DEMOSTRACION DE INDUCCION ELECTROMAGNETICA

EXPERIENCIA N°1

FLUJO DEL CAMPO MAGNETICO SOBRE UNA BOBINA

Objetivos :

Estudiar la influencia del imán móvil en el campo electromagnético.

Analizar el comportamiento de la F.e.m generada por inducción a partir de una bobina móvil y un imán móvil.

Demostrar el efecto de campo sobre la corriente llevada atravez de un alambre

Fundamento teórico:

3. Campo magnético:

Los campos magnéticos son producidos por corrientes eléctricas, las cuales pueden ser corrientes macroscópicas en cables, o corrientes microscópicas asociadas con los electrones en órbitas atómicas. El campo magnético B se define en función de la fuerza ejercida sobre las cargas móviles en la ley de la fuerza de Lorenz. La interacción del campo magnético con las cargas, nos conduce a numerosas aplicaciones prácticas.

2. Fuerza electromotriz:

Se denomina fuerza electromotriz (FEM) a la energía proveniente de cualquier fuente, medio o dispositivo que suministre corriente eléctrica. Para ello se necesita la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos o polos (uno negativo y el otro positivo) de dicha fuente, que sea capaz de bombear o impulsar las cargas eléctricas a través de un circuito cerrado.

3. Corriente Inducida

Es necesario un campo magnético variable (imán, bobina o cable en movimiento) para crear una corriente eléctrica en el cable o en la bobina.

Esta corriente se conoce como corriente inducida, y el fenómeno, como inducción electromagnética. La corriente eléctrica inducida existe mientras dure la variación del campo magnético.

La intensidad de la corriente eléctrica es tanto mayor cuanto más intenso sea el campo magnético y cuanto más rápido se muevan el imán o la bobina

4.Ley de Faraday

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:

donde es el campo eléctrico, es el elemento infinitesimal del contorno C, es la densidad de campo magnético y S es una superficie arbitraria, cuyo borde es C. Las

direcciones del contorno C y de están dadas por la regla de la mano derecha.

La permutación de la integral de superficie y la derivada temporal se puede hacer siempre y cuando la superficie de integración no cambie con el tiempo.

James Clerk Maxwell entre 1864 y 1873 realizó la formulación matemática de todas las leyes experimentales del electromagnetismo, sintetizándolas en cuatro ecuaciones, que en el espacio libre, o sea en ausencia de material dieléctrico y magnético, se escriben:

ESQUEMAS EXPERIMENTALES

Imán móvil –bobina fija

Figura n° 1

Bobina fija – imán móvil

Figura n°2

PARTE EXPERIMENTAL

3.1 EQUIPOS, INSTRUMENTOS Y MATERIALES

• Amperímetro – voltímetro

• Bobina fija

• Bobina móvil

• Imán

• Soporte universal

• Conectores

PROCEDIMIENTO

• Se instaló una bobina fija conectando sus terminales a una Amperímetro -Voltímetro

• Se observó el comportamiento de la f.e.m y la corriente inducida

• Variamos el movimiento del imán y posteriormente el de la bobina como se indica en Figura n° 1 ,Figura n°2.

• Se instaló un soporte universal con conectores a los terminales de una bobina cuadrada (móvil) y se colocó un imán estático variado el movimiento de la bobina.

• Se experimentó con diferentes velocidades del imán y de la bobina.

OBSERVACIONES

• El número de vueltas de la espira influye en la f.e.m inducida

• La velocidad con la que el imán es impulsado hacia el centro del las espiras genera un campo magnético variable

• Según se alternaron los polos del imán arrojan diferentes direcciones de la corriente inducida.

• EL norte del iman dentro de las espiras de la bobina género que la aguja tienda a la derecha mientras que el sur todo lo contrario.

CONCLUCIONES

Se llegó a las siguientes conclusiones

• Un Campo magnético variable sobre un material metálico produce una corriente inducida

• El campo magnético en una espira es variable

• Dependiendo el número de espiras en la bobina se genera corriente inducida

• La f.e.m. depende de la variación del campo externo con respecto al tiempo y del tipo de núcleo que se coloque en la bobina.

