INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS SOCIALES Y ADMINISTRATIVAS

INGENIERÍA INDUSTRIAL.

PRACTICAS FÍSICA EXPERIMENTAL III.

PROFESOR: Velazco Clímaco Jesús Artemio.

ALUMNO: SANCHEZ BERNAL FRANCK

BOLETA: 2009601442

SEC: 3IM12

MÉXICO DF. A 14 DE AGOSTO DEL 2009.

1

Introducción:

La materia en su estado natural es eléctricamente neutra, contiene cantidades iguales de “electricidad positiva” y “negativa”. Cuando se frota una barra de vidrio con un paño de seda hay una transferencia neta de “algo” entre ambos objetos. Lo que se transfiere se conoce como electricidad o carga eléctrica y en el frotamiento, los objetos se electrizan o cargan eléctricamente, alterándose de esta forma la neutralidad eléctrica entre ellos.

Los electrones pueden pasar de un cuerpo a otro cuando se ponen dos sustancias en contacto muy estrecho; es por ello que al frotar dos cuerpos se pueden transferir muchos electrones de un objeto a otro. Uno de los cuerpos tendrá un exceso de electrones, mientras que el otro sufrirá deficiencia de ellos.

Las cargas eléctricas pueden ser transferidas de un objeto a otro durante el proceso de frotamiento, pero también existen otros medios de efectuar esta transferencia. Los objetos que se hayan cargados influyen sobre otros objetos no cargados, que puede ser manifestada de dos formas: por inducción y por contacto.

Desarrollo:

-Material de laboratorio:

Péndulo electrostático. Electroscopio. Esfera metálica hueca. Paño de seda. Barra de vidrio. Barra de poliesterina. Esfera maciza con hilo aislante. Gancho soporte para barras.

-Procedimiento experimental:

1.- Frotar las barras con el paño de seda y acercarlas al péndulo electrostático.

2

2.- Acomodar entre la barra y el péndulo a la esfera metálica hueca, volver a frotar las barras y acercarlas a la esfera metálica hueca.

3.- Cortar una hoja de papel en tiras delgadas y colocarlas alrededor de la esfera metálica hueca. Con ayuda de una fuente eléctrica pasar corriente a través de la esfera, ir cambiando la intensidad de la corriente.

Cuestionario:

¿A que se le llama electrización por contacto?

La carga eléctrica que ha adquirido un cuerpo puede ser transferida a otro cuerpo si se pone en contacto con él, a este procedimiento se le llama “electrización por contacto”.

¿A que se le llama electrización por frotamiento?

Cuando se frotan dos objetos se pueden transferir muchos electrones de un cuerpo a otro, así un objeto se carga negativamente mientras que el otro se carga positivamente.

¿A que se le llama electrización por inducción?

La inducción es un proceso de carga de un objeto sin contacto directo.Cuando se acerca un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interacción eléctrica entre las cargas del primero y las del cuerpo neutro.Como resultado de esta interacción, la distribución inicial se altera: el cuerpo electrizado provoca el desplazamiento de los electrones libres del cuerpo neutro.

¿Qué descubrió Benjamin Franklin de las cargas eléctricas?

Su afición por los temas científicos dio comienzo a mediados del siglo XVIII, y coincidió con el comienzo de su actividad política. Estuvo claramente influido por científicos coetáneos como Isaac Newton, o Joseph Addison (especialmente sus obras Ensayo sobre el entendimiento de Locke y El espectador). En 1743 es elegido presidente de la Sociedad Filosófica Estadounidense.A partir de 1747 se dedicó principalmente al estudio de los fenómenos eléctricos. Enunció el Principio de conservación de la electricidad. De sus estudios nace su obra científica más destacada, Experimentos y observaciones sobre electricidad. En 1752 lleva a cabo en Filadelfia su famoso experimento con la cometa. Ató una cometa con esqueleto de metal a un hilo de seda, en cuyo extremo llevaba una llave también metálica. Haciéndola volar un día de tormenta, confirmó que la llave se cargaba de electricidad, demostrando así que las nubes están cargadas de electricidad y los rayos son descargas eléctricas. Gracias a este experimento creó su más famoso invento, el pararrayos. A partir de ahí, se instalaron por todo el estado (había ya 400 en 1782), llegando a Europa en la década de los '60. Presentó la teoría del fluido único para explicar los dos tipos de electricidad atmosférica, la positiva y la negativa, a partir de la observación del comportamiento de las varillas de ámbar, o del conductor eléctrico, entre otros.

3

Conclusiones:

Con la realización de los experimentos anteriores se demostró claramente ejemplo de las diferentes formas de transferencia de corriente.

Mediante ejemplos cotidianos como la frotación con diferentes tipos de tela en diferentes materiales pudimos identificar que es un material conductor, que es un material no conductor y como puede transferirse la corriente eléctrica.

Aprendimos que mediante la frotación la estructura de electrones de un cuerpo cambia, haciendo que en una zona especifica de su superficie se concentran una mayor cantidad de electrones y gracias a ello pueda atraer ciertos cuerpos neutros.

Bibliografía:

Manual de física experimental III.

4

Introducción teórica.

El campo eléctrico, en física, es un ente físico que es representado mediante un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica [ 1 ] . Matemáticamente se describe como un campo

vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor q sufre los efectos de una fuerza mecánica dada por la siguiente ecuación:

El potencial eléctrico en un punto es el trabajo que debe realizar una fuerza eléctrica para mover una carga positiva q desde la referencia hasta ese punto, dividido por unidad de carga de prueba. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga unitaria q desde la referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica, dividido por esa carga. Matemáticamente se expresa por:

Considérese una carga de prueba positiva, la cual se puede utilizar para hacer el mapa de un campo eléctrico. Para tal carga de prueba localizada a una distancia r de una carga q, la energía potencial electrostática mutua es:

De manera equivalente, el potencial eléctrico es =

Desarrollo experimental.

-Material utilizado:

Un generador electrostático. Un voltímetro electrostático. Una esfera conductora hueca. Un péndulo electrostático. Un electroscopio. Una vela. 4 cables caimán-caimán. 4 cables banana-caimán. Una sonda eléctrica con cable. Una cuba electrostática, aceite de ricino y aserrín. 4 juegos de electrodos.

5

1ª parte. “Detección del campo eléctrico indirectamente”. 1.- Conecte la esfera hueca a la terminal positiva del generador electrostático.2.- Active el generador eléctrico a su máximo.3.- Con el electroscopio verifique que la esfera hueca este electrizada.4.- Acerque el péndulo electrostático a la esfera hueca, sin que la esfera de esta toque la esfera hueca. Tome nota del efecto que se produce en el péndulo electrostático.5.- Repita la instrucción anterior en puntos radialmente simétricos a la esfera hueca. Para esto coloque la esfera hueca sobre la cartulina.6.- Acerque nuevamente el péndulo electrostático a la esfera hueca, pero esta vez que la esferita del péndulo toque la esfera hueca. A continuación separe el péndulo de tal forma que la esferita quede entre 8 y 10 cm de la superficie de la esfera hueca; observe y tome nota del efecto que produce.7.- Coloque el péndulo a una distancia donde se aprecia claramente el efecto observado en (P1.4). A continuación desactive el generador (no lo descargue). Observe y anote el comportamiento de la esferita del péndulo electrostático.

2ª parte. “Materialización de las líneas de fuerza”. 1.- Asiente el recipiente sobre el retroproyector, coloque dos electrodos semejantes en el recipiente, uno frente al otro separados unos 5 cm y conecte estos a las terminales del generador.2.- Vierta un poco de aceite en la región entre los electrodos a continuación disperse uniformemente un poco de aserrín sobre el aceite y active el generador electrostático.3.- Enfoque el retroproyector y observando cuidadosamente analice la configuración e intensidad del campo eléctrico (de acuerdo a la correspondencia: mayor densidad de líneas mayor magnitud de campo eléctrico y viceversa) en las diferentes regiones que caracterizan el arreglo de electrodos.En una hoja aparte, anote sus observaciones.4.- Repita el procedimiento anterior para cada uno de los pares (juegos) de electrodos de que dispone, ponga especial atención en el arreglo de electrodos circulares concéntricos.

6

3ª parte. Comportamiento del campo eléctrico en las cercanías de un conductor esférico electrizado.1.- Conecte la terminal positiva del generador electrostático (GE) a la esfera hueca (EH). Conecte la terminal positiva del voltímetro electrostático (VE) a la zonda (Z) y su terminal negativa (tierra) a la terminal negativa del generador. Vea la figura y el diagrama anexos.2.- Active el generador a su máximo y espere a que se estabilice. Para verificar que está estabilizado bastará colocar la zonda a unos 18 cm de la esfera hueca, la estabilización de la aguja del voltímetro electrostático indicará que la carga en la esfera hueca es constante, es decir, la pérdida de carga en la esfera hueca es aproximadamente igual a su ganancia.3.- Una vez estabilizado el generador coloque la zonda a 30 cm del centro de la esfera hueca en la línea que forma la esfera hueca y el generador de la banda (ver diagrama).4.- Pase en dos ocasiones la flama de la vela (V) a 3 cm de la zonda (ver diagrama), procurando que esta operación la efectúe una sola personal, ya que la intervención de otra modificará la cantidad que se está midiendo. Observe y tome nota del comportamiento de la aguja indicadora del voltímetro electrostático.5 Vaya acercando la zonda a la esfera hueca, a intervalos de 2 cm repitiendo en cada paso la instrucción (4) Tome nota de los valores de la distancia que guarda la posición de la zonda con el centro de la esfera hueca y del potencial que indica el voltímetro electrostático.

Resultados:

V (V) 6.1 x103

R (m) .30

7

En base al primer par de datos generamos los siguientes del campo eléctrico.

V 1=kqrq=

V 1r

k=

(6. x103V ) ( .30m )

9x 109N m2

C2

=2 X10−7C (Cargateorica)V 2=9x 10

9 N m2

C2 ( 2 x10−7C.28m )=6428.57V

Con elmismo procedimientoobtener hastaV 9

V (V) 6100 6428.57 6923.07 7500 8181.81 9000 10000 11250 12857.14R (m) .30 .28 .26 .24 .22 .20 .18 .16 .14Graficamos con los siguientes datos:X V(V) 6100 6428.57 6923.07 7500 8181.81 9000 10000 11250 12857.14Y 1/r(m) 3.333 3.571 3.846 4.166 4.545 5 5.555 6.25 7.142

3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.50

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

1/r VS V

Series2

1/r

V

Y obtenemos:r=0.9999m=1788.73Vmb=65.42V

Ley Física:y= (1788.73Vm ) x+65.42V y=mx+bV=k q

1rV= ykq=m

1r=x

8

kq=1788.73Vmq=1788.73( Nm

C )m9 x 199

N m2

C2

=1.98x 10−7C

Error experimental.E . E .=|1.98 x10−7C−2 X 10−7C

2 X10−7C |x100%=1%

Campo eléctrico:Con la ecuación de campo eléctrico obtenemos el campo eléctrico en cada punto.

