ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL

INSTITUTO DE CIENCIAS FÍSICAS

LABORATORIO DE FISICA C

NOMBRE: Bryan Erasmo Samaniego Andrade.

PROFESOR: Ing. José ortega medina.

Paralelo: 21

Practica nº 9

“INDUCCION ELECTROMAGNETICA”

1. Resumen:El día jueves 17 de enero realizamos la práctica “INDUCCION ELECTROMAGNETICA”, primero hicimos la experiencia de tensión inducida en función del número de espiras en donde se encontraban tres espiras de diferente número (300, 900, 1200) conectadas entre sí con un voltímetro, y al imán lo introducíamos a través de una espira y anotábamos el valor que mostraba el voltímetro. Esto lo hacemos a través de las tres bobinas. Se hace el mismo proceso pero se cambia la polaridad del imán observando que ahora la tensión inducida en la bobina era de signo contrario.

En el tercera experiencia usamos una bobina de 600 espiras y lo conectamos al medidor de voltaje, luego tomamos un imán y hacemos que rote sobre la espira, entonces observamos la lectura de la fem inducida y que tiene en particular.

En el cuarto experimento, realizamos tres circuitos: Aire, hierro 1 y hierro 2 el cual pudimos observar en estos tres circuitos que la corriente variaba por lo tanto también variaba el campo magnético y armamos un circuito, donde energizamos una bobina de 1000 espiras para producir un campo magnético que indujo una fem sobre una bobina de 500 espiras.

En el quinto experimento, utilizando las mismas bobinas usadas, después energizamos la bobina de 1000 espiras para luego pasar de manera transversal la otra bobina constantemente, generando así una corriente inducida y así poder medir la tensión inducida con el voltímetro.Abstract:On Thursday January 17 we made the practice "electromagnetic induction", first we experience stress induced by the number of turns in which coils were three different numbers (300, 900, 1200) connected together with a voltmeter, and the magnet so we introduced through a coil and we noted the value showing the voltmeter. We do this through the three coils. Process is the same but the polarity of the magnet changes observed that now the voltage induced in the coil was of the opposite sign.In the third experiment we use a coil of 600 turns and connect the voltage meter, and then we take a magnet and rotating on the loop, then observe the reading of the induced fem and have in particular.In the fourth experiment, we made three circuits: Air, iron 1 and 2 which we observed in these three current circuits varied thus varying also the magnetic field and put up a circuit where energize a coil of 1000 turns to produce a magnetic field induced fem in a coil with 500 turns.In the fifth experiment, using the same coil used, then energize the coil of 1000 turns and then move transversally of the other coil constantly, thereby generating an induced current and thus the induced voltage can be measured with the voltmeter.

Palabras claras:

Inducción electromagnética:  es el fenómeno que origina la producción de una fuerza electromotriz (f.e.m. o voltaje) en un medio o cuerpo expuesto a un campo magnético variable, o bien en un medio móvil respecto a un campo magnético estático. Es así que, cuando dicho cuerpo es un conductor, se produce una corriente inducida. Este fenómeno fue descubierto por Michael Faraday quien lo expresó indicando que la magnitud del voltaje inducido es proporcional a la variación del flujo magnético (Ley de Faraday).

Por otra parte, Heinrich Lenz comprobó que la corriente debida a la f.e.m. inducida se opone al cambio de flujo magnético, de forma tal que la corriente tiende a mantener el flujo. Esto es válido tanto para el caso en que la intensidad del flujo varíe, o que el cuerpo conductor se mueva respecto de él.

Fuerza magnética: es la parte de la fuerza electromagnética total o fuerza de Lorentz que mide un observador sobre una distribución de cargas en movimiento. Las fuerzas magnéticas son producidas por el movimiento de partículas cargadas, como por ejemplo electrones, lo que indica la estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo. Las fuerzas magnéticas entre imanes y/o electroimanes es un efecto residual de la fuerza magnética entre cargas en movimiento. Esto sucede porque en el interior de los imanes convencionales existen micro corrientes que macroscópicamente dan lugar a líneas de campo magnético cerradas que salen del material y vuelven a entrar en él. Los puntos de entrada forman un polo y los de salida el otro polo

Imán: Un imán es un cuerpo o dispositivo con un magnetismo significativo, de forma que tiende a juntarse con otros imanes o metales ferro magnético (por ejemplo, hierro, cobalto, níquel y aleaciones). Puede ser natural o artificial.