• Según la dirección del campo magnético, el sentido de la fem inducida varía

• La existencia de un campo magnético variable al que una bobina está expuesta, lo que se induce es una tensión alterna.

Experiencia N° 2

DEMOSTRACION DE CAMPO MAGNETICO VARIABLE POR EL FLUJO DE CORRIENTE.

Objetivos

Verificar la existencia de un campo magnetico creado por el flujo electrico sobre un metal apartir de una aguja imantada

Estudiar el comportamiento del campo magnetico producido

Fundamento teorico

En 1820 Hans Christian Oersted, un científico danés, realizó un experimento crucial en la historia de la Física, ya que con él se demostró la unión entre electricidad y magnetismo.El experimento de Oersted fue muy sencillo: colocó una aguja imantada próxima a un conductor por el que circulaba una  corriente eléctrica. Increíblemente la aguja se desvió evidenciando la presencia de un campo magnético. La conclusión era bastante sencilla: las corrientes eléctricas generan campos magnéticos, demostrándose de esta manera la relación entre corrientes eléctricas y campos magnéticos.El valor del campo magnético (B) creado por un hilo por el que circula una corriente de intensidad I en un punto situado a una distancia r, viene dado por la ley de Biot-Savart:

Permeabilidad magnéticaEn física se denomina permeabilidad magnética a la capacidad de los materiales para atraer y hacer pasar a través de sí los campos magnéticos. Esta permeabilidad está dada por la relación entre la inducción magnética existente y la intensidad de campo magnético que aparece en el interior de dicho material.El grado de magnetización de un material en respuesta a un campo magnético se denomina permeabilidad absoluta y se suele representar por la letra griega µ (ecuación 29).

 

Donde B es la  intensidad de campo magnético  (también llamada densidad de flujo magnético) en el material, y H es la excitación magnética.

ESQUEMAS EXPERIMENTALES

figura n°4

PARTE EXPERIMENTAL

EQUIPOS ,INSTRUMENTOS Y MATERIALES

• Conectores

• Demostrador de experimento oersted

• Fuente de alimentación

• Multímetro

PROCEDIMIENTO

• Se colocó conecto los terminales de los metales del demostrador hacia la fuente

• Se regulo la fuente para un voltaje determinado

• Luego se varió el voltaje obtenido

• Se cambió la posición del demostrador constantemente

OBSERVACIONES

Se pudo observar que:

• La aguja reaccionaba con los diferentes voltajes

• Los polos con los que se conectaban la fuente al demostrador determinaban la dirección del giro de la aguja

• El paso de la corriente por los tubos metálicos producía un campo magnético

• Al alterar la posición de la aguja con la fuente conectada esta vuelva a su posición inicial.

CONCLUSIONES

• Un campo eléctrico variable genera un campo magnético variable.

• Las líneas del campo magnético son circunferencias concéntricas al hilo y situadas en un plano perpendicular al mismo.

• Al variar la posición del demostrador la aguja varia sus direcciones debido a que esta funcionando como una brújula .

• La rotacional de un campo eléctrico genera un campo magnético variable.

EXPERIENCIA N° 4

GENERADOR ELECTROMAGNETICO DE DIFERENCIA DE POTENCIAL Y ELECTRO-IMAN

OBJETIVOS

Analizar cómo se genera la corriente eléctrica a partir de las inducciones electromagnéticas y el movimiento mecánico.

FUNDAMENTO TEORICO

1. Generador eléctrico

Un generador eléctrico es un dispositivo que convierte energía mecánica en energía eléctrica. Mantiene por tanto una diferencia de potencial entre dos puntos denominados polos. Por la ley de Faraday, al hacer girar una espira dentro de un campo magnético, se produce una variación del flujo de dicho campo a través de la espira y por tanto se genera una corriente eléctrica.

El la figura anterior, la espira rectangular rota dentro de un campo magnético, por lo que el flujo del campo a través de ella varía. Se crea una corriente que circula por la espira, por lo que entre los bornes (representados en verde) aparece una diferencia de potencial ΔV (fuerza electromotriz inducida).