E1=kqr2

=9 x 199N m2

C2 [ 2 X10−7C( .30m )2 ]=20000 V

mContinuar conelmismo procedimientohasta obtemner E9

E(V/m) 20000 22959.18 26627.21 31250 37190.08 45000 55555.55 70312.5 91836.73Graficamos con los siguientes datos.X E (V/m) 20000 22959.18 26627.21 31250 37190.08 45000 55555.55 70312.5 91836.73Y 1

r211.11 12.75 14.79 17.36 20.66 25 30.86 39.06 51.02

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 550

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

90000

100000

1/r VS E

Series2

1/r

E

Obtenemos:r=1m=1799.99Vmb=−2.58 V

M

9

Ley Física.y=1799.99Vm ( x )−2.58 V

My=mx+bE=kq

1

r2E= y kq=m

1

r2=xkq=1799.99Vm

k=1799.99Vm

2 X 10−7C=1799.99( Nm

C )m2 X 10−7C

=8.99 x199N m2

C2

Error Experimental:E . E .=|8.99 x199

N m2

C2 −9 x199N m2

C2

9x 199N m2

C2 |x 100%=0.11%

Conclusiones:En la realización de la práctica la primera vez obtuvimos datos erróneos, con los cuales no pudimos trabajar en el desarrollo de la práctica.Algunas de las causas posibles por las cuales no obtuvimos bien los datos pueden ser que no supimos manejar el equipo adecuadamente, alguna condición climática, algún desperfecto en el equipo, un error en las formulas o la notación de los datos.Las primeras partes de la práctica fueron exitosas ya que aprendimos a base de ejemplos las linead del campo eléctrico y como se puede detectar el campo eléctrico con la esfera hueca cargada y la de unicel siendo el material neutro que recibe electrones.

10

Introducción teórica.

Capacitor de Placas Planas Paralelas. Para entender algunos de los factores que determinan el valor de la capacitancia de un dispositivo consideraremos un capacitor conformado por un par de placas planas paralelas, como se muestra en la figura 1. Si +s y -s son las densidades superficiales de carga eléctrica en las superficies de área A, las cargas eléctricas en las placas tienen magnitudes +Q y – Q, respectivamente, con Q = sA. Como las cargas eléctricas en las placas son de diferente tipo, tienden a atraerse, por lo que quedan depositadas en las superficies internas del capacitor. En el problema 2.16 se obtuvo la diferencia de potencial eléctrico para este dispositivo (ec. 2.65):

en donde d es la distancia de separación entre las placas, y e0 es la permitividad eléctrica del vacío. Sustituyendo la expresión para la densidad de carga en términos de la carga eléctrica, tenemos:

11

Figura 1. Capacitor de placas planas paralelas con cargas de diferente tipo, y líneas de campo en su interior. por lo que al compararla con la expresión 1, encontramos que la capacitancia para el capacitor de placas planas paralelas es:

(3) En otras palabras, la capacitancia depende:

i) de factores geométricos de los conductores, como lo son el área en donde está depositada la carga eléctrica y la distancia de separación entre las placas; y,

ii) de las características del medio en el que se encuentran inmersos los conductores, representadas en este

caso por la permitividad eléctrica del vacío e0. 

Desarrollo experimental.

-Material utilizado:

1. Capacitor Experimental de placas planas y paralelas.2. Multímetro digital M-4650 CR.3. Dos cables de conexión para medición de capacidad.4. Diez placas de acrílico5. Un flexómetro.6. Paño de lana.7. Voltímetro electrostático.8. Punta de prueba.9. Barra de acrílico10. 2 cables banana-caimán (1m)

Primera parte.1. Ensamble el circuito mostrado en la figura.

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2. Coloque una placa de acrílico entre las paletas del capacitor y comprímalas para oprimirla.3. Retire la placa del capacitor y mida la distancia que quedo abierto.4. Active el voltímetro y registre la medida.5. Desconecte el voltímetro unos cuantos segundos, enseguida conecte otra vez y registre la medición.6. Repita el paso anterior y registre las distancias con las capacitancias.

Resultados:

d(cm) C1(nF) C2(nF) C3(nF) C(nF)0.6 0.111 0.111 0.111 0.1111.2 0.066 0.065 0.066 0.065666671.8 0.052 0.052 0.052 0.0522.4 0.044 0.044 0.044 0.0442.8 0.041 0.04 0.04 0.040333333.4 0.038 0.038 0.038 0.038

13

4.1 0.035 0.035 0.035 0.0354.6 0.034 0.034 0.033 0.033666675.1 0.032 0.032 0.032 0.0325.7 0.03 0.03 0.03 0.03

Realizamos la transformación 1/d en metros, así como transformamos la capacitancia promedio de nanofaradios a faradios.

1/d(1/m) C(F)166.66 0.111 x10−9

83.33 0.06566667 x 10−9

55.55 0.052 x10−9

41.66 0.044 x 10−9

35.71 0.04033333 x10−9

29.41 0.038 x10−9

24.39 0.035 x10−9

21.73 0.03366667 x 10−9

19.60 0.032 x10−9

17.54 0.03 x10−9

0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800

2E-11

4E-11

6E-11

8E-11

1E-10

1.2E-10

1/d VS C

Series2

1/d(1/m)

C(F)

Obtenemosm=5.363486 x 10−13Fmb=2.155607 x10−11Fr=0.9997

Ley Física:Y= (5.363486 x10−13 Fm) 1

d+2.155607 x 10−11F

Línea de mejor ajuste:X=1/d (1/m) Y=mx+b (F)

14

166.6666667 1.10947E-1083.33333333 6.62517E-1155.55555556 5.13532E-1141.66666667 4.39039E-1135.71428571 4.07113E-1129.41176471 3.7331E-11

24.3902439 3.46377E-1121.73913043 3.32158E-1119.60784314 3.20727E-1117.54385965 3.09657E-11

0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800

2E-11

4E-11

6E-11

8E-11

1E-10

1.2E-10

Y=mx+b (F)

Y=mx+b (F)

Comparando la Ley Física:Y=mx+bC=ε 0

AdC=ε 0 A

1d

Obtenemos:Y=C x=1

dm=ε0 AA=π d2

4=

π (0.225m )2

4=0.03976m2

ε 0exp=mA

=5.363486 x 10−13Fm

0.03976m2 =5.363486 x 10−13( C2

Nm )m0.03976m2 =1.3489x 10−11 C2

N m2

15

Error Experimental:ε 0Teo=8.85 x10−12 C2

Nm2

E . E .=¿

Segunda parte.Desarrollo:

1. Colocar una placa de dieléctrico y acerque las placas del capacitor hasta que ajusten a este. Mida la separación de las placas y anótelas en la tabla.2. Encienda el capacitor y mida la capacitancia del capacitor Cd, anotando el valor en la tabla.3. Siga introduciendo las palcas de acrílico disponibles, mida la separación de las palcas así como al capacitancia.d (m) Cd (F)

0.007 2.69E-100.013 1.55E-100.018 1.14E-100.024 9.6E-110.031 8E-110.036 7.2E-110.042 6.4E-110.047 6.1E-110.053 5.5E-110.058 5.3E-11

Graficaremos con los siguientes datos:1/d (1/m) Cd (F)142.857143 2.69E-1076.9230769 1.55E-1055.5555556 1.14E-1041.6666667 9.6E-1132.2580645 8E-1127.7777778 7.2E-1123.8095238 6.4E-1121.2765957 6.1E-1118.8679245 5.5E-11

16

17.2413793 5.3E-11

0 20 40 60 80 100 120 140 1600

5E-11

1E-10

1.5E-10

2E-10

2.5E-10

3E-10

1/d VS Cd

Series2

1/d

Cd

Obtenemos:m=1.71211 x 10−12Fmb=2.34451 x10−11Fr=0.9996

Ley Física:Y=(1.71211 x10¿¿−12Fm) 1

d+2.34451 x10−11F ¿

Línea de mejor ajuste:1/d (1/m) Y=mx+b

142.8571429 2.6803E-1076.92307692 1.5514E-1055.55555556 1.1856E-1041.66666667 9.4783E-1132.25806452 7.8674E-1127.77777778 7.1003E-1123.80952381 6.4209E-1121.27659574 5.9873E-1118.86792453 5.5749E-1117.24137931 5.2964E-11

17

0 20 40 60 80 100 120 140 1600

5E-11

1E-10

1.5E-10

2E-10

2.5E-10

3E-10

Y=mx+b

Y=mx+b

Comparando la Ley Física:Y=mx+bC=ε r ε0

AdC=ε r ε0 A

1dY=C m=ε r ε0 A x=1

d

Despejamos:ε r=

mε0 A

m=1.71211 x 10−12Fmε 0=1.3489 x10−11 C2

N m2 A=0.03976m2

Obtenemos la permitividad del acrílico.ε rExp=

mε0 A

= 1.71211 x10−12Fm

(1.3489 x10−11 C2

N m2 )(0.03976m2)=3.1923

ε rTeo=5.6Error Experimental:E . E .=¿

Conclusiones:En la práctica presente armamos un capacitor de placas planas y paralelas, además de que conocimos sus propiedades, una importante y muy notoria en la práctica fue que mientras se incrementaba la separación entre sus placas, la capacitancia iba disminuyendo.El resultado de los datos obtenidos indican que la capacitancia se mide con unidades muy pequeñas por lo cual es importante utilizar los submúltiplos que más nos convengan en la

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notación de los datos.Con los resultados del error experimental obtenido tanto en la permitividad del acrílico como la del capacitor, se nota un elevado índice de error, entre las posibles razones de tan grande error pueden ser la poca experiencia al manejar voltímetros y no esperar a que se estabilizaran, tomar varias lecturas del mismo valor, alguna interferencia entre las placas de los capacitores entre muchos otros más.Los capacitores de placas paralelas son importantes dentro del campo de la electrónica, ya que ellos son parte importante de los circuitos integrados.

Introducción teórica.