Corriente alterna.- Se denomina corriente alterna a la corriente eléctrica en la que la magnitud y dirección varían cíclicamente. La forma de onda de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una onda senoidal, puesto que se consigue una transmisión más eficiente de la energía. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de onda periódicas, tales como la triangular o la cuadrada. Utilizada genéricamente, la CA se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las empresas. Sin embargo, las señales de audio y de radio transmitidas por los cables eléctricos, son también ejemplos de corriente alterna. En estos usos, el fin más importante suele ser la transmisión y recuperación de la información codificada (o modulada) sobre la señal de la CA.

2.Introducción (teoría) Magnetismo: es un fenómeno físico por el que los objetos 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 influidos, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético. El magnetismo también tiene otras manifestaciones en física, particularmente como uno de los dos componentes de la radiación electromagnética, como por ejemplo, la luz.

Inducción electromagnética:  es el fenómeno que origina la producción de una fuerza electromotriz (f.e.m. o voltaje) en un medio o cuerpo expuesto a un campo magnético variable, o bien en un medio móvil respecto a un campo magnético estático. Es así que, cuando dicho cuerpo es un conductor, se produce una corriente inducida. Este fenómeno fue descubierto por Michael Faraday quien lo expresó indicando que la magnitud del voltaje inducido es proporcional a la variación del flujo magnético (Ley de Faraday).

Por otra parte, Heinrich Lenz comprobó que la corriente debida a la f.e.m. inducida se opone al cambio de flujo magnético, de forma tal que la corriente tiende a mantener el flujo. Esto es válido tanto para el caso en que la intensidad del flujo varíe, o que el cuerpo conductor se mueva respecto de él.

La ley de inducción de Faraday establece que la Fuerza Electromotriz inducida en un circuito es igual a menos la derivada del flujo magnético con respecto del tiempo.

Matemáticamente se puede expresar como:

1

 = Flujo magnético en weber

 = Tiempo en segundos

y el signo   es debido a la Ley de Lenz.

La inducción electromagnética es el principio fundamental sobre el cual operan transformadores, generadores, motores eléctricos, la vitrocerámica de inducción y la mayoría de las demás máquinas eléctricas.

De forma más general, las ecuaciones que describen el fenómeno son:

Campo magnético: es el efecto sobre una región del espacio, generado por una corriente eléctrica o un imán, en la que una carga

eléctrica puntual de valor (q), que se desplaza a una velocidad  , experimenta los efectos de una fuerza que es perpendicular y proporcional tanto a la velocidad (v) como al campo (B). Así, dicha carga percibirá una fuerza descrita con la siguiente ecuación.

Donde  F es la fuerza magnética, v es la velocidad y B el campo magnético, también llamado inducción magnética y densidad de flujo magnético. (Nótese que tanto F como v y B son magnitudes vectoriales y el producto vectorial tiene como resultante un vector perpendicular tanto a v como a B). El módulo de la fuerza resultante será

Fuerza magnética: es la parte de la fuerza electromagnética total o fuerza de Lorentz que mide un observador sobre una distribución de cargas en movimiento. Las fuerzas magnéticas son producidas por el movimiento de partículas cargadas, como por ejemplo electrones, lo que indica la estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo. Las fuerzas magnéticas entre imanes y/o electroimanes es un efecto residual de la fuerza magnética entre cargas en movimiento. Esto sucede porque en el interior de los imanes convencionales existen micro corrientes que macroscópicamente dan lugar a líneas de campo magnético cerradas que salen del material y vuelven a entrar en él. Los puntos de entrada forman un polo y los de salida el otro polo

Imán: es un cuerpo o dispositivo con un magnetismo significativo, de forma que tiende a juntarse con otros imanes o metales ferro magnéticos (por ejemplo, hierro, cobalto, níquel y aleaciones). Puede ser natural o artificial.

Ley de inducción electromagnética 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:1

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.

Por medio del teorema de Stokes puede obtenerse una forma diferencial de esta ley:

Ésta es una de las ecuaciones de Maxwell, las cuales conforman las ecuaciones fundamentales del electromagnetismo. La ley de Faraday, junto con las otras leyes del electromagnetismo, fue incorporada en las ecuaciones de Maxwell, unificando así al electromagnetismo.

En el caso de un inductor con N vueltas de alambre, la fórmula anterior se transforma en:

Donde Vε es el voltaje inducido y dΦ/dt es la tasa de variación temporal del flujo magnético Φ. El sentido del voltaje inducido (el signo negativo en la fórmula) se debe a la ley de Lenz.

