UNIVERSIDAD DE SAN MARTIN DE PORRES

FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

SECCION:

71D

MESA:

04

INTREGRANTES(Mesa 04):

Olivos Figueroa Ivan Andres

Sabroso Gamarra Luis Martin

PROFESOR:

Ing. Fredy Castro Salazar.

FECHA DE REALIZACION:

23/10/07

FECHA DE ENTREGA:

9/11/07

2007

INDICE

Objetivo.........................................................................................................3

Materiales......................................................................................................3

Fundamento Teórico.......................................................................................4

Procedimiento..............................................................................................10

Observaciones..............................................................................................18

Recomendaciones.........................................................................................19

Conclusiones................................................................................................20

Bibliografía...................................................................................................21

INTRODUCCIÓN

Electromagnetismo es una parte de la física que estudia la acción de las

corrientes eléctricas sobre los imanes y las de éstos sobre aquellos, de esto

trata nuestro informe de la práctica número seis de laboratorio realizado en el

laboratorio.

En el transcurso de nuestro informe podremos observar con mayor detalle a

que se refiere electromagnetismo, los campos magnéticos de imanes

permanentes colocando los polos iguales frente a frente y viceversa, mostrando

también los efectos mediante gráficas.

Más adelante el campo magnético de una bobina recorrida por corriente

continua (electroimán), gráficamente como descriptivamente; esto nos dará

como resultado la polaridad del electroimán.

Luego paso a paso observa la inducción electromagnética realizada con una

bobina y un multitester analógico, el que indicará la inducción por polaridad en

las bobinas.

PRACTICA DE LABORATORIO No 6 - FISICA II

MAGNETISMO E INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

OBJETIV0

1. Observación de fuerzas del campo magnético de imanes permanentes.

2. Reconocimiento y verificación de la relación existente entre corrientes

eléctricas y la generación de campos magnéticos.

3. Verificación del fenómeno de inducción magnética.

MATERIALES

1.1 Multímetro analógico y digital (Amperímetro)

1.2 Imanes permanentes (2 unidades).

1.3 Protoboard LEYBOLD

1.4 Cartulinas A - 4 (2 pliegos).

1.5 Limaduras de hierro.

1.6 Bobina LEYBOLD.

1.7 Fuente variable de corriente continua.

1.8 Bloques de madera, hierro y aluminio.

FUNDAMENTO TEÓRICO

Imán:

Es un cuerpo generalmente de la forma de barra, dotado de la capacidad de

atraer al hierro y orientarse de Norte a Sur al dejarlo en libre oscilación

horizontal.

Los imanes pueden se naturales y artificiales.

El imán natural es el óxido ferromagnético - férrico o “magnetita” (Fe3 O4). Los

imanes artificiales se fabrican frotando barras de acero o hierro con un imán

natural. También se fabrican o construyen, enrollando un delgado alambre de

cobre a una barra metálica, luego se conecta los bornes a un generador de

corriente eléctrica, entonces la barra se convierte en imán.

Polos Magnéticos:

Cuando una barra de imán se recubre con limaduras de hierro, una masa de

limaduras queda adherida en los extremos de la barra, no así en la parte

central, esto indica que el imán sólo tiene fuerza atractiva en los extremos, a

esos extremos se les llama POLOS y al a parte media ZONA NEUTRA.

Magnetismo:

Es la propiedad que tienen algunos cuerpos de atraer al hierro de acuerdo a

ciertas leyes físicas.

Campo Magnético:

Es la propiedad o característica fundamental del magnetismo. Es el espacio

que rodea un imán, en el cual éste pone de manifiesto su poder o acción;

teóricamente tiene un alcance infinito; sin embargo sus efectos se perciben con

claridad solo en las inmediaciones cercanas al imán.

Líneas De Fuerza De Un Campo Magnético:

Son líneas imaginarias que pueden ser diseñadas objetivamente mediante la

siguiente experiencia: Sobre una hoja de papel se espolvorea limaduras de

hierro y debajo de la hoja, pegada a ésta, se coloca un imán, pero en el mismo

sitio se observa que las limaduras empiezan a orientarse y diseñarse en líneas

que salen de un polo y llegan al otro, esas líneas se llaman “líneas de fuerza de

un campo magnético”.

Leyes Magnéticas:

1.- Polos iguales se repelen, polos contrarios se atraen.

