solicitud de ayudas para la realizaciÓn de proyectos de ... · una de las dificultades asociadas...
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Al Ilmo. Vicerrector de Ordenación Docente.
SOLICITUD DE AYUDAS PARA LA REALIZACIÓN DE
PROYECTOS DE INNOVACIÓN DOCENTE Y RENOVACIÓN PEDAGÓGICA.
Convocatoria de 2003
Departamento: INGENIERÍA ELÉCTRICA.
Area: INGENIERIA ELÉCTRICA.
Impacto de las acciones a desarrollar:
Asignaturas y Titulaciones:
Electricidad y Magnetismo, 1º Ingeniería Técnica Industrial, Esp. Electricidad
Electricidad y Electrometría, 1º Ingeniería Técnica Industrial, Esp. Electrónica Industrial
Número de alumnos y horas lectivas:
Electricidad y Magnetismo, 200 alumnos; 3 horas, anual.
Electricidad y Electrometría, 280 alumnos; 4 horas, anual.
SOLICITANTES. Nombre y apellidos: Dr. Francisco Javier Arcega Solsona Titulación: Dr. en Ciencias Físicas Cargo: Catedratico E.U. Departamento y Centro : Ingenieria Electrica (E.U.I.T.I.Z.) Teléfono: 976 762169. Fax: 976 762226. Dirección: Campus Tecnológico del Actur.
María de Luna 3, Edificio C. 50018. Zaragoza. e-mail: [email protected] Investigador: D. Antonio Pardina Carrera Titulación: Ingeniero Técnico. Cargo: Titular. E. U. Departamento y Centro: Ingenieria Electrica (E.U.I.T.I.Z.) Teléfono: 976 762172. Fax: 976 762226. Dirección: Campus Tecnológico del Actur.
María de Luna 3, Edificio C. 50018. Zaragoza. e-mail: [email protected]
Investigador: D. Joaquin Mur Amada. Titulación: Ingeniero Industrial. Cargo: Asociado TC. Departamento y Centro: Ingenieria Electrica (E.U.I.T.I.Z.) Teléfono: 976 761920. Fax: 976 762226. Dirección: Campus Tecnológico del Actur.
María de Luna 3, Edificio C. 50018. Zaragoza. e-mail: [email protected]
Investigador: D. Jesús Sergio Artal Sevil. Titulación: Ingeniero Técnico. Cargo: Asociado TC. Departamento y Centro: Ingenieria Electrica (E.U.I.T.I.Z.) Teléfono: 976 762619. Fax: 976 762226. Dirección: Campus Tecnológico del Actur.
María de Luna 3, Edificio C. 50018. Zaragoza. e-mail: [email protected] PAS: D. Salvador Nevot Bosch. Titulación: Ingeniero Técnico. Cargo: Técnico de Laboratorio. Departamento y Centro: Ingenieria Electrica (E.U.I.T.I.Z.) Teléfono: 976 762167. Fax: 976 762226. Dirección: Campus Tecnológico del Actur.
María de Luna 3, Edificio C. 50018. Zaragoza. e-mail: mailto:[email protected]
DESCRIPCIÓN DE LAS TAREAS A DESARROLLAR.
El objetivo del proyecto que proponemos es renovar y mejorar las prácticas de las asignaturas de
Electricidad y Magnetismo (titulación de Ingeniería Técnica Industrial especialidad Eléctrica) y
Electricidad y Electrometría (titulación de Ingeniería Técnica Industrial especialidad
Electrónica).
Una parte de las prácticas que actualmente se realizan se basan en las del antiguo plan de la
titulación de Ingeniería Técnica Industrial, especialidad Eléctrica. En aquel plan, la asignatura se
impartía en el segundo curso de la titulación. Sin embargo, en los actuales planes de estudios la
asignatura se imparten en el primer curso, por lo que la carga matemática se ha simplificado y la
asignatura demanda un enfoque más intuitivo.
Uno de los caballos de batalla para la enseñanza de ésta disciplina en el contexto señalado es la
motivación. Otra de las quejas de nuestros alumnos son los contenidos tan abstractos de la
asignatura. Por ello, el estudiante debería ver lo antes posible las aplicaciones de la materia a la
ingeniería, con ejemplos concretos de aplicación de la materia vista en clase y que le motivase
para afrontar la asignatura con una actitud positiva.
Por tanto, los profesores de las asignaturas creemos que sería conveniente, para un mayor
aprovechamiento de las prácticas, completarlas con cuatro nuevos experimentos. El presupuesto
que se pide corresponde estrictamente al material que falta en el departamento para el montaje de
ocho puestos experimentales. Conviene recalcar que el material didáctico comercial no se adapta
a nuestro planteamiento, o bien es muy caro, lo cual lo hace inviable.
Teniendo en cuenta que los recursos de la convocatoria son limitados y obligados a un reparto de
los fondos disponibles, presentamos los proyectos separados y ordenados por el orden de
prioridad que a nuestro juicio tienen para la mejora docente buscada.