Diferencia de potencial

La tensión entre dos puntos de un campo eléctrico es igual al trabajo que realiza dicha unidad de carga positiva para transportarla desde el punto A al punto B. En el Sistema Internacional de Unidades, la diferencia de potencial se mide en voltios (V), al igual que el potencial.

19

La tensión es independiente del camino recorrido por la carga, y depende exclusivamente del potencial eléctrico de los puntos A y B en el campo.

Si dos puntos que tienen una diferencia de potencial se unen mediante un conductor, se producirá un flujo de electrones. Parte de la carga que crea el punto de mayor potencial se trasladará a través del conductor al punto de menor potencial y, en ausencia de una fuente externa (generador), esta corriente cesará cuando ambos puntos igualen su potencial eléctrico (Ley de Henry). Este traslado de cargas es lo que se conoce como corriente eléctrica.

Cuando se habla sobre una diferencia de potencial en un sólo punto, o potencial, se refiere a la diferencia de potencial entre este punto y algún otro donde el potencial sea cero.

Otra de las formas de expresar la tensión entre dos puntos es en función de la intensidad de corriente y la resistencia existentes entre ellos; así se obtiene uno de los enunciados de la ley de Ohm, que dice:

Resistencia eléctrica.

Se denomina resistencia eléctrica, simbolizada habitualmente como R, a la dificultad u oposición que presenta un cuerpo al paso de una corriente eléctrica para circular a través de él. En el Sistema Internacional de Unidades, su valor se expresa en ohmios, que se designa con la letra griega omega mayúscula, Ω. Para su medida existen diversos métodos, entre los que se encuentra el uso de un ohmímetro.

Una resistencia real en corriente continua (CC) se comporta prácticamente de la misma forma que si fuera ideal, esto es, transformando la energía eléctrica en calor por efecto Joule. La ley de Ohm para corriente continua establece que:

Corriente eléctrica.La corriente o intensidad eléctrica es el flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe a un movimiento de los electrones en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C·s-1 (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, lo que se aprovecha en el electroimán.

Según la ley de Ohm, la intensidad de la corriente es igual al voltaje dividido por la resistencia que oponen los cuerpos:

 

Desarrollo experimental.

-Material utilizado:

 Control de voltaje de C.D. (0 – 25v) o fuente regulada.

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 Voltímetro de C.D. de 0 – 10V o 0 – 30 (bobina móvil).

 Medidor de bobina móvil con carátula de 0-1 A. CD, o multímetro digital simple.

 Interruptor de navaja.

 Reostato de 0-100 ohms.

 Micrómetro

 Flexómetro.

 Conductores de nicromel de diferentes dimensiones.

 Portafusibles con fusible.

 Cables banana-banana.

 4 cables caimán-caimán.

 Cables caimán-banana.

Primera parte.INVESTIGAR COMO VARÍA LA CORRIENTE QUE CIRCULA POR UN CONDUCTOR CUANDO CAMBIA LA DIFERENCIA DE POTENCIAL APLICADA A ESE, CONSERVANDO SU RESISTENCIA CONSTANTE.Forme el circuito que ilustra la figura siguiente.

1. Usando uno de los 5 conductores de nicromel (R), tome una serie de 10 lecturas de voltaje para 10 valores de corriente empezando con 0.05 A.

2. Tabule y grafique los datos del punto anterior, considerando a V en el eje de las ordenadas.3. Efectúe la regresión que considere apropiada y determine la Ley Física.4. Interprete físicamente a cada uno de los parámetros que aparecen en esta Ley Física.

Resultados:

n R(Ω) I(A) V(Volts)

21

1 3.6 0.05 0.222 3.6 0.1 0.343 3.6 0.15 0.524 3.6 0.2 0.685 3.6 0.25 0.856 3.6 0.3 1.027 3.6 0.35 1.168 3.6 0.4 1.369 3.6 0.45 1.43

10 3.6 0.5 1.65

Graficar I(A) VS V (Volts).

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

V VS I

Series2

I

V

Obtenemos:

m=3.189 VoltA

=3.189Ωb=0.046Voltr=0.9987

Ley Física:

Y=mx+bY=[(3.189 VoltA ) ( x )]+0.046Vo<¿

Obtenemos la línea de mejor ajuste:

22

I(A) Y=mx+b (V)0.05 0.20545

0.1 0.36490.15 0.52435

0.2 0.68380.25 0.84325

0.3 1.00270.35 1.16215

0.4 1.32160.45 1.48105

0.5 1.6405Graficamos con loso nuevos datos:

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

Linea de mejor ajuste

Series2

I

V

Comparando la ley física:

Y=mx+bLey deOhm :V=RIObtenemos :V= y x=I m=RexpRexp=3.189ΩRTeo=3.6Ω

Calculamos el error experimental:

E . E .=|RTeo−RexpRTeo

|x100%=|3.6Ω−3.189Ω3.6Ω |x100%=11.41%

Segunda parte:

23

Investigar la variación de voltaje al cambial la resistencia de un conductor, conservando la corriente constante.

1. Forme el circuito del experimento anterior, pero ahora en lugar del conductor de nicromel utilice el reóstato (resistencia variable).

2. Hecho el circuito, desconecte el reóstato de este circuito y con el ohmetro calibre este a 10 ohms.

3. Coloque de nuevo al reóstato en el circuito y varíe el voltaje de alimentación hasta que su amperímetro marque 0.2 A.

4. Repita los 2 puntos anteriores para valores de resistencia en el reóstato de 20, 30, 40, 50, 60 70 y 80 ohms, conservando siempre un valor de corriente de 0.2 A. Esto último lo logrará variando el voltaje de alimentación.

5. Grafique V vs R, efectúe la regresión apropiada, considere a V en el eje de las ordenadas.

6. Considerando las unidades que intervienen en la regresión, determine la ley física e interprete el significado físico de los parámetros de esta ley.

7. Qué relación existe entre la pendiente de la ley física y la lectura de 0.2 A, utilizada en los últimos puntos de este procedimiento.

Datos:n I(A) R(Ω) V(Volts)

1 0.2 10 2.092 0.2 20 4.323 0.2 30 6.534 0.2 40 8.825 0.2 50 10.936 0.2 60 13.217 0.2 70 15.48 0.2 80 17.559 0.2 90 19.82

Graficamos V VS R:

24

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

5

10

15

20

25

V VS R

Series2

R

V

Obtenemos:

m=0.2212 VΩ

=0.2212 Ab=−0.09833Vr=0.9999

Ley Física:

Y=mx+bY=[(0.2212 VΩ ) ( x )]−0.09833V

Obtenemos la línea de mejor ajuste:

R(Ω) Y=mx+b(V)10 2.1136720 4.3256730 6.5376740 8.7496750 10.9616760 13.1736770 15.3856780 17.5976790 19.80967

Graficamos los nuevos datos:

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

5

10

15

20

25

Linea de mejor ajuste

Series2

R

V

Comparando la ley física:

Y=mx+bLey deOhm :V=RIObtenemos :V= y x=Rm=I expI exp=0.2212 A I Teo=0.2 A

Calculamos el error experimental:

E . E .=| I Teo−I expI Teo

|x100%=|0.2 A−0.2212 A0.2 A |x100%=10.6%

25

Conclusiones:

En la práctica actual aprendimos como se relacionan las variables diferencia de potencial (V), intensidad de corriente (I) y resistencia (R), las cuales se relacionan en la Ley de Ohm, que enuncia V=RI.

De la Ley de Ohm podemos conocer tanto los valores de intensidad de corriente, resistencias o diferencias de potencial, obteniendo los valores adeuados para poder despejar cada incognita.

La Ley de Ohm tiene varias aplicaciones, tanto en la electricidad y electronia al darnos a conocer las resistencias e intensidades que deben tener los circuitos eléctricos; asi como en la neumática; Si tenemos un fluido dentro de un tubo, la diferencia de presiones entre sus extremos equivale a la diferencia de potencial o tensión; el caudal a través del conducto equivale a la intensidad de la corriente eléctrica; y la suma de obstáculos que impiden la corriente del fluido equivale a la resistencia eléctrica.

Introducción teórica.

Carga y descarga de un capacitor.

El capacitor es un dispositivo que almacena energía en un campo electrostático. Una lámpara de destello o de luz relámpago, por ejemplo, requiere una breve emisión de energía eléctrica, un poco mayor de lo que generalmente puede proporcionar una batería. Podemos sacar energía con relativa lentitud (más de varios segundos) de la batería al capacitor, el cual libera rápidamente (en cuestión de milisengundos) la energía que pasa al foco. Otros capacitores mucho más grandes se emplean para proveer intensas pulsaciones de láser con el fin de inducir una fusión termonuclear en pequeñas bolitas de hidrógeno.

Los capacitores se usan también para producir campos eléctricos como es el caso del dispositivo de placas paralelas que desvía los haces de partículas cargadas. Los capacitores tienen otras funciones importantes en los circuitos electrónicos, especialmente para voltajes y corrientes variables con el tiempo.

La propiedad para almacenar energía eléctrica es una característica importante del dispositivo eléctrico llamado Capacitor. Se dice que un capacitor está cargado, o sea cuando el capacitor almacena energía, cuando existe carga eléctrica en sus placas o cuando existe una diferencia de potencial entre ellas. La forma más común para almacenar energía en un capacitor es cargar uno mediante una fuente de fuerza electromotriz fem; de ésta forma y después de un tiempo relativamente corto, el capacitor adquiere una carga eléctrica Qo y por lo mismo tendrá una diferencia de potencial Vo entre sus placas. 

Desarrollo experimental.

-Material utilizado:

1. Un capacitor electrolítico de 100.0 a 20 V.2. Una fuente de 9.0 V de cd.3. Un voltímetro digital con interfaces M-38580 METEX con cable de interfaces a la PC.4. Un interruptor un polo un tiro.

26

5. Una PC IBM50/52.6. Dos conectores caimán-caimán.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

 

1. Arme el circuito de la figura, teniendo cuidado con la polaridad del capacitor.

2. La conexión del capacitor es importante, así que pida al profesor que verifique sus conexiones antes de iniciar las mediciones.

3. Seleccione en el multímetro la escala para medir voltaje CD, conéctelo al circuito y con el cable de la interfaces conéctelo a la PC.

4. Encienda la PC colocando en el drive de la izquierda el disquete del sistema operativo, Coloque en el drive de la derecha el disquete del programa VEXP.EXE Ubique la computadora en el drive de la derecha mediante el comando: b:

5. Ejecute el programa VEXP en el drive de trabajo y aparecerá la presentación del software:

NOTA: Solo se tomara en cuenta la etapa de descarga.