3.Equipos y materiales:

bobina de 300 espiras bobina de 600 900 espiras bobina de 1200 espiras bobina de 500 espiras bobina de 1000 espiras yugo laminado núcleo en U laminado Galvanómetro Imán recto Aro de aluminio Hilo de soporte Fuente de voltaje regulable 0, OV- 15, OV Interruptor, un polo, un borne conductores reóstato de 33 ohmios

4.Observaciones y datosEscriba sus observaciones de los experimentos realizados en esta práctica.a)Tensión inducida en función del número de espiras.a1) anote los datos obtenidos en este experimento

Tabla de datos 1N° de espiras 300 600(900) 1200(E ± dE) (mV) 20 ± 1 40 ± 1 60 ± 1

b)Sentido de circulación de la corriente en función del movimiento de los polos del imán.b1) anote los datos obtenidos en este experimento.

Tabla de datos 2N° de espiras 300 600 1200(E ± dE) (mV) 40 ± 1 60 ± 1 40 ± 1

b2) diferencias entre los valores obtenidos en a1 y b1

Nº de Espiras Diferencia

300 26-26=0900 47-45=2

1200 100-100=0

La diferencia entre los valores se debe a que al introducir el imán en las espiras se lo realiza a diferentes velocidades.

c)Obtención de tensión inducida alterna.c1) observaciones al girar el imánMientras el imán es introducido de una forma lenta o menos oscilación la fem (fuerza electromotriz) se hace más grande.

d)Tensión inducida en función del circuito magnéticod1) Anote los datos obtenidos en este experimento.

Tabla de datos 3Tensión inducida (E±dE) (mV)

Núcleo Aire Fe(I) Fe(II)Fem E 8 15 25

e) Tensión inducida en función de la superficie de las bobinas.e1) observaciones al deslizar la bobina.Si se desliza hacia arriba la aguja del voltímetro se desvía hacia la izquierda, en cambio sí se desliza hacia abajo la aguja va hacia la derecha.

f) Tensión inducida en función del campo del electroimán.f1) Anote los datos obtenidos en este experimento.

Tabla de datos 4(I ± dI) 0.2 0.3 0.4 0.5(E ± dE)

(mV)28 ± 1 42 ± 1 57 ± 1 68 ± 1

5.Análisis de resultados ¿Cómo varia la tensión inducida en función del número de espiras?Mientras más espiras hay el campo magnético es más grande por lo que la tensión inducida aumenta también.

¿Por qué es preferible conectar las bobinas en serie para este experimento y no utilizarlas una a una?Por qué en serie se forma una sola resistencia, y podrían aguantar una mayor corriente

Como influyen los polos del imán en el sentido de circulación de la corriente inducida?Depende, con cierta posición de los polos del imán se crea un campo magnético y al realizar el producto cruz o al aplicar la ley de la mano derecha este me da una dirección de la corriente.

¿Qué tipo de corriente se induce al girar el imán?Cuando el imán comienza a rotar, en el sistema se genera una diferencia de potencial capaz de producir una corriente eléctrica. De este modo se producen tensiones eléctricas entre sus bordes, cuya polaridad es positiva o negativa, se invierte alternativamente con el pasar del tiempo. Cuando esta tensión se aplica a un circuito eléctrico, produce en él una corriente alterna que se caracteriza por una inversión alternativa, con idéntica frecuencia, cuya representación gráfica, en función del tiempo, tiene la forma de una línea sinusoidal.

¿Cómo depende la tensión inducida del tipo de núcleo de la bobina inducida?La tensión inducida depende del material con el cual está elaborado el núcleo de la bobina.

¿Cómo varia la fem inducida en el experimento?En el experimento e la fem inducida varia su sentido dependiendo de la posición en la cual se mueva la espira, por lo que la aguja del voltímetro muestra este cambio.

La variación de la intensidad de corriente en una bobina da lugar a un campo magnético variable. Este campo magnético origina un flujo magnético también variable que atraviesa la otra bobina e induce en ella, de acuerdo con la ley de Faraday-Henry, una fuerza electromotriz.

6.Conclusiones Mediante esta práctica logramos concluir si queremos generar o inducir una fem (fuerza electromotriz) se debe perturbar un campo magnético cerca de un conductor.

Se logró concluir que a medida que más líneas de campo magnético atraviesan la espira el flujo magnético que pasa es mayor por lo que la espira induce un corriente que trata de disminuir ese flujo hasta que llega un momento en el que se estabilizan produciendo así una fem inducida.

Durante la experiencia de tensión inducida en función del campo del electroimán se logró determinar que para reducir o elevar el valor de la fem inducida necesitamos variar el número de espiras en la bobina inductora y en la bobina inducida.

7. Referencias bibliográficas:

Guía de Laboratorio de Física B. ICF - ESPOL. Revisión II http://es.wikipedia.org/wiki/Inducci%C3%B3n_electromagn%C3%A9tica http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Faraday Sears, Francis. Semansky A, Física universitaria.