En las centrales de generación de energía eléctrica (nucleares, térmicas, hidráulicas...) la energía mecánica que el generador transforma en energía eléctrica proviene del movimiento de una turbina, accionada dependiendo del tipo de central por vapor de agua, aire o agua. En la figura inferior se ha representado esquemáticamente el sistema de generación de energía eléctrica de una central hidráulica.

2. Electroimán

Un electroimán es un imán cuyo campo magnético se produce mediante el paso de una

corriente eléctrica. Esto es, un imán accionado por electricidad. Como hemos visto, al pasar la

corriente eléctrica por un cable se crea un campo magnético. Si ahora el hilo por el que pasa la

corriente se enrolla en forma de hélice (cada una de las vueltas de alambre se denomina espira)

se forma un solenoide.

Al pasar la corriente, el campo producido por las distintas espiras se sumará para crear un

campo siguiendo el eje del solenoide, o sea, de las espirales de cable, dando como resultado

una fuerza paralela al eje. Si introducimos un núcleo de hierro dentro del solenoide, la fuerza

magnética del solenoide se transmitirá a través de él, transformándolo en un imán mientras esté

pasando la corriente eléctrica. Cuando se interrumpe la corriente desaparece la imantación

aunque el núcleo permanezca levemente imantado.

El electroimán se comporta igual que un imán, con la diferencia de que su intensidad puede

controlarse cambiando la intensidad de la corriente que circula o el número de espiras de la

bobina. Además, cuando se desconecta la fuente y con ello se corta la corriente, desaparece el

magnetismo.

ESQUEMAS EXPERIMENTALES

Fig.1 (Electroiman)

Fig.2(mecánica de un generador)

Fig.3 Generador de manivela

Fig. n°4 Generador eléctrico con electroimanes

PARTE EXPERIMENTAL

EQUIPOS INSTRUMENTOS Y MATERIALES

• Multímetro

• Voltímetro

• Generador con imanes empíricos

• Generador con electroimanes

• Electroiman

• Material metalico

PROCEDIMIENTO

Se le coloco diferencia de potencial a la salida del ele

Se colocó el voltímetro en las salidas del generador

Se fijó un voltaje determinado en el voltímetro para el caso del electroimán

Se observó como el foco prendía comparando los movimientos más acelerados con los menos acelerados

Se varió el voltaje comparando cualitativamente las salidas de corriente.

Se analizó la intensidad de la luz del foco con los diferentes movimientos de la manivela.

OBSERVACIONES

• El voltaje en ambos caso es inestable

• La corriente inducida es capaz de prender un foco

• La variación del voltaje de la fuente genera campos magnéticos más intensos

• El electroimán genera campos magnéticos inestables

CONCLUCIONES

• Es más efectiva la obtención de la energía con los imanes.

• La aceleración angular de la manivela es directamente proporcional a la diferencia de potencial.

• La corriente obtenida es de tipo alterna.

• La alternancia de los polos genera la corriente alterna.

Experiencia N°5

OBJETIVOS

1. Analizar el funcionamiento de un timbre electromagnetico apartir del electroiman

2. Estudiar los fenomenos electricos y agneticos ocurridos para entender los fenomenos electromagneticos

FUNDAMENTO TEORICO

Hay varios tipos de timbre pero el mas usado es el de vibración, que funciona con un "sistema de interrupción". Cuando la corriente eléctrica pasa por un timbre activa los conductores de un electroimán y atrae un brazo metálico. Éste golpea una campana metálica, emitiendo un sonido.

En ese mismo momento se abre el circuito de interrupción, se corta la corriente y el brazo vuelve a su posición original. Cuando esto sucede, el circuito vuelve a abrirse y se repite nuevamente el proceso. El brazo experimenta una oscilación o vibración que hace sonar la campana repetidamente.

El sonido cesa cuando se suelta el interruptor del timbre (pulsador).

La frecuencia de la vibración y, por tanto, el tono del timbre, se puede alterar ajustando el tornillo de contacto.

La ventaja de estos timbres de vibración, es que funcionan tanto conectados a una corriente continua (baterías-pilas), como a una corriente alterna, a través de un transformador de bajo voltaje.