Resultados:

n Tiempo (s) Voltaje (v)

1 0 6.24

2 0.013 3.63

3 0.018 2.1

4 0.0235 1.17

5 0.029 0.67

6 0.0345 0.4

7 0.04 0.24

8 0.0455 0.17

9 0.051 0.11

10 0.06 0.07

11 0.0645 0.06

12 0.0715 0.05

27

13 0.076 0.04

14 0.0955 0.03

15 0.133 0.02

16 0.145 0.01

Graficar Tiempo(s) VS Voltaje (Volts).

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.160

1

2

3

4

5

6

7

f(x) = − 25.9464204241138 x + 2.3976111488564R² = 0.381032471864987

Voltaje VS Tiempo

Series2Linear (Series2)

Tiempo (s)

Volta

je (V

)

Obtenemos:

m=−25.9464 Volts

b=2.3976Voltr=−0.6172

Ley Física:

Y=mx+bY=[(−25.9464 Volts )( x )]+2.3976Volt

Conforme a los datos, el fenómeno NO ES LINEAL.

28

Se procede a hacer una transformación en Z.

V=V 0 e−tRClnV=ln (V 0e

−tRC )lnV=ln e

−tRC + lnV 0

lnV=−1RC

t+ lnV 0Z=m∗¿ x+b∗¿Z=lnV m∗¿=−1RC

b∗¿=lnV 0

Realizamos la transformación:

n Tiempo (s) ln V1 0 1.8309801822 0.013 1.2892326483 0.018 0.7419373454 0.0235 0.1570037495 0.029 -0.4004775676 0.0345 -0.9162907327 0.04 -1.4271163568 0.0455 -1.7719568429 0.051 -2.207274913

10 0.06 -2.65926003711 0.0645 -2.81341071712 0.0715 -2.99573227413 0.076 -3.21887582514 0.0955 -3.50655789715 0.133 -3.91202300516 0.145 -4.605170186

Graficamos con loso nuevos datos:

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

f(x) = − 43.5076793430644 x + 0.796369936429431

X vs Z

Series2Linear (Series2)

X=t

Z=ln

V

29

Obtenemos nuevamente:

m∗¿=−43.508 Vsb∗¿=0.7964V r=−0.9217

Con esos datos obtenemos la línea de mejor ajuste:

n Tiempo (s) Z=mx+b1 0 0.79642 0.013 0.2307963 0.018 0.0132564 0.0235 -0.2260385 0.029 -0.4653326 0.0345 -0.7046267 0.04 -0.943928 0.0455 -1.1832149 0.051 -1.422508

10 0.06 -1.8140811 0.0645 -2.00986612 0.0715 -2.31442213 0.076 -2.51020814 0.0955 -3.35861415 0.133 -4.99016416 0.145 -5.51226

Graficamos los nuevos datos:

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

f(x) = − 43.508 x + 0.7964

X vs Z

Series2Linear (Series2)

x=t

Z=m

x+b

30

Comparando con la ecuación obtenemos la resistencia:

m∗¿=−1RC

R= −1m∗¿C

m∗¿=−43.508 VsC=100 x10−6 F

Rexp=−1

(−43.508 Vs ) (100 x10−6F )

=229.84Ω

Rteo=100Ω

Calculamos el error experimental:

E . E .=|Rteo−Rexp

Rteo|x100=|100Ω−229.84Ω

100Ω |x 100=129.84%Ahora obtenemos el voltaje inicial:

b∗¿=lnV 0eb∗¿=e lnV 0V 0=eb∗¿b∗¿=0.7964VoltsV 0exp=e0.7964Volts=2.2175VoltsV 0 tep=6.24Volts

Calculamos el error experimental:

E . E .=|V 0teo−V 0exp

V 0teo|x100=|6.24Volts−2.2175Volts6.24Volts |x100=64.46%

Conclusiones:

Ya que recurrimos a un ordenador para obtener los datos de la carga y descarga de un capacitor, obtuvimos una cantidad excesiva de datos, la cual tuvimos que recortar y tomar los más significativos para la etapa de descarga, no tomando las precauciones de que siguieran una periodicidad adecuada, lo que origino cambios bastantes visibles en los cálculos de resistencia y voltaje.

El error experimental tan grande nos muestra que se pueden volver a hacer los cálculos tomando una mayor cantidad de datos, que lleven una periodicidad más notable.

Introducción teórica.

La ley de la conservación de la energía constituye el primer principio de la termodinámica y afirma que la cantidad total de energía en cualquier sistema aislado (sin interacción con ningún otro sistema) permanece invariable con el tiempo,

31

aunque dicha energía puede transformarse en otra forma de energía. En resumen, la ley de la conservación de la energía afirma que la energía no puede crearse ni destruirse, sólo se puede cambiar de una forma a otra, por ejemplo, cuando la energía eléctrica se transforma en energía calorífica en un calefactor.

El principio en mecánica clásica

En mecánica lagrangiana la conservación de la energía es una consecuencia del teorema de Noether cuando el lagrangiano no depende explícitamente del tiempo. El teorema de Noether asegura que cuando se tiene un lagrangiano independiente del tiempo, y por tanto, existe un grupo uniparamétrico de traslaciones temporales o simetría, puede construirse una magnitud formada a partir del lagrangiano que permanece constante a lo largo de la evolución temporal del sistema, esa magnitud es conocida como hamiltoniano del sistema. Si además, la energía cinética es una función sólo del cuadrado de las velocidades generalizadas (o lo que es equivalente a que los vínculos en el sistema sean esclerónomos, o sea, independientes del tiempo), puede demostrarse que el hamiltoniano en ese caso coincide con la energía mecánica del sistema, que en tal caso se conserva.

En mecánica newtoniana el principio de conservación de la energía, no puede derivarse de un principio tan elegante como el teorema de Noether, pero puede comprobarse directamente para ciertos sistemas simples de partículas en el caso de que todas las fuerzas deriven de un potencial, el caso más simple es el de un sistema de partículas puntuales que interactúan a distancia de modo instantáneo.

Desarrollo experimental:

A la Ley de Mallas y a la Ley de Nodos juntos, se les conoce como Leyes de Kirchoff. Para usar estos principios se deben considerar las siguientes reglas para las caídas de potencial por elemento eléctrico que pueden componer un circuito: 

elementoESTUDIO A FAVOR

CORRIENTE ( i)ESTUDIO EN CONTRA

CORRIENTE ( i)

Resistencia

- iR + iR

Capacitor

+ -−Q

C+QC

INSTRUMENTOS Y COMPONENTES. Variador de voltaje de C.D. 0-25 o fuente regulada. Instrumento universal de bobina móvil. Carátula de 0-1 A. C.D. Resistencias de diferentes valores. Cables de conexión con doble caimán. Cables de conexión con caimán y banana.

32

Instrumento universal de bobina móvil. Carátula de 0-30 V C.D. Multímetro digital simple. Multímetro digital con interfase.

Desarrollo Experimental:CIRCUITO SERIE. Forme el circuito de la figura iniciando como valores para R1, R2 y R3 los que considere convenientes.

1. Una vez que conecte todos los elementos que indica la figura, aplique entre los puntos A y B un voltaje menor a 10 volts.

2. Mida la diferencia de potencial entre los puntos: B y C; C y D; D y E; A y E.Mida la corriente que circula por cada una de las resistencias del circuito de la figura. Procure poner el amperímetro

en serie con las resistencias y utilizando la ley de ohm, calcule la resistencia total o equivalente.3. El circuito de la figura está constituido en forma de serie. De acuerdo a sus mediciones efectuadas en el punto

anterior, busque una relación entre las caídas de voltaje en cada una de las resistencias con el voltaje de entrada.4. Verifique el punto 3 mediante el uso de la ley de mallas.5. Explique el resultado del punto 2.

CIRCUITO PARALELO. Forme el circuito de la figura 2, el cual corresponde a un circuito paralelo.

 

33

 Figura 2. Circuito paralelo.

 1. Aplíquese un voltaje menor de 10 volts entre los puntos A y B.2. Conecte el amperímetro (en serie) entre los puntos A y B conservando la polaridad indicada por este.3. Mida las corrientes en los puntos C y D.4. Compare la suma de estas 2 corrientes con la corriente en A o B.5. Mida la caída de voltaje a través de las resistencias R1 y R2 y compare estas caídas de voltaje con el voltaje de

entrada al circuito.

Resultados:

Circuito en serie.Número R teórica (Ω) R medida (Ω) V (Volts) I (A) R experimental (Ω)

1 270 270 4.18 0.02 2092 100 99.5 1.53 0.02 76.53 180 181 2.8 0.02 140

Total 550 550.5 8.51 0.02 425.5

V Total=V 1+V 2+V 3V=RI RTotal I=R1 I+R2 I+R3 IRTotal I=I (R1+R2+R3)Errores Experimentales:

Voltaje:

V Teórico=10VV Experimental=8.51V E . E .=|V Teórico−V Experimental

V Teórico|x 100%=|10V −8.51V

10V |x 100%=14.9%

Resistencia Medida:

RTeorica=550ΩRMedida=550.5ΩE . E .=|RTeórico−RMedida

RTeórico|x 100%=|550Ω−550.5Ω

550Ω |x 100%=0.09%

Resistencia Experimental:RTeorica=550ΩRExperimental=425.5Ω

E . E .=|RTeórico−RExperimental

RTeórico|x100%=|550Ω−425.5Ω

550Ω |x 100%=22.6%

Circuito en paralelo:

Número R teórica (Ω) R medida (Ω) V (Volts) I (A) R experimental (Ω)1 180 181 8.28 0.04 2072 100 99.5 8.28 0.08 103.5

Totales 280 280.5 8.28 0.12 310.5

34

I Total=I 1+ I 2I=VR

VRTotal

= VR1

+ VR2

VRTotal

=V ( 1R1

+1R2

) VV RTotal

=( 1R1

+1R2

) 1RTotal

=( 1R1

+1R2 )

RTot al=¿ 1

( 1R1+ 1R2 )¿

Errores Experimentales: Voltaje:

V Teórico=10VV Experimental=8.28V E . E .=|V Teórico−V Experimental

V Teórico|x 100%=|10V −8.28V

10V |x 100%=17.2%

Resistencia Medida:

RTeorica=280ΩRMedida=280.5ΩE . E .=|RTeórico−RMedida

RTeórico|x 100%=|280Ω−280.5Ω

280Ω |x 100%=0.17%

Resistencia Experimental:RTeorica=280ΩRExperimental=310.5Ω

E . E .=|RTeórico−RExperimental

RTeórico|x100%=|280Ω−310.5Ω

280Ω |x100%=10.8%

Conclusiones:

En la práctica comprobamos que la energía permanece constante en los diferentes circuitos, ya que la energía medida por los voltímetros era muy parecida a la que tenia indicada cada resistencia.

