Lab de Fisca Electromagnetismo Ultimo

7/28/2019 Lab de Fisca Electromagnetismo Ultimo

1/18

1

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SANMARCOS

FACULTAD DE QUMICA E INGENIERA

QUMICAE.A.P. Ingeniera Agroindustrial

EXPERIENCIA N 8:

ALUMNOS:

Pea Arias, Dante 12070253

Aguilar Tovar, Jemima 12070204

Laos Laines, Luisa 12070068

Pillaca Ochoa, Valeria 12070254

Garay Sarmiento, Priscila

12070236

Perales Apaico, Flor 11140366

PROFESOR:

MIGUEL SAAVEDRA

Fecha de entrega:

15-06-13


2/18

2

ELECTROMAGNETISMOLa electricidad y el magnetismo estn estrechamente relacionados, pues la corriente

elctrica manifiesta un efecto magntico.

El electromagnetismo abarca los fenmenos fsicos que tienen que ver con el efecto delas cargas y corriente elctrica, y las fuerzas que resultan de estos fenmenos.

En 1819, el fsico y qumico dans Hans Christian oersted (1777 a 1851) descubri que

una aguja imantada se desva por la corriente que circula a travs de un alambre, con lo

que fund el electromagnetismo.

En los aos siguientes, aproximadamente a partir de 1822, el fsico y qumico britnico

Michael Faraday se ocup del estudio del efecto contrario, es decir, la conversin del

magnetismo en electricidad. En 1831 pudo demostrar las primeras pruebas, publicando

sus trabajos bajo el concepto de 2induccion electromagntica2, trabajo que lo hizofamoso.

CAMPO MAGNTICO ALREDEDOR DE UN CONDUCTOR ELCTRICO.Todo conductor elctrico por el que circula una corriente genera un campo magntico.

Dicho campo se origina debido a que los portadores de carga (electrones) se mueven

dentro del conductor. La siguiente animacin muestra el campo magntico generado por

un


3/18

3

conductor por el que fluye una corriente.

Un conductor por el que circula corriente est rodeado por lneas de campoconcntricas. Para determinar el sentido de las lneas de campo se puede aplicar lallamada regla del tornillo:

Las lneas del campo magntico rodean el conductor por el que circula corriente en la

misma direccin en la que habra que girar un tornillo (de rosca derecha) para apretarlo

en el sentido tcnico del flujo de la corriente.

1. EXPERIMENTO: CAMPO MAGNTICO DE UN CONDUCTOR 1.Con una brjula se verifican el campo magntico de un conductor por el que

circula corriente.

Monte el siguiente arreglo experimental:

Aleje el imn por lo menos 50 cm de la brjulaAnote la posicin de la aguja magntica, la cual se ve determinada bsicamente

por el campo terrestre.

En la animacin, pulse el botn STEP2 y complete la ltima conexin como se

indica. De este modo, por el conductor circular una corriente de aprox. 1 A.

Cmo se comporta la aguja imantada cuando se cierra el circuito elctrico?

ANOTE LO OBSERVADO

Qu sucede cuando la aguja de la brjula no se coloca debajo sino por encima

del cable por el que circula la corriente?

ANOTE LO OBSERVADO:

2.

EXPERIMENTO: CAMPO MAGNTICO DE UN CONDUCTOR 2.


4/18

4

Se averiguara si es mayor el campo magntico de un bucle conductor o el de un

conductor si por ambos circula corriente. Adems, se analizara si la polaridad de

la corriente ejerce alguna influencia.

Modifique el arreglo anterior como se muestra a continuacin:

Juzgue la intensidad del campo magntico en el anterior de un bucle conductor,

comparada con la intensidad del campo en un conductor, si por ambos circula la

corriente:

a) En el caso del bucle conductor la deflexin de la aguja es: mas fuerteb) El campo magntico del conductor sin bucle es: mas dbil

Permute los terminales del bucle conductor en la alimentacin de corriente. As

se modifica la polaridad de la corriente. Qu efecto ejerce este cambio sobre el

campo magntico?El campo magntico al interior del bucle de conductor cambia de polaridad2. CAMPO MAGNTICO DE UNA BOBINA

En muchos equipos elctricos y electrnicos se utilizan componentes que constan

de conductores elctricos arrollados. Estos arrollamientos se conocen como

BOBINAS. Como todo conductor por el circula al corriente tambin presentan un

campo magntico:

3. VERIFICACIN DELCAMPO MAGNTICODE UNA BOBINA.Con una brjula se

analizar una bobina

mientras por ella

circula una corriente

al igual que cuando

no se aplica ninguna

corriente. En este

caso, se determinaran

ciertas propiedades

magnticas y la forma

de las lneas de

campo.


5/18

5


Retire la brjula de su soporte y acrquela lentamente a la bobina.

Observe la orientacin de la aguja de la brjula.Complemente el arreglo experimental. La animacin ESTEP2 muestra la manera

de hacerlo.

Mueva de nuevo la brjula alrededor de la bobina por la que ahora circula

corriente.

Observe la direccin de la corriente.


6/18

6

Qu se puede afirmar acerca de la orientacin e la brjula cuando se la coloca

en diferentes posiciones alrededor de la bobina sin corriente? Anote lo observado

La aguja magntica mantiene la direccin de norte a sur

Qu se puede afirmar acerca de la orientacin e la brjula cuando se la coloca

en diferentes posiciones alrededor de la bobina por la que circula corriente?

Anote lo observado

La aguja cambia de orientacin cada vez que se la coloca en una nueva posicin

sobre la bobina

Observe el comportamiento de la aguja de la brjula en diferentes posiciones con

respecto a la bobina por la que circula corriente. Por favor, ordene las siguientes

observaciones:

a) La aguja de la brjula se orienta?