Partes de un timbre

Fig.n°1

1. Un electroimán (E)

2. Una lámina flexible (L)

3. Un martillo (M) unido a una lámina

4. Una punta de contacto regulable (P)

5. Una Campanilla (C)

FENOMENOS ELECTRICOS:

Es un fenómeno físico cuyo origen son las cargas eléctricas y cuya energía se manifiesta en fenómenos mecánicos, térmicos, luminosos y químicos, entre otros.

en otras palabras es el flujo de electrones.

carga electrica: La carga eléctrica es una propiedad que poseen algunas partículas subatómicas y que se manifiesta mediante las fuerzas observadas entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos siendo, a su vez, generadora de ellos. La interacción entre carga y campo eléctrico es la fuente de una de las cuatro interacciones fundamentales, la interacción electromagnética. La partícula que transporta la información de estas interacciones es el fotón(partícula elemental responsable de las manifestaciones cuánticas del fenómeno electromagnético).

FENOMENO MAGNÉTICO:

Es un fenómeno físico por el que los materiales ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Hay algunos materiales conocidos que han presentado propiedades magnéticas detectables fácilmente como el níquel, hierro, cobalto y sus aleaciones que comúnmente se llaman imanes. Sin embargo todos los materiales son influenciados, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético.

Polos magnéticos: Se puede ver una muy común fuente de campo magnético en la naturaleza, un dipolo. Éste tiene un "polo sur" y un "polo norte", los polos iguales se repelan y los diferentes se atraen.

FUNCIONAMIENTO

Al cerrar el interruptor, la corriente circula por el enrollamiento del electroimán y este crea un campo magnético en su núcleo y atrae la armadura. El martillo, soldado a la armadura, golpea la campana produciendo el sonido. Al abrir el interruptor cesan la corriente y el campo

magnético del electroimán, y un resorte devuelve la armadura a su posición original para interrumpir el sonido.

Para conseguir que el martillo golpee la campana repetidamente mientras el interruptor esté cerrado, y no una sola vez, se sitúa un contacto eléctrico en la armadura que actúa como un interruptor. Así, cuando la armadura es atraída por el electroimán, se interrumpe el contacto, cesa la corriente en el electroimán y la armadura retrocede a su posición original. Allí vuelve a establecerse el contacto eléctrico, con lo que el electroimán vuelve a atraer a la armadura, y así sucesivamente.

ESQUEMAS EXPERIMENTALES.

Fig. 2

Fig.3

PARTE EXPERIMENTAL

EQUIPOS INSTRUMENTOS Y MATERIALES

• Demostrador de timbre electromagnético.

• Fuente de tensión.

PROCEDIMIENTO

Se comprobó el voltaje de la fuente atravesó del voltímetro.

Se procedió a presionar el swich.

Se analizó el esquema que se noto en el demostrador.

Se varió el voltaje comparando el sonido audible.

OBSERVACIONES

• El timbre suena mas fuerte a mayor voltaje.

• Se nota sonidos de impacto.

• El electroimán atrae la placa.

CONCLUCIONES

• El electroimán hace posible el sonido debido a que impacta con la placa generando el ruido del timbre.

• La corriente que circula por el tubo metálico genera un campo magnético variable atrayendo a la placa.

• La variación de voltaje sobre el tubo genera un campo magnético atrayendo y soltando la placa.

EXPERIENCIA DEL TRANSFORMADOR

MARCO TEORICO

Definición:

Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia.

Transformador elevador/ reductor de voltaje:

Son empleados por empresas transportadoras eléctricas en las subestaciones de la red de transporte de energía eléctrica, con el fin de disminuir las pérdidas por efecto Joule. Debido a la resistencia de los conductores, conviene transportar la energía eléctrica a tensiones elevadas, lo que origina la necesidad de reducir nuevamente dichas tensiones para adaptarlas a las de utilización.

El transformador elevador sube la tensión y baja la intensidad, mientras que el reductor, baja la tensión y sube la intensidad de la corriente eléctrica.

Las altas tensiones son peligrosas para el uso doméstico, ya que existe el riesgo de electrocución. Por esta razón se deben colocar transformadores elevadores de la tensión a la salida de los centros de producción y transformadores reductores a la entrada de los centros de consumo.

