2 DE INDUCCINSe variar el campo magntico sin realizar ningn movimiento, encendiendo y apagando la corriente en una "bobina de campo". Se observar la tensin inducida en una segunda bobina y se medir esta tensin con un voltmetro.Monte el siguiente arreglo experimental.

Abra el instrumento virtual voltmetro A en el men de instrumentos de medicin o pulse sobre la imagen del instrumento. Realice los siguientes ajustes: Rango: 0,5 V, DC Display anlogo Conmutador giratorio en AV (visualizacin de valor medio)

Dos bobinas se encuentran arrolladas alrededor del ncleo de hierro. La bobina 1 est conectada al voltmetro. En la bobina 2 se conecta y desconecta una corriente. Qu se puede observar en el voltmetro?El voltmetro indica tanto tensin negativa, como positiva, dependiendo del estado de conexin.La deflexin del voltmetro es slo muy breve, a continuacin la tensin vuelve a caer a cero.CONCLUSIONES Se puede intensificar la magnitud de un campo elctrico, variando la conformacin del conductor lineal a un solenoide, as como aadindole un ncleo de hierro a esta ltima. La capacidad de remanencia de un conductor le permite contar con un campo magntico tiempo despus de haber dejado de circular corriente por el mismo. Esta propiedad es utilizada, por ejemplo en la grabacin de audio y vdeo sobre soportes magnticos. Se puede provocar la aparicin de corriente elctrica variando el campo magntico en un conductor (induccin), gracias a esto se puede convertir una cantidad de trabajo mecnico en energa elctrica, un ejemplo son las hidroelctricas.

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSFACULTAD DE QUIMICA E ING. QUIMICAE.A.P INGENIERA AGROINDUSTRIAL

LABORATORIO DE FISICA III

Tema:Experiencia N 8: ElectromagnetismoIntegrantes:Tanta Villagaray, MnicaHuarilloclla Ramrez, BryanBeran Alania, Luis

2012