Proyecto 1: Representación de líneas de fuerza creadas por un solenoide. En esta experiencia, se comenzará observando gráficamente las líneas de campo magnético de un imán permanente y las líneas de campo magnético resultantes de la interacción entre dos imanes, utilizando para ello una pequeña brújula. Los alumnos colocarán el imán encima de una hoja marcada, sobre la cual irán dibujando con lápiz los puntos que corresponden a una misma línea de campo magnético.
Figura 1: Representación de las líneas de fuerza mediante una brújula.
A continuación, mediremos con un sensor Hall el campo magnético en el interior de un solenoide recto. El campo magnético creado por el solenoide se debe al campo producido por todas las espiras que lo constituyen.
l
x1x2
B
l
x1
x2
B
Figura 2a:Medida del campo en el interior de un solenoide
Figura 2b: Medida del campo en el exterior de un solenoide
Los alumnos tomarán las medidas que proporciona el sensor Hall y realizarán una tabla, comparando los valores medidos con la fórmula teórica. También comprobarán el sentido del campo magnético utilizando la regla del sacacorchos y acercando un imán cuya cara norte y sur habrán determinado con anterioridad.
Presupuesto previsto:
Material necesario para dibujar las líneas de campo magnético en el exterior de un imán cilíndrico (Tablas con ranuras para introducir los imanes, imanes de ferrita y microbrújulas): 120, €
Material necesario para realizar los solenoides (tubo pvc 10 cm ∅, cable barnizado y conectores): 90, €
Material necesario para montar los sensores Hall (sondas de efecto Hall hasta 2.500 gauss y con resolución 500 G/V y circuito de alimentación del sensor) : 330, €
Total: 540, €
IVA: (16%) 86,40 €
Total final: 626,40 €
Proyecto 2: Medida del campo magnético en el entrehierro de un circuito magnético. Ciclo de histéresis y fenómenos de inducción.
Con el material que se pide en este proyecto se van a realizar tres tipos de experiencia. La primera será la medida del campo magnético en el entrecierro de un circuito magnético. La segunda será la visualización del ciclo de histéresis de un material. La tercera será la comprobación experimental del principio de inducción.
a) Medida del campo magnético en el entrehierro de un circuito.
En este apartado se trata de medir experimentalmente el campo magnético en un circuito magnético y compararlo con la solución teórica, tal como se hace en clase.
El circuito magnético estará compuesto por un núcleo de acero al silicio laminado. Sobre cada una de las columnas del núcleo magnético se colocará una bobina de 400 espiras conectadas en serie; de modo, que sus campos magnéticos se sumen. Para fijar dos entrehierros de 2 mm se colocará un tope de PVC de 2 mm de espesor en cada una de las columnas, dejando un espacio en uno de los entrehierros para situar la sonda de efecto Hall.
Topes dePVC
Espacio parala sonda deefecto Hall
N = 400 N = 400
2
V
Figura 1: Ensayo para medir el campo magnético en un núcleo con dos entrehierros.
b) Medida del ciclo de histéresis.
En este experimento se determinará el ciclo de histéresis y la curva de primera imanación de chapa magnética al silicio de grano orientado. Para ello se aprovechará el núcleo rectangular y las dos bobinas del apartado anterior. Uno de los arrollamientos denominado primario, se utilizará para hacer circular una corriente i1, la cual produce una intensidad de excitación H en el material y el otro arrollamiento, denominado secundario, se utiliza para medir la inducción magnética B.
El devanado primario será alimentado con corriente alterna, conectándole en serie una resistencia de pequeño valor R1 para medir a través de su caída de tensión la corriente del primario i1, ya que H es proporcional a ella. En el devanado secundario conectaremos una resistencia R2, de gran valor, en serie con un condensador C sobre el cual mediremos la VC, que es proporcional a B.
R1
R2
Cε2
S
l
I IICANAL
OSCILOSCOPIO
CANAL II
CANAL I
MASAOSCILOSCOPIO
MASAOSCILOSCOPIO
RED220V
N1= 200 N2= 400
Figura 2: Montaje del circuito para determinar el ciclo de Histéresis.
Presupuesto previsto:
Núcleos de chapa magnética al silicio, de grano orientado y de núcleo partido 230, €
Bobinas de 400 espiras 120, €
Bobinas de 200 espiras 120, €
Total: 470, €
IVA: (16%) 75,20 €
Total final: 545,20 €
l = longitud media del circuito magnético. S = sección del núcleo magnético.
Proyecto 3: Influencia de la distancia y de los dieléctricos en condensadores planos.
Los objetivos de esta nueva práctica son:
– Comprobar experimentalmente el principio de construcción de un condensador: dos conductores próximos y aislados entre sí.
– Aprender a utilizar un capacímetro. Constatar errores de medida debidos a corrientes de fuga (resistencia en paralelo), capacidades parásitas y limitaciones del instrumento.
ON OFF
– +
CAPACÍMETRO Condensador plano Arandelas aislantes de 1 o 2 mm de grosor, para separar las placas.