Esquema básico y funcionamiento del transformador

Los transformadores se basan en la inducción electromagnética . Al aplicar una fuerza electromotriz en el devanado primario, es decir una tensión, se origina un flujo magnético en el núcleo de hierro. Este flujo viajará desde el devanado primario hasta el secundario. Con su movimiento originará una fuerza electromagnética en el devanado secundario.Según la Ley de Lenz, necesitamos que la corriente sea alterna para que se produzca esta variación de flujo. En el caso de corriente continua el transformador no se puede utilizar.

La relación de transformación del transformador eléctricoUna vez entendido el funcionamiento del transformador vamos a observar cuál es la relación de transformación de este elemento. 

Donde N p es el número de vueltas del devanado del primario, N s el número de vueltas del secundario, V p la tensión aplicada en el primario, V s la obtenida en el secundario, I s la intensidad que llega al primario, I p la generada por el secundario y r t la relación de transformación.Como observamos en este ejemplo si queremos ampliar la tensión en el secundario tenemos que poner más vueltas en el secundario (N s), pasa lo contrario si queremos reducir la tensión del secundario.

Observaciones

1. Se pudo observar que la bobina secundaria tenia más vueltas que la bobina primaria2. El voltaje obtenido es alterno3. La núcleo es de un material magnético

4. El bobinado estaba esmaltado de un material aislante

Conclusiones

1. La bobina primaria induce corriente a la segunda por inducción electromagnética2. Para reducir un determinado voltaje se deben colocar más vueltas en el primario3. La salida de un transformador arroja corriente alterna

Emisor de ondas electromagnéticas

OBJETIVOS

1. Estudiar la emisión de las ondas electromagnéticas comprendiendo su origen2. Analizar la producción de ondas electromagnéticas

FUNDAMENTO TEORICO

Una onda electromagnética la podemos crear y transmitir, luego, con los aparatos adecuados, la podemos recibir y utilizar.

Para poner una onda electromagnética en el espacio necesitamos una serie de elementos: vamos a poner como ejemplo una emisora de radio (pero sería aplicable a cualquier otro tipo de emisión), en este caso lo que queremos transmitir es la voz; nuestra voz, al estar delante del micrófono, se convierte en corrientes eléctricas que un emisor se encarga de convertir en corrientes de Radio Frecuencia (R.F.), estas corrientes se aplican a una antena de emisión (que es la encargada de convertir las corrientes del emisor en ondas electromagnéticas).

Estas ondas viajan por el espacio, si dentro del alcance de estas ondas ponemos un receptor, la antena de este receptor se encarga de convertir esas ondas electromagnéticas en débiles corrientes eléctricas; estas corrientes el receptor las amplifica y las trata de forma conveniente para que sean capaces de excitar el altavoz.

El transmisor mas sencillo que podemos construir se basaría en un circuito electrónico llamado oscilador, que en este caso debería oscilar dentro de la gama de las R.F.; esa R.F., aplicadaa una antena, generaría ondas electromagnéticas que sepropagarían por el espacio.

Pero este sencillo transmisor no nos serviría de mucho porque el receptor (dependiendo del tipo de receptor que elijamos) o bien nos emite un pitido constante o bien no emite ningún tipo de sonido.

Vamos a poner por caso que yo, de alguna manera, hago que la señal de R.F. se corte durante unos instantes, a la antena llegarán trenes de pulsos de R.F. que serán irradiados.

PARTE EXPERIMENTAL

EQUIPOS Y/O MATERIALES

1. Demostrador de ondas electromagneticas2. Emisor de ondas electromagneticas3. Receptor4. Detector de ondas electromagneticas

ESQUEMA EXPERIMENTA

Fig. n°1

Fig. n°2

OBSERVACIONES

1. Se pudo observar que el emisor tenía un alcance relativo de cuatro metros aproximadamente.

2. Las bombas de vacío cumplen papel importante en la emisión.3. La altura de la antena y su posición influyen en la transmisión.4. La intervención de objetos de por medio produce interferencia.

CONCLUSIONES

1. Las ondas electromagnéticas producidas son de baja potencia2. Las ondas emitidas son radiales y tangentes a la parte superior de la antena3. Las OEM no necesitan de un medio para propagarse