2.- La fuerza de atracción o repulsión entre dos polos magnéticos es

directamente proporcional a las masas magnéticas de los polos e

inversamente proporcional cuadrado de la distancia que los separa.

Propiedades De Las Líneas De Fuerza De Campo Magnético:

1.- Las líneas de campo de fuerza van del polo norte al polo sur.

2.- La intensidad del campo, en cada punto, es tangente a la línea de fuerza

que pasa por ese punto.

3.- Las líneas de fuerza de un mismo campo no se interfieren.

4.- A mayor intensidad de campo, mayor densidad de las líneas de fuerza.

El «magnetismo de rotación»  

Faraday está al corriente de los experimentos que Ampére lleva a cabo con

su aparato. Sólo llega a conclusiones confusas, como la que postula que la

atracción y repulsión eléctrica y magnética son «ilusiones». En realidad,

parece que lo que Faraday quiere decir es que no hay diferencia

fundamental entre electricidad y magnetismo. Su análisis de ambas fuerzas

se está gestando. Pero el hombre se halla inmerso en una actividad tan

desbordante como productiva. En 1823 descubre la licuefacción de los

gases; en 1824 descubre el benceno y la polarización de la luz en un campo

magnético; en 1825 le eligen miembro de la Royal Institution... Su trabajo

sobre el electromagnetismo es, por tanto, intermitente, aunque continúa con

él.

En 1824, Faraday trata de verificar una idea que había apuntado en 1822 en

su carpeta: convertir el magnetismo en electricidad. No lo consigue, y vuelve

a fracasar en 1825 y

1828. En esos años la suerte no está de su lado, ni tampoco del de Ampére,

que en 1824 «funde» el descubrimiento principal en el curso de un

experimento: Si se suspende una aguja imantada de un hilo, oscila; si se

coloca debajo de un disco de metal, la oscilación desaparece casi por

completo. Si se hace girar el disco, la aguja gira en el mismo sentido; y si se

hace girar la aguja, el disco, cuando es móvil, también lo hace. Esto se

asemeja bastante al primer descubrimiento de Faraday, con la diferencia de

que, en este caso, no hay corriente eléctrica. Un observador del siglo xx

comprendería de inmediato que hay inducción de una corriente eléctrica. Pero

Ampére y sus ilustres colegas, Arago y Duhamel, hablan de «magnetismo de

rotación», lo cual no carece de significado. En realidad, fue Ampére quien

descubrió la inducción electromagnética, pero como no comprendió nada, hay

que quitarle el mérito..

Faraday, que conocía esos experimentos, comienza a comprender

oscuramente su significado. Construye un nuevo aparato también muy simple:

en torno a un anillo de hierro dulce, buen conductor de la electricidad, enrolla

por separado dos hilos conductores. El primero se halla unido a un

galvanómetro, un aparato que mide la corriente. Cuando los extremos del

segundo hilo se conectan a una batería eléctrica no pasa nada. Pero si la co-

rriente se abre o se cierra, pasa por el primer hilo, que, sin embargo, no está en

contacto con el segundo. El experimento es famoso. Indica que la variación del

magnetismo inducido por la apertura o el cierre de la corriente en el hierro

dulce induce a su vez una corriente eléctrica en el primer hilo.

Faraday vuelve a realizar el experimento con otro aparato. Enrolla un hilo

conductor en un cilindro de hierro dulce. A1 cambiar la polaridad del cilindro,

una corriente pasa por el hilo. Otra variante aún más sencilla: se introduce y se

retira un imán de un hilo conductor enrollado en espiral, induciéndose de este

modo cada vez una corriente eléctrica en el hilo.

El momento magnético

Ampére profundizó en la inducción electromagnética del modo siguiente:

colocando dos hilos eléctricos por los que pasaba la corriente en el mismo

sentido, comprobó que los hilos se atraían; pero si invertía la corriente en uno

de los hilos, se repelían. Si el experimento se llevaba a cabo con dos pequeñas

bobinas eléctricas, el resultado era el mismo y las fuerzas que se ejercían entre

ellas eran las mismas que las de dos imanes; incluso se podía sustituir

una bobina por un imán sin que las fuerzas se modificaran. También se podía

determinar el momento magnético -que es el producto de la carga de uno de

los polos por la distancia que los separa- por las dimensiones de la bobina, el

número de enrollamientos y la comente que circula. No obstante, la ley

compleja de la que depende la fuerza que se ejerce en un circuito de este tipo

fue establecida, el mismo año de su descubrimiento, por Jean-Baptiste Biot y

Félix Savart, y aún hoy se sigue empleando.