Nos dimos cuenta que en un circuito en serie la intensidad permanece constante, mientras que en un circuito en paralelo el voltaje permanece constante. Auxiliándonos de la ley de Ohm pudimos calcular las resistencias experimentales con los datos obtenidos durante la práctica.

Una vez obtenidas las resistencias calculadas las pudimos comparar con los valores marcados en cada una de las resistencias y ver en cuanto diferían esos datos con los datos obtenidos con los instrumentos de medición y con nuestros cálculos.

IINTERACCIÓNNTERACCIÓN ENTREENTRE POLOSPOLOS MAGNÉTICOSMAGNÉTICOS NATURALESNATURALES YY LALA VISUALIZACIÓNVISUALIZACIÓN DEDE LÍNEASLÍNEAS DEDE INDUCCIÓNINDUCCIÓN

MAGNÉTICAMAGNÉTICA

35

Introducción teórica.

Un imán (del francés aimant) es un cuerpo o dispositivo con un campo magnético significativo, de forma que tiende a alinearse con otros imanes (por ejemplo, con el campo magnético terrestre).

Los fenómenos magnéticos fueron conocidos por los antiguos griegos. Se dice que por primera vez se observaron en la ciudad de Magnesia en Asia Menor, de ahí el término magnetismo. Sabían que ciertas piedras atraían el hierro y que los trocitos de hierro atraídos, atraían a su vez a otros. Estas se denominaron imanes naturales.

Fue Oersted quien evidenció en 1820 por primera vez que una corriente genera un campo magnético a su alrededor. En el interior de la materia existen pequeñas corrientes cerradas al movimiento de los electrones que contienen los átomos; cada una de ellas origina un microscópico imán. Cuando estos pequeños imanes están orientados en todas direcciones sus efectos se anulan mutuamente y el material no presenta propiedades magnéticas; y en cambio, si todos los imanes se alinean, actúan como un único imán y en ese caso decimos que la sustancia se ha magnetizado.

Tanto si se trata de un tipo de imán como de otro, la máxima fuerza de atracción se halla en sus extremos, llamados polos. Un imán consta de dos polos, denominados polo norte y polo sur. Los polos iguales se repelen y los polos distintos se atraen. No existen polos aislados (monopolo magnético), y por lo tanto, si un imán se rompe en dos partes, se forman dos nuevos imanes, cada uno con su polo norte y su polo sur, aunque la fuerza de atracción del imán disminuye.

Entre ambos polos se crean líneas de fuerza, siendo estas líneas cerradas, por lo que en el interior del imán también van de un polo al otro. Como se muestra en la figura, pueden ser visualizadas esparciendo limaduras de hierro sobre una cartulina situada encima de una barra imantada; golpeando suavemente la cartulina, las limaduras se orientan en la dirección de las líneas de fuerza.

36

En electromagnetismo, el diamagnetismo es una propiedad de los materiales que consiste en ser repelidos por los imanes. Es lo opuesto a los materiales ferromagnéticos los cuales son atraídos por los imanes. El fenómeno del diamagnetismo fue descubierto y nominado por primera vez en septiembre de 1845 por Michael Faraday cuando vio un trozo de bismuto que era repelido por un polo cualquiera de un imán; lo que indica que el campo externo del imán induce un dipolo magnético en el bismuto de sentido opuesto.

El paramagnetismo es la tendencia de los momentos magnéticos libres (espín u orbitales) a alinearse paralelamente a un campo magnético. Si estos momentos magnéticos están fuertemente acoplados entre sí, el fenómeno será ferromagnetismo o ferromagnetismo. Cuando no existe ningún campo magnético externo, estos momentos magnéticos están orientados al azar. En presencia de un campo magnético externo tienden a alinearse paralelamente al campo, pero esta alineación está contrarrestada por la tendencia que tienen los momentos a orientarse aleatoriamente debido al movimiento térmico.

El ferromagnetismo es un fenómeno físico en el que se produce ordenamiento magnético de todos los momentos magnéticos de una muestra, en la misma dirección y sentido. Un material ferromagnético es aquel que puede presentar ferromagnetismo. La interacción ferromagnética es la interacción magnética que hace que los momentos magnéticos tiendan a disponerse en la misma dirección y sentido. Ha de extenderse por todo un sólido para alcanzar el ferromagnetismo.

Desarrollo experimental:

INSTRUMENTOS Y COMPONENTES.1. Tres imanes permanentes (o naturales) en forma de barra.2. Soporte aislado para imán de barra.3. Dos barras metálicas.4. Brújula.5. Imán permanente en forma de U.6. Limaduras de hierro.7. Hojas de papel.8. Una aguja imantada con libertad de giro.9. Una aguja NO imantada con libertad de giro.

Desarrollo Experimental:

PROCEDIMIENTO Y ANALISIS 1.1.

Coloque la barra N° 1 como ilustra la figura 1.

37

 

PROCEDIMIENTO Y ANALISIS 2.1.

 Coloque uniformemente las limaduras de hierro sobre toda la superficie de la hoja de papel.

Resultados:

IINTERACCIÓNNTERACCIÓN ENEN CAMPOSCAMPOS MAGNÉTICOSMAGNÉTICOS ESTÁTICOSESTÁTICOS

Introducción teórica.

El campo magnético es una región del espacio en la cual una carga eléctrica puntual de valor q que se desplaza a una velocidad , sufre los efectos de una fuerza que es perpendicular y proporcional tanto a la velocidad como al campo, llamada inducción magnética o densidad de flujo magnético. Así, dicha carga percibirá una fuerza descrita con la siguiente igualdad.

38

(Nótese que tanto F como v y B son magnitudes vectoriales y el producto cruz es un producto vectorial que tiene como resultante un

vector perpendicular tanto a v como a B). El módulo de la fuerza resultante será

La existencia de un campo magnético se pone de relieve gracias a la propiedad localizada en el espacio de orientar un magnetómetro (laminilla de acero imantado que puede girar libremente). La aguja de una brújula, que evidencia la existencia del campo magnético terrestre, puede ser considerada un magnetómetro.

Desarrollo experimental:

INSTRUMENTOS Y COMPONENTES.1. Fuente de corriente (CD) ajustable de 0 a 20 amperes.2. Soportes y base de tipo A.3. Columpio para paso de corriente.4. Cables banana-banana.5. Imán de herradura.6. Dinamómetro de precisión. 

DESARROLLO EXPERIMENTALa) Cualitativo.1. Reproduzca la figura 1 con su material.

Incremente la corriente poco a poco (tenga cuidado de no tocar los cables de la corriente pues es mortal).

Invierta los cables de la corriente, repita el paso 3.

Conserve los cables de la corriente en la conexión original pero invierta el imán de herradura, repita el paso 3.

b) Cuantitativo.

Reproduzca la figura 1 con su material, y enganche el dinamómetro de precisión en el columpio.Incremente la corriente como se indica en la tabla, observe que el dinamómetro le de lectura, en caso de no darle lectura con cuidado invierta el imán de herradura, por ningún motivo toque los cables de la corriente y tome sus lecturas.

Haga un análisis dinámico de fuerzas del experimento, y encuentre la relación entre la f del dinamómetro y la corriente.

 Resultados:F (Poundals) I(A) F(N)

1 1.6 0.1383

39

2 2.8 0.27663 4.4 0.41494 5.9 0.55325 7.4 0.69156 9.4 0.82987 10.1 0.9681

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 110

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

f(x) = 0.0923075181780767 x + 0.00462960625600173

F(N) VS I(A)

Series2Linear (Series2)Linear (Series2)

I(A)

F(N

)

Obtenemos:

m=0.0923 NA

b=0.0046N r=0.997

El fenómeno es lineal.

Obtenemos la línea de mejor ajuste:

Y=mx+b

I(A) Y=mx+b1.6 0.152282.8 0.263044.4 0.410725.9 0.549177.4 0.687629.4 0.87222

10.1 0.93683

40

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 110

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Y=mx+b

Series2

I(A)

F(N

)

Obtenemos la Ley Física:

Y=¿Comparando la ecuación de campo magnético:

Y=mx+bF=lβI F=Y m=lβ x=I

Despejamos β:

l=8.4 cm=0.084m

m=lββ=m

l=0.0923

NA

0.084m=1.0988 N

Am=1.0988

Kgm

s2

Am=1.0988 Kgm

Am s2β=1.0988 Kg

A s2=1.0988Teslas

Conclusiones:

En esta ocasión se realizaron dos prácticas relacionadas con el campo magnético. La primera nos ejemplifico, con los imanes y la brújula, cuales son los polos magnéticos tanto de los imanes como de la Tierra.

La segunda práctica fue cuantitativa, ya que se tomaron datos y se hicieron cálculos.

Una de las aplicaciones más importantes del campo magnético es el motor, que cuenta con una eficiencia muy elevada y tienen un tamaño y peso menor que un motor de combustión.

41

Introducción teórica.

El campo eléctrico dentro de un solenoide

Para determinar el campo producido por un solenoide sumando los campos producidos por cada una de las espiras que lo forman, existen dos aproximaciones:

Mediante la ley de Biot-Savart se calcula el campo producido por una espira circular en un punto de su eje. Se supone que el solenoide de longitud L tiene N espiras muy apretadas, y luego, se calcula la contribución de todas las espiras al campo en un punto del eje del solenoide.

El campo magnético es una región del espacio en la cual una carga eléctrica puntual de valor q que se desplaza a una velocidad  , sufre los efectos de una fuerza que es perpendicular y proporcional tanto a la velocidad como al campo.

LA LEY DE LENZ

El sentido de la corriente inducida se puede obtener de la ley de lenz que establece que,

El sentido de la corriente inducida sería tal que su flujo se opone a la causa que la

produce. El solenoide es un alambre aislado enrollado en forma de hélice (bobina) o un

número de espirales con un paso acorde a las necesidades, por el que circula una

corriente. Cuando esto sucede, se genera un campo magnético dentro del solenoide.

42

El solenoide con un núcleo apropiado se convierte en un imán (en realidad electroimán).