– Comprobar que dos cables próximos tienen una capacidad (parásita) pequeña pero que puede ser no despreciable en algunos circuitos.
ON OFF
– + Ccable
CAPACÍMETRO
– Comprobar el aumento de capacidad al sustituir el vacío entre los electrodos de un condensador por un dieléctrico.
ON OFF
– +
CAPACÍMETRO Condensador plano Plancha de dieléc-trico aislante (PVC de 2 mm).
– Ver experimentalmente algunos condensadores que se han resuelto en clase. Probar la asociación de dieléctricos en serie y en paralelo. Comprobar la fórmula del cálculo de condensadores en serie y en paralelo. Comprobar la transferencia de carga entre condensadores cargados a distintos potenciales.
Un condensador cargado con la fuente y el otro descargado
Estado I
IVa= 30V
Ca + Iq a = Ca IVa
30 V
Cb IVb = 0 V
Iq b = 0 C
Estado II
Los dos condensadores se conectan en paralelo
IIVa=IIV
Ca Iq a Cb IIVb = IIV
Iq b
Iq a + Iq b = IIq a + IIq b
La carga total del sistema se mantiene constante
cable bifilar·C L·
ln
= separacion centro conductores = radio del conductor
D rr
Dr
π ε≈
−⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠
– Observar que en algunas situaciones, el instrumento de medida introduce errores importantes.
Presupuesto previsto:
Placas de circuito impreso, sin serigrafiar (electrodos del condensador): 180, €
Planchas de PVC (dieléctrico del condensador): 30, €
Condensadores no polarizados de 10 µF y 4.7 µF.: 30, €
Total: 240, €
IVA: (16%) 38,40 €
Total final: 278,40 €
Proyecto 4: Potencial eléctrico y líneas de campo en un explosor de esferas. Una de las dificultades asociadas al estudio de los campos eléctricos es la imposibilidad de ver realmente las cargas eléctricas que los crean y las líneas de fuerza asociadas a esos campos. En una corriente de agua nos es fácil observar las trayectorias de las moléculas, que equivalen a las líneas de corriente, lo que permite identificar inmediatamente dónde se encuentran las fuentes y los sumideros, e incluso intuir la intensidad del flujo de agua (caudal) en función de la velocidad de pequeños objetos que floten en la superficie. Esto no ocurre cuando intentamos observar las líneas de fuerza asociadas a los campos eléctricos. M. Faraday imaginó esas líneas como las trayectorias ideales que seguirían las cargas de prueba (cargas puntuales positivas) dejadas libremente en cualquier punto del espacio que rodea las cargas o los electrodos cargados de un condensador. Es evidente la dificultad de ver realmente e incluso imaginar esas líneas, al no poder ver ni siquiera las cargas. En esta parte de la práctica trataremos de dibujar esas trayectorias ideales de las cargas de prueba asociadas a un explosor de esferas. También intentaremos evaluar el módulo del vector intensidad de campo eléctrico E en distintos puntos del espacio que rodea a los conductores.
Figura 1: Explosor de esferas.
Figura 2: Esquema de la realización de la práctica.
Escala
Presupuesto previsto:
Papel conductor (teledelto): 150, €
Pintura conductora (soluto de plata): 120, €
Paneles de corcho para realizar las funciones de soporte: 150, €
Total: 420, €
IVA: (16%) 67,20 €
Total final: 487,20 €
SUMA DEL PRESUPUESTO DE LOS CUATRO PROYECTOS
Proyecto 1: 626,40 €
Proyecto 2: 545,20 €
Proyecto 3: 278,40 €
Proyecto 4: 487,20 €
Suma final: 1937,20 €
CRONOGRAMA DE LOS PROYECTOS
El cronograma viene impuesto por la docencia de la asignatura. La primera experiencia que se realizará corresponde con la medida de las líneas equipotenciales utilizando el papel conductor (proyecto 4). Dicha práctica debe realizarse en el mes de diciembre.
La experiencia de la capacidad (proyecto 3) debe realizarse antes de los primeros parciales, pues los condensadores se ven en clase en los últimos temas de electrostática. Por tanto, el material tiene que estar listo en Navidades, para poder empezar en enero a realizar las experiencias.
Ya entrados en el segundo parcial, se deben realizar los experimentos 1 y 2, correspondientes a magnetismo.
La época óptima para realizar el experimento 1 es justo antes de Semana Santa o bien nada más volver.Por estas fechas se acaba de ver la teoría en la que se apoya, por lo que se complementa óptimamente con las clases de pizarra.
Los últimos experimentos que se realizarán corresponderán al proyecto 2, ya que los conceptos de magnetismo en los que se basan se ven al final del curso. Por tanto, el material debería estar listo para realizar la experiencia en mayo.
Septiembre Octubre Diciembre Enero Febrero Marzo Abril Mayo
Líneas equipotenciales
Capacidad
Imanes y solenoide
Circuito magnético