El alcance del descubrimiento de Ørsted es enorme. En el terreno práctico, ha

llevado, por ejemplo, a la inducción electromágnetica y al descubrimiento de las

ondas hertzianas. En el plano teórico, ha llevado, tras una corta desviación, a la

transición de la concepción newtoniana de las leyes universales a la

concepción relativista. La relación entre electricidad y magnetismo obligó a

admitir a los físicos, desde finales del siglo XIX, que sólo la mecánica no

bastaba para explicar todas las relaciones entre los cuerpos.

 

   

Campo electromagnético

Una aguja bajo influencia

En el experimento de Oesterd, fácilmente reproducible, la aguja de una brúju-

la colocada cerca de un hilo por el que circula una corriente eléctrica tiende a

alinearse con el campo magnético que engendra la corriente.

La regla de la mano izquierda

Proporciona la dirección de la fuerza. Si la carga es negativa, la fuerza invierte

su sentido. En el caso que la carga se encuentre en reposo, la fuerza ejercida

por el campo magnético sobre ella es nula.

Es importante señalar que al actuar la fuerza sobre la carga móvil, esta se

desvía de su trayectoria. Mientras permanece en el interior del campo

magnético, suponiendo que las direcciones de la velocidad y del campo son

perpendiculares entre sí, el movimiento de la carga es circular uniforme.

Un ejemplo con limaduras:

¿Qué vamos a hacer?

Vamos a cubrir un imán con una hoja de papel y vamos a espolvorear

lentamente las limaduras sobre el papel.

Observa como las limaduras se van orientando y dibujando las

líneas de campo.

Líneas de campo en un

imán rectangular

Líneas de campo en un imán de

herradura

Líneas de campo en un imán anular extraído de

un auricular

Líneas de campo en un imán de

nevera

Para recuperar las limaduras separa con cuidado el papel del imán y

vuelve a echarlas al recipiente (salero). Ten cuidado de que el imán no

entre en contacto con las limaduras, porque puede resultar un tanto

trabajoso el separarlas. Lo mejor es que previamente forres el imán con

plástico del que se utiliza para envolver los alimentos.

Seguir experimentando

Prueba con distintos tipos de imanes y de diferentes formas. Enfrenta los

polos de dos imanes (tanto iguales como diferentes) y observa lo que

ocurre al añadir las limaduras de hiero.

40

40

7 50 7

01 - (a) 01 - (b)

FIG. 1

PROCEDIMIENTO

CAMPO MAGNÉTICO DE IMANES PERMANENTES

2.1 Verifique las perforaciones en las cartulinas de acuerdo a lo indicado

en la FIG.1. Las dimensiones se dan en mm.

2.2 Coloque uno de los imanes en la ranura correspondiente de la cartulina

1(a). Espolvoree las limaduras de hierro alrededor del imán y golpee

ligeramente la cartulina (ver FIG. 2).

* Observe y grafique las líneas de fuerza del campo magnético del imán.

Se pudo observar que cuando se le da golpecitos suaves a la cartulina, las

limaduras se mueven de tal forma que se puede observar la configuración de

las líneas del campo magnético del imán. El campo está formado por líneas de

fuerza que parecen salir del imán por el polo norte y entran al imán por el polo

sur para formar una trayectoria cerrada de fuerza. Fue necesario espolvorear

las limaduras de hierro porque a simple vista no se puede observar las líneas

de fuerza magnética del imán, ni tampoco determinar el polo norte o sur del

imán.

2.3 Coloque los dos imanes, frente a frente, en las ranuras hechas en la

cartulina 1(a).

* Observe y grafique las líneas de fuerza del campo magnético resultante.

N

S

N

S

N S S

Ésta gráfica, fue la resultante de nuestras observaciones:

* Verifique que las cargas enfrentadas corresponden a polos iguales o

diferentes.

Se verifica que son polos iguales, ya que en el dibujo se ven líneas de

REPULSIÓN.

* Invierta la cara de uno solo de los imanes y obtenga nuevamente las líneas

de fuerza del campo magnético resultante. ¿Qué diferencias observa

respecto al campo obtenido anteriormente?

En el segundo gráfico, se verifica que son polos diferentes, ya que se

muestra líneas de atracción.