Se utiliza en gran medida para generar un campo magnético uniforme.

Podemos calcular el modulo del campo magnético dentro del solenoide según la

ecuación:

B=μ0∋¿L=μ0ηi ¿

Donde

μ0 : el coeficiente de permeabilidad en el vacio

N : numero de espiras del solenoide

i : corriente que circula.

L : Longitud total del solenoide

η= N/L = Numero de vueltas

MATERIAL A UTILIZAR

aparato medidor de campo magnético (telsametro)

sonda de hall axial

instrumento de bobina móvil

reóstato

interruptor de navaja

una caratula de 0-1 amp

dos cables caimán caimán

cinco cables banana banana

cuatro cables banana caimán

dos prensas

dos abrazaderas redondas

bobina patrón de cuatro capas

CARACTERISTICAS CONSTRUCTIVAS DE LA BOBINA PATRON

Longitud promedio = 0.079 m.

no. de capa

bornes

no. de espiras

resistencias

1A1-A2 87

0.75 Ohms

43

2B1-B2 87

0.75 Ohms

3C1-C2 88

0.75 Ohms

4D1-D2 87

0.75 Ohms

PROCEDIMIENTO

Primer experimento

Numero de vueltas por unidad de longitud constante

i

I (amp) B (T)

1 0.15 0.00052 2 0.00073 0.25 0.00084 3 0.0015 0.35 0.00126 0.4 0.00137 0.45 0.00158 0.5 0.00169 0.55 0.0017

10 0.6 0.0019

0.15 20.25 3

0.35 0.40.45 0.5

0.55

0.6000000000000010

0.00020.00040.00060.0008

0.0010.00120.00140.00160.0018

0.002

ampers

telsa

s

De donde obtenemos

r= 0.996

44

b= 7.45x10 -5 T

m= 3.05x10 -3 T/A

y si tenemos que

y=mx+b

Entonces la ley física será

y=3 .05 x10−3 TA

x+7 .45 x 10−5T

Y comparamos con la ecuación

B=μ0∋¿L=μ0ηi ¿

Entonces

X= i

m= μη

μ0=mμ

Si

η=NL

=(87 ) (4 )+10 .079m

=44 ,417 .72( 1m

)VUELTAS

Tenemos asi

μ0experimental=mη

=3 .05x 10−3T /A44 ,417 .721/m

=6 .9143 x10−7Tm / A

μ0 teorico=4 π x10−7=12 .5663 x 10−7Tm /A

Error experimental

E . E .=|μ0 teo−μ0expμ0 teo |x100

E . E=|12 .5663 x 10−7Tm /A−6 .9143 x10−7Tm /A12 .5663 x10−7Tm / A |x 100=44.97%

SEGUNDO EXPERIMENTO

45

no.bornes B (T)

densidad de vueltas

1A1-A2 0.0006 1101.26

2B1-B2 0.0006 1101.26

3C1-C2 0.0006 1113.92

4D1-D2 0.0006 1101.26

5A1-B2 0.0012 2202.53

6B1-C2 0.0012 2215.18

7C1-D2 0.0012 2215.18

8A1-C2 0.0017 3316.45

9B1-D2 0.0017 3316.45

10A1-D2 0.0023 4417.72

1101.26 1113.92 2202.53 2215.18 3316.45 4417.720

0.0005

0.001

0.0015

0.002

0.0025

Series1

1/metros

telsa

s

m=5.08 x10−7Tm

b=4.97 x 10−5T

r=0.999

Y tenemos que

Y=mx+b

46

Ley física

Y=5.08 x 10−7Tm x+4.97 x 10−5T

Y comparamos con

B=μ0 iη

Entonces tenemos

m=μ0i

I exp=mμ0

= 5.08x 10−7Tm12 .5663x 10−7Tm /A

=0.40 A

I teo=0.5 A

Calculamos el error experimental

E . E .=|μ0 teo−μ0expμ0 teo |x100

E . E=|0.5 A−0.4 A0.5 A |x100=20%

CONCLUSIONES

en la presente practica pudimos ver como es que se manifiesta el campo magnetico, también pudimos como varia la corriente en la bobina cuando alteramos el valor de la intensidad de corriente, pero para hacer los experimentos tuvimos dificultades, primero porque el equipo no servía, y después cuando pudimos hacer el experimento obtuvimos datos que no se parecen a los teóricos entonces tuvimos un porcentaje de error experimental muy alto.

47

Introducción teórica.

LOS trabajos de Ampère se difundieron rápidamente en todos los centros activos de investigación de la época, causando gran sensación. Un joven investigador inglés, Michael Faraday (1791-1867) se empezó a interesar en los fenómenos eléctricos y repitió en su laboratorio los experimentos tanto de Oersted como de Ampère. Una vez que entendió cabalmente el fondo físico de estos fenómenos, se planteó la siguiente cuestión: de acuerdo con los descubrimientos de Oersted y Ampère se puede obtener magnetismo de la electricidad, ¿será posible que se obtenga electricidad del magnetismo? De inmediato inició una serie de experimentos para dar respuesta a esta pregunta.

Después de muchos intentos fallidos, debidamente registrados en su diario, Faraday obtuvo un indicio en el otoño de 1831. El experimento fue el siguiente. Enrolló un alambre conductor alrededor de un núcleo cilíndrico de madera y conectó sus extremos a un galvanómetro G; ésta es la bobina A de la figura 5. En seguida enrolló otro alambre conductor encima de la bobina anterior. Los extremos de la segunda bobina, B en la figura, los conectó a una batería. La argumentación de Faraday fue la siguiente: al cerrar el contacto C de la batería empieza a circular una corriente eléctrica a lo largo de la bobinaB. De los resultados de Oersted y Ampère, se sabe que esta corriente genera un efecto magnético a su alrededor. Este efecto magnético cruza la bobina A, y si el magnetismo produce electricidad, entonces por la bobina A debería empezar a circular una corriente eléctrica que debería poder detectarse por medio del galvanómetro.

48

Sus experimentos demostraron que la aguja del galvanómetro no se movía, lo cual indicaba que por la bobina A no pasaba ninguna corriente eléctrica.

Sin embargo, Faraday se dio cuenta de que en el instante en que conectaba la batería ocurría una pequeña desviación de la aguja de galvanómetro. También se percató de que en el momento en que desconectaba la batería la aguja del galvanómetro se desviaba ligeramente otra vez, ahora en sentido opuesto. Por lo tanto, concluyó que en un intervalo de tiempo muy pequeño, mientras se conecta y se desconecta la batería, si hay corriente en la bobina B. Siguiendo esta idea Faraday descubrió que efectivamente se producen corrientes eléctricas sólo cuando el efecto magnético cambia, si éste es constante no hay ninguna producción de electricidad por magnetismo.

Al conectar el interruptor en el circuito de la bobina B de la figura 5 el valor de la corriente eléctrica que circula por él cambia de cero a un valor distinto de cero. Por tanto, el efecto magnético que produce esta corriente a su alrededor también cambia de cero a un valor distinto de cero. De la misma manera, cuando se desconecta la batería la corriente en el circuito cambia de un valor no nulo a cero, con el consecuente cambio del efecto magnético.

Figura 5. Esquema del experimento de Faraday con que descubrió la inducción electromagnética.

Por otro lado, cuanto está circulando una corriente con el mismo valor todo el tiempo, hecho que ocurre cuando la batería está ya conectada, el efecto magnético que produce la bobina también es constante y no cambia con el tiempo.

Recordemos que la intensidad del efecto magnético producido por una corriente eléctrica depende del valor de la corriente: mientras mayor sea este valor mayor será la intensidad del efecto magnético producido.

Faraday realizó diferentes experimentos en los cuales el efecto magnético que producía y atravesaba una bobina daba lugar a que se produjera una corriente eléctrica en esta bobina. Otro experimento que realizó fue el siguiente: enrolló una bobina A en un anillo de hierro dulce circular y sus extremos los conectó a un

49

galvanómetro. Enrolló otra bobina Ben el mismo anillo y sus extremos los conectó a una batería. Al conectar el interruptor de la batería empezó a circular una corriente por la bobina B. Esta corriente generó un efecto magnético a su alrededor, en particular dentro del anillo de hierro dulce. Como consecuencia, el anillo se magnetizó y el efecto magnético producido cruzó también a la bobina A. Faraday se dio cuenta, nuevamente, que sólo había movimiento de la aguja del galvanómetro cuando se conectaba y desconectaba la batería. Cuando fluía por la bobina B una corriente de valor constante, la aguja del galvanómetro no se movía, lo que indicaba que por la bobina A no había corriente alguna.

La Ley de inducción electromagnética de Faraday (o simplemente Ley de Faraday) se basa en los experimentos que Michael Faraday realizó en 1831 y establece que el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito como borde:

ε=−∆φB

At

MATERIAL A UTILIZAR

Imán permanente de herradura Bobina de 450 vueltas Medidor universal phywe Caratula de -1,0,+1 amp de C.D

PROCEDIMIIENTO

1. Ensamble el dispositivo

2. Observe la lectura del medidor universal, acerque el imán a la bobina, observe y registre el movimiento en la aguja indicadora del medidor universal.

3. Ahora aleje el imán de la bobina, observe y registre el movimiento en la aguja indicadora del medidor universal.

4. Repita los procedimientos 2 y 3 , pero ahora conserve fijo el imán y efectué los movimientos con la bobina.

5. Especifique la condición necesaria para que se observe el movimiento en la aguja indicadora del instrumento universal.

50

ANALISIS

En esta parte vimos como la aguja se movía repentinamente según movíamos el imán dentro de la bobina, pero el movimiento vario según el lado del imán que utilizáramos o si cambiábamos los cables, incluso el lado de la bobina por donde introducíamos el imán.

EXPERIMENTO DOS

1. Ensamble el dispositivo, separe las bobinas 50 cm aproximadamente

2. Accione el control de la fuente regulada hasta obtener una corriente de 1 amp3. Observe la lectura del medidor universal. Acerque la bobina de la derecha hacia la

bobina de la izquierda, observe y registre el movimiento de la aguja indicadora del medidor universal.

4. Ahora, aleje la bobina de la derecha y observe el efecto en la aguja indicadora del medidor universal.

5. Repita los pasos 2 y 3 pero conserve fija la bobina de la derecha.6. Determine la condición necesaria para que se observe el efecto en la aguja

indicadora.