N

S

S

N

FIG. 2

CAMPO MAGNÉTICO DE UNA BOBINA RECORRIDA POR UNA

CORRIENTE CONTINUA (ELECTROIMÁN)

2.4 Grafique en forma esquemática el sentido de arrollamiento de la

bobina que le ha sido proporcionada.

2.5 Conecte la fuente y el amperímetro digital según se muestra en la

FIG.3.

....::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::: . :.:::: :::::::::::::::::::: :::..............:::::::::::::::::::::::::::: ::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::: ::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::..:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::

..............:::::::::::::::. :::.: :::::::::::::::::::::::::: ::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::

NS

FIG 03

2.6 Encienda la fuente y regule el voltaje de salida hasta obtener una

intensidad de 0.25 A en el amperímetro. Luego, instale la cartulina FIG

01 - b sobre la bobina y espolvoree limadura de hierro alrededor de la

misma. ¿Qué observa?

Se observa que el campo magnético es sumamente débil, por esta razón, no

se visualiza con claridad la configuración de las líneas de campo magnético.

2.7 Repita el procedimiento anterior, colocando cada vez, en el centro de

la bobina, la barra de hierro.

Se pudo observar que las líneas de campo magnético ha aumentado debido

a la barra de hierro.

2.8 Regule el voltaje de salida de la fuente de modo de obtener una

corriente de 0.5A en el amperímetro. Repita el procedimiento 2.6 y 2.7.

Podemos observar que las líneas de fuerza de los campos magnéticos

producidos se ven con mayor nitidez, es por lo que si aumentamos la

intensidad de corriente el campo magnético será más intenso y por ende las

líneas de fuerza de este campo serán más claras.

* Determine la polaridad del electroimán. Explique el método aplicado.

Al conectar el electroimán, con las limaduras de hierro se forma las líneas de

campo magnético. Al acercar un imán por el lado sur al electroimán se observa

que las limaduras de hierro se alejan del imán. Al rotar la cara del imán y

acercarlo al electroimán, se puede apreciar que las limaduras de hierro se

acercan al imán, esto nos indicaba el lado Norte del imán.

* ¿Puede determinar la polaridad de los imanes permanentes?

Hallamos la polaridad del electroimán según la regla de la mano derecha,

guiándonos de la flecha que se encuentra en la bobina, los dedos apuntan en

la dirección de la flecha y el pulgar nos indica el lado Norte de la bobina, en

dirección saliente de la corriente que fluye a través de el.

*¿Qué pasa con la polaridad del electroimán si se intercambia los cables

conectados a la fuente?. Recuerde que en el paso anterior determinó la

polaridad de los imanes permanentes.

Si se intercambian los cables conectores, entonces la polaridad del electroimán

también cambia, pero se puede afirmar que el flujo magnético se mantendrá

constante.

* Estando la barra de hierro colocada en la bobina y la limadura de hierro

sobre la cartulina, apague la fuente. ¿Cuáles son sus observaciones?

Cuando la barra de hierro está colocada dentro de la bobina y las limaduras

de hierro sobre la cartulina observamos que cuando se apaga la fuente

desaparece la corriente eléctrica y por lo tanto desaparece también la

intensidad de campo magnético de la bobina. Por lo tanto podríamos afirmar

que la bobina con la barra de hierro se va perdiendo la fuerza magnética

gradualmente.

* ¿Puede establecer alguna relación entre la magnitud de la corriente y la

intensidad del campo magnético?

Se puede establecer una relación entre la magnitud de la corriente y la

intensidad del campo magnético, de que son directamente proporcionales

porque a mayor corriente mayor intensidad de campo y/o viceversa.

* ¿Qué observaciones puede hacer respecto al material de las barras y el

campo magnético?

Del experimento podemos observar que al introducir un material conductor

dentro de la bobina aumenta la intensidad de campo magnético (hay que

notar que sólo trabajamos con la barra de hierro). Pero llegamos a la

conclusión que si no es un material conductor entonces la intensidad de

campo magnético tiende a disminuir

.

INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

2.9 Conecte la bobina y el Multímetro analógico según se muestra en la

FIG 04. Coloque el selector del instrumento en la escala más pequeña

para medir corriente.

2.10 Acerque el imán hacia la bobina desde diferentes direcciones.

* Observa alguna deflexión de la aguja en el instrumento? ¿Qué le indica

este hecho?

Al acercar el imán por la cara norte al electroimán por el polo sur, se observa

que la aguja del amperímetro reflexiona hacia la izquierda

* ¿En qué dirección de acercamiento obtiene mayor deflexión?

. Se observa la mayor deflexión de la aguja cuando las polaridades son

iguales

2.11 Acerque el imán hacia la bobina siguiendo la dirección del eje de

esta última. Realice dicho acercamiento primero lentamente y

luego rápidamente. Haga sus observaciones.

Al acercar el imán lentamente se observa que la aguja reflexiona muy poco o

casi nada, y al acerca el imán rápidamente se observa que la aguja deflexiona

más rapido

2.12 Instale ahora la barra de hierro como núcleo de la bobina y repita el

procedimiento anterior.

Al colocar la barra de hierro en la bobina, la corriente aumenta, y se hace más

notorio el sentido de ésta. Además la deflexión es mayor.

* Según la experiencia realizada, ¿de qué parámetros depende la

deflexión de la aguja (corriente inducida)?

Depende de la rapidez con que se acerque el imán (Es decir del tiempo). En

menor tiempo es notoria la deflexión de la aguja.

* Si el imán permanente permanece fijo frente a la bobina, ¿se induce

corriente eléctrica?

Si el imán permanente permanece fijo frente a la bobina no se induce corriente

eléctrica.

* ¿De qué manera puede relacionar esta parte de la experiencia con la

previamente desarrollada?

Se relaciona en que hace aumentar la inducción de la corriente y la intensidad

de campo magnético.

OBSERVACIONES

1. Cuando colocamos el imán y en la cartulina espolvoreamos las limaduras de

hierro pudimos observar que las limaduras se dispone formando líneas

curvas. Estas líneas corresponden a las líneas de fuerza del campo

magnético del imán.

2. Cuando colocamos los dos imanes pudimos observar mediante sus líneas

de fuerza del campo magnético si estaban colocados de tal forma que sus

polos se atraían o se repelaban.

3. En la experiencia de la bobina hemos observado el efecto producido por el

campo magnético. Las líneas de fuerza del campo magnético se orientan dé

modo que éstas líneas entran por el polo Sur y salen por el polo Norte. Y

cuando invertimos el sentido de la corriente se invierte la orientación de las

líneas del campo magnético.

4. Cuando pusimos las limaduras de hierro en una cartulina alrededor de la

bobina pudimos observar el espectro magnético por la que circula la

corriente. Las limaduras de hierro se disponen según las líneas de fuerza

del campo. El espectro magnético de la bobina es equivalente al espectro

magnético de un imán plano.

RECOMENDACIONES

Se recomienda que antes de encender la fuente DC para energizar el circuito

con la bobina, hay que verificar siempre que la perilla del lado izquierdo

(regulador de voltaje) se encuentre en cero, para evitar descargas; si no lo

tenemos en cero debemos girar en sentido antihorario para regresarla a ésta

posición. También debemos haber hecho una buena conexión evitando fugas

porque un mal funcionamiento del circuito nos puede dar como resultado datos

erróneos. Además que un corto circuito puede causar que los multitester

puedan dañarse.

CONCLUSIONES

1. Cuanto más fuerte sea el imán, mayor será el número de líneas de fuerza y

el área cubierta por el campo. Los espectros magnéticos son figuras

formadas por limaduras de hierro que reproducen fielmente a las líneas de

fuerza de un campo magnético.

2. La intensidad del campo magnético en una bobina de alambre enrollado

depende de la cantidad de corriente que fluya por las vueltas.

3. Mientras mayor sea la corriente, más intenso será el campo magnético. De

igual manera, cuantas más vueltas haya, más concentradas serán las líneas

de fuerza.

4. Cuando un conductor corta líneas de fuerza o las líneas de fuerza cortan un

conductor, se induce en el conductor una fem. o voltaje. Para que se

induzca una fem., Debe haber movimiento relativo entre el conductor y las

líneas de fuerza. Al cambiar la dirección en la que se cortan las líneas o el

conductor, también cambia la dirección de la fem. inducida.

5. El sentido de la corriente en la bobina depende de la variación del flujo el

cual, aumenta cuando se introduce el imán en la bobina y disminuye cuando

el imán se aleja de la bobina.

BIBLIOGRAFÍA

Principios Fundamentales de Electrónica - Alcalde San Miguel, Pablo

FÍSICA Finn Alonso.

Física General Halliday - Resnick.

Física General Navarro - Taipe