ANALISIS

En este experimento fue difícil observar la variación, porque casi no se ve ya que la aguja no se mueve mucho, es mas ni siquiera se mueve como se supone, lo único que notamos fue que la aguja tenía un tipo de vibración.

EXPERIMENTO TRES

1. Ensamble el dispositivo.2. Con el interruptor abierto, observe la aguja indicadora del instrumento universal.

Cierre el interruptor, observe y registe el efecto observado en el galvanómetro.3. Ahora abra el interruptor, observe y registre el efecto observado en el

galvanómetro.4. Invierta las conexiones en las terminales de la fuente regulada. Cierre el

interruptor, observe y registre el efecto en el galvanómetro, ahora abra el interruptor observe y registre el efecto en el galvanómetro.

ANALISIS

En este vimos como las agujas empezaron a variar cuando cerrábamos el interruptor, ambas se movían al mismo tiempo pero una se movía más que la otra.

CONCLUSIONES

En la práctica hemos podido ver cómo es que un imán puede producir cierta electricidad, aunque esta es mínima, pero al interactuar con la bobina se logra obtener una pequeña variación lo cual nos indica que estamos realizando nuestro experimento de forma correcta, es un poco difícil entender el concepto pero si ayuda un poco ver como se da en realidad, y fue bueno que esta vez el equipo funcionara de manera adecuada para realizar el experimento.

BIBLIOGRAFIA51

Wikipedia.com Manual de física III Monografías.com bibliotecadigital.ilce.edu.mx

La corriente alterna (como su nombre lo indica) circula por durante un tiempo en un sentido y después en sentido opuesto, volviéndose a repetir el mismo proceso en forma constante

En el siguiente gráfico se muestra el voltaje (que es también alterno) y tenemos que la magnitud de éste varía primero hacia arriba y luego hacia abajo (de la misma forma en que se comporta la corriente) y nos da una forma de onda llamada: onda senoidal.

LA CORRIENTE ALTERNA (C.A.)Además de la existencia de fuentes de FEM de corriente directa o continua

52

(C.D.) (como la que suministran las pilas o las baterías, cuya tensión o voltaje mantiene siempre su polaridad fija), se genera también otro tipo de corriente denominada alterna (C.A.), que se diferencia de la directa por el cambio constante de polaridad que efectúa por cada ciclo de tiempo.

Una pila o batería constituye una fuente de suministro de corriente directa, porque su polaridad se mantiene siempre fija.

La característica principal de una corriente alterna es que durante un instante de tiempo un polo es negativo y el otro positivo, mientras que en el instante siguiente las polaridades se invierten tantas veces como ciclos por segundo o hertz posea esa corriente. No obstante, aunque se produzca un constante cambio de polaridad, la corriente siempre fluirá del polo negativo al positivo, tal como ocurre en las fuentes de FEM que suministran corriente directa.

Veamos un ejemplo práctico que ayudará a comprender mejor el concepto de corriente alterna:

Corriente alterna pulsante de un ciclo por segundo o hertz (Hz) .

Si hacemos que la pila del ejemplo anterior gire a una determinada velocidad, se producirá un cambio constante de polaridad en los bornes donde hacen contacto los dos polos de dicha pila. Esta acción hará que se genere una corriente alterna tipo pulsante, cuya frecuencia dependerá de la cantidad de veces que se haga girar la manivela a la que está sujeta la pila

53

para completar una o varias vueltas completas durante un segundo.

En este caso si hacemos una representación gráfica utilizando un eje de coordenadas para la tensión o voltaje y otro eje para el tiempo en segundos, se obtendrá una corriente alterna de forma rectangular o pulsante, que parte primero de cero volt, se eleva a 1,5 volt, pasa por “0” volt, desciende para volver a 1,5 volt y comienza a subir de nuevo para completar un ciclo al pasar otra vez por cero volt.

Si la velocidad a la que hacemos girar la pila es de una vuelta completa cada segundo, la frecuencia de la corriente alterna que se obtiene será de un ciclo por segundo o hertz (1 Hz). Si aumentamos ahora la velocidad de giro a 5 vueltas por segundo, la frecuencia será de 5 ciclos por segundo o hertz (5 Hz). Mientras más rápido hagamos girar la manivela a la que está sujeta la pila, mayor será la frecuencia de la corriente alterna pulsante que se obtiene.

Seguramente sabrás que la corriente eléctrica que llega a nuestras casas para hacer funcionar las luces, los equipos electrodomésticos, electrónicos, etc. es, precisamente, alterna, pero en lugar de pulsante es del tipo sinusoidal o senoidal.

Onda sinusoidal

Artículo principal: Sinusoide

Parámetros característicos de una onda senoidal.

54

Una señal sinusoidal, a(t), tensión, v(t), o corriente, i(t), se puede expresar

matemáticamente según sus parámetros característicos (figura 2), como

una función del tiempo por medio de la siguiente ecuación:

donde

A0 es la amplitud en voltios o amperios (también llamado valor

máximo o de pico),

ω la pulsación en radianes/segundo,

t el tiempo en segundos, y

β el ángulo de fase inicial en radianes.

Dado que la velocidad angular es más interesante para matemáticos que

para ingenieros, la fórmula anterior se suele expresar como:

donde f es la frecuencia en hercios (Hz) y equivale a la inversa del

período  . Los valores más empleados en la distribución son 50 Hz y

60 Hz.

Valores significativos

Valor instantáneo (a(t)): Es el que toma la ordenada en un instante, t,

determinado.

Valor pico a pico (App): Diferencia entre su pico o máximo positivo y su

pico negativo. Dado que el valor máximo de sen(x) es +1 y el valor

mínimo es -1, una señal sinusoidal que oscila entre +A0 y -A0. El valor

de pico a pico, escrito como AP-P, es por lo tanto (+A0)-(-A0) = 2×A0.

Valor medio (Amed): Valor del área que forma con el eje de abcisas

partido por su período. El valor medio se puede interpretar como la

componente de continua de la onda sinusoidal. El área se considera

positiva si está por encima del eje de abcisas y negativa si está por

debajo. Como en una señal sinusoidal el semiciclo positivo es idéntico

al negativo, su valor medio es nulo. Por eso el valor medio de una

onda sinusoidal se refiere a un semiciclo. Mediante el cálculo

integral se puede demostrar que su expresión es la siguiente:

Pico o cresta: Valor máximo, de signo positivo (+), que toma la onda

55

sinusoidal del espectro. Electromagnético, cada medio ciclo, a partir

del punto “0”. Ese valor aumenta o disminuye a medida que. la

amplitud “A” de la propia onda crece o decrece positivamente por

encima del valor "0".

Valor eficaz (A): su importancia se debe a que este valor es el que

produce el mismo efecto calorífico que su equivalente en corriente

continua. Matemáticamente, el valor eficaz de una magnitud variable

con el tiempo, se define como la raíz cuadrada de la media de los

cuadrados de los valores instantáneos alcanzados durante un período:

En la literatura inglesa este valor se conoce como R.M.S. (root mean square,

valor cuadrático medio), y de hecho en matemáticas a veces es llamado

valor cuadrático medio de una función. En el campo industrial, el valor

eficaz es de gran importancia ya que casi todas las operaciones con

magnitudes energéticas se hacen con dicho valor. De ahí que por rapidez y

claridad se represente con la letra mayúscula de la magnitud que se trate

(I, V, P, etc.). Matemáticamente se demuestra que para una corriente

alterna senoidal el valor eficaz viene dado por la expresión:

El valor A, tensión o intensidad, es útil para calcular la potencia consumida

por una carga. Así, si una tensión de corriente continua (CC), VCC, desarrolla

una cierta potencia P en una carga resistiva dada, una tensión de CA de

Vrms desarrollará la misma potencia P en la misma carga si Vrms = VCC.

Para ilustrar prácticamente los conceptos anteriores se considera, por

ejemplo, la corriente alterna en la red eléctrica doméstica en Europa:

cuando se dice que su valor es de 230 V CA, se está diciendo que su valor

eficaz (al menos nominalmente) es de 230 V, lo que significa que tiene los

mismos efectos caloríficos que una tensión de 230 V de CC. Su tensión de

pico (amplitud), se obtiene despejando de la ecuación antes reseñada:

.MATERIAL

56

1 multímetro digital simple 1 diodo 1 condensador electrostático 1 interruptor de 3 a 125 volts 1 portafusible con fusible de 1 amper 8 conectores con tornillo 1 resistencia de 1 mega ohm 6 cables para conexión caimán – caimán 2 cables para conexión banana- caimán Osciloscopio

CONCLUSIONES

En la práctica vimos como es que se comporta la corriente alterna, viendo la grafica que describe en el osciloscopio, y después cuando vimos como hacer que fuera corriente directa vimos la grafica que describió y vimos que esta forma está dada por el capacitor que se le pone y fue fácil comprenderlo porque ya habíamos visto la práctica de carga y descarga de un capacitor, también vimos otras formas, según como se conectaba.

BIBLIOGRAFIA

www.asifunciona.com www.unicrom.com es.wikipedia.org

PRACTICA 11

Objetivos

Aplicar el fenómeno de inducción electromagnética

Describir los elementos determinantes en el fenómeno de inducción y emitir sus

inferencias al respecto

Construir el arreglo de un transformador y estudiar las variantes que existen de

transformadores.

Marco teórico

Se denomina transformador a una máquina eléctrica que permite aumentar o disminuir

la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. 57

La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal, esto es, sin

pérdidas, es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un

pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño, tamaño, etc.

Relación de vueltas

La relación que exista entre las vueltas del primero y del secundario determina la

relación del voltaje del transformador.

Relación 1.1. El voltaje y la corriente del primario se transmiten sin alteraciones al

secundario.  Con frecuencia a este se le designa como transformador de aislamiento.

De elevación: El voltaje se aumenta por la relación de vueltas; así, una relación de 1:5

elevara en un voltaje de 5 voltios en el primario a un voltaje de 25 voltios en el

secundario.

De reducción: El voltaje se reduce por la relación de vueltas. Así, una relación de 5:1

disminuirá un voltaje de 25 voltios en el primario a un voltaje de 5 voltios en el

secundario.

TRANSFORMADORES

El transformador es una aplicación importante de la inductancia mutua, un

transformador tiene un devanado primario LP conectado a una fuente de voltaje que

produce una corriente alterna, mientras que el devanado secundario LS está conectado a

través de una resistencia de carga RL.  El propósito del transformador es transferir la

potencia del primario que es donde está conectado al generador al secundario, donde el

voltaje inducido en el secundario es capaz de producir corriente en la resistencia de

carga conectada a través de LS.

Aunque el primario y el secundario no están conectados entre sí, la potencia en el

primario esta acoplada al secundario por medio del campo magnético que existe entre

los dos devanados.  Cada vez que la carga requiera un voltaje mayor o menor al

proporcionado por el generador, el transformador puede aumentar o disminuir el voltaje

de aquel si se incrementa o decrementa él numero de vueltas del devanado secundario

58

LS(comparado con las vueltas del primario LP) a fin de proporcionar la cantidad de voltaje

necesaria en el secundario.

RELACION DE VUELTAS:  El cociente entre el numero de vueltas en el primario y el

secundario es la relación de vueltas del transformador.

N=N2

N1

Por ejemplo, 500 vueltas en el primario y 50 en el secundario dan una relación de

vueltas de 500/50 o 10:1.

RELACIÓN DE VOLTAJE

Con un acoplamiento unitario entre el primario y el secundario, el voltaje inducido en

cada vuelta del secundario es igual al voltaje inducido en cada vuelta del primario.  Por

tanto, la relación de voltajes se encuentra en la misma proporción que la relación de

vueltas:

Cuando el secundario tiene un mayor número de vueltas que el primario, el voltaje en

aquel es mayor que en el primario y, por consiguiente, el transformador aumenta el

voltaje.  Cuando el secundario tiene un número menor de vueltas que el primario, el

transformador reduce el voltaje. Sin importar cual sea el caso, la relación siempre se da

en términos del voltaje en el primario, el cual puede aumentarse o reducirse en el

devanado secundario.

Estos cálculos solo son validos para transformadores con núcleo de hierro donde el

acoplamiento es unitario.  Los transformadores con núcleo de aire para circuitos de RF

son, en general, sintonizados para resonancia.  En este caso, se considera el factor de

resonancia en lugar de la relación de vueltas.

RELACIÓN DE CORRIENTE

Cuando no existen perdidas en el núcleo del transformador, la potencia en el secundario

es igual a la potencia en el primario. La relación de corriente es el inverso de la relación

de voltaje; esto es, aumentar el voltaje en el secundario significa disminuir la corriente

59

en el primario y viceversa.  El secundario no genera potencia, solo la toma del

primario.  Por tanto, el aumento o disminución de la corriente, en términos de la que

circula por el secundario (IS), está determinada por la resistencia de carga conectada a

través de este. 

Como ayuda para llevar  a cabo estos cálculos, recuérdese que el lado que tiene el

mayor voltaje es por el que circula la menor corriente. L voltaje V y la corriente I en el

primario y en el secundario se encuentran en la misma proporción que el numero de

vueltas en el primario y en secundario.

I 1=[ N2

N1] I 2

 EFICIENCIA DEL TRANSFORMADOR

  La eficiencia se define como el cociente de la potencia de salida y de la entrada x 100.

EQUIPO

Núcleo de hierro laminado tipo U con barra para cerrar el circuito magnético Bobinas de 52 vueltas Bobina de 1300 vueltas Bobinas de 650 vueltas Bobina de 900 vueltas Bobina de 1550 vueltas Lámpara de 6 volts 15 watts Lámpara de 125 volts, 60 watts ;a,[ara de 220 volts, 60 watts Interruptor de porcelana Clavija con cable Instrumento de bobina móvil Cables caimán caimán Cables banana caimán Caratulas

PRIMER EXPERIMENTO

1. Mida la diferencia de potencial entre los puntos A y B2. Mida la diferencia de potencial entre los puntos C y D3. Usando las formulas correspondientes calcula la diferencia de potencial entre C y

D

60

A-B C-Dvueltas 650 52volts 127 13

Dada la ecuación

V 2

V 1

=N2

N1

Despejamos

V 2=N2

N1

V 1

V 2=52vueltas650vueltas

127Volts=10.16 volts

E . E .=|V teo−V exp

V teo|x100=|8V−10.16V

8V |x100=−27%

Segundo experimento

Armamos el circuito con las bobinas de 1300 y 1550 vueltas y obtuvimos los datos siguientes

I2=0.07μA

Con la ecuación siguiente vamos a determinar el valor de la corriente inicial

I 1=[ N2

N1] I 2

Sustituimos

I 1=[ 1550vueltas1300vueltas ]0.07 μ A=0.08μ A

61

A-B C-Dvueltas 1300 1550volts 127 63

Conclusiones

Esta práctica fue fácil de realizar, vimos como es que funcionan los trasformadores ya que el foco nos indicaba que era lo que realmente ocurría, aunque de forma teórica me quedo un poco de duda porque en realidad no comprendí muy bien los conceptos, sin embargo no son cálculos con mucho nivel de dificultad.

Bibliografía

Manual de física III www.frino.com.a

Objetivos

Visualizar con el experimento el significado físico de un parámetro resistivo y los

tipos de parámetros que existen.

Evaluar los parámetros resistivos de inductancia y capacitancia

Introducción teórica

Un capacitor tiene la propiedad de almacenar energía en virtud del campo electrostático que se establece entre sus placas al serle aplicada una tensión eléctrica, llamándosele a esto "proceso de carga del condensador". Cuando el voltaje aplicado entre las placas de condensador tiende a ser cero, este tiende a descargarse, es decir, devuelve la energía que almacena y posteriormente la devuelve; esto es distinto de lo que sucede en un resistor, el cual no almacena energía sino que la disipa al transformarla en calor (efecto joule); cuando una corriente fluye a través de un inductor (bobina), se establece un campo magnético el cual contiene energía.

Cuando la corriente se incrementa, la energía contenida en el campo también se incrementa cuando la corriente disminuye, la energía contenida disminuye; y cae a cero cuando la corriente es cero. La situación es análoga a la de un capacitor, excepto que en un capacitor es el voltaje quien determina la cantidad de energía almacenada, mientras en el inductor es la corriente.

En un circuito de Corriente Alterna, en el cual se encuentre presente un inductor, o bien capacitor, existirá un parámetro resistivo (x), el cual tenderá a oponerse al flujo de la corriente y en consecuencia genera una resistencia adicional a la propia del elemento, es decir, la determina con un ohmetro. En este caso es necesario investigar si existe una dependencia entre el parámetro resistivo (x) y los parámetros de inductancia (L), capacidad (C) y frecuencia (f) de la corriente del circuito. Si los resultados de la investigación efectuada muestran que la X, L, C y f están relacionadas entre si, entonces debe procederse a presentarlo formalmente.

62

Formalmente los parámetro resistivo X para los circuitos inductivo y capacitivos se encuentran resolviendo las ecuaciones diferenciales de la energía para cada circuito y comparando con la ley de Ohm para identificar la resistencia, así que se encuentra que en caso capacitivo:

"en donde omega es la frecuencia angular que es dos veces pi por la frecuencia"

Formulario:

donde:

= frecuencia angular

Materiales

Generador de audio frecuencias

Instrumentos de bobina móvil

Escala de medición

Nucleo tipo U de hierro laminado, sin bnarra de cierre

Interruptor de navaja

Portafusible y fusible de 250 mA

Bobina de 650,900 y1300 vueltas

Condensador

Cable con dobre caimán

Cable banana caimán

Primer experimento

VOLTS DE C.A. FRECUENCIA f(Hz) INTENSIDAD I (A) X(Ω)1 50 0.008 1251 100 0.005 2001 150 0.005 2001 200 0.003 333.333

63

3

1 250 0.003333.333

31 300 0.0025 4001 350 0.002 500

0 50 100 150 200 250 300 350 4000

100

200

300

400

500

600

f(x) = 1.18452380952381 x + 61.9047619047619R² = 0.955069457842948

frecuencia

ohm

s

y=mx+b

Ley fisica

y=1.1845Ω / f x+61.905Ω

x=L2πf

Entonces

m=L2π

L= m2π

L=1.1845Ω / f2 π

=0.1885Ω / f

Segundo experimento

VOLTS DE C.A. L(H) vueltas I(A) X(Ω)

1 650 0.01 100 66 H1 900 0.005 200 125 H1 1300 0.002 500 317 H

64

50 100 150 200 250 300 3500

100

200

300

400

500

600

f(x) = 1.58593462736826 x − 1.88493023435836R² = 0.999748790098683

vueltas (H)

ohm

s

y=mx+b

Ley fisica

y=1.5859 ΩH

x−1.8849Ω

x=2 πfL

Entonces

m=2 πf

f= m2π

f=1.5859

ΩH

2 π=0.025

Tercer experimento

VOLTS DE C.A. f(Hz) I (mA) X(Ω)

1 50 1 11 80 2 0.51 110 2 0.5

1 140 30.33333

31 200 4 0.251 250 5 0.2

1 300 70.14285

7

65

0 50 100 150 200 250 300 3500

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

f(x) = − 0.00271964084393622 x + 0.857054947119772R² = 0.733946776928894

frecuencia

ohm

s

Entonces reajustamos eliminando los primeros tres datos

VOLTS DE C.A. f(Hz) I (mA) X(Ω)

1 140 30.33333

31 200 4 0.251 250 5 0.2

1 300 70.14285

7

120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 3200

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

f(x) = − 0.00117609743719868 x + 0.493229298824325R² = 0.995222291238718

frecuencia

ohm

s

y=mx+b

66

Ley fisica

y=−0.0012Ωf

x−0.4932Ω

Cuarto experimento

v.c.a. (volts)

c(micro faradios) I(A) x ohms

1 1 0.0005 20001 2 0.001 10001 3 0.002 500

1 4 0.0024416.666

7

1 5 0.003333.333

3

1 6 0.0037270.270

3

0 1 2 3 4 5 6 70

500

1000

1500

2000

2500

f(x) = − 306.628056628057 x + 1826.57657657658R² = 0.747113293730086

microfaradios

ohm

s

Entonces reajustamos eliminando los primeros dos datos

v.c.a. (volts)

c(micro faradios) I(A) x ohms

1 3 0.002 500

1 4 0.0024416.666

7

1 5 0.003333.333

3

67

1 6 0.0037270.270

3

2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.50

100

200

300

400

500

600

f(x) = − 77.2522522522524 x + 727.702702702703R² = 0.995886062555551

microfaradios

ohm

s

y=mx+b

Ley fisica

y=−77.252 ΩμF

x+727.7

CONCLUSIONES

Para esta practica tuve muchas dificultades, porque desde el inicio no comprendí muy bien los conceptos ni lo que estábamos midiendo, entonces al momento que tuve que comparar con la ecuación se me dificulto y no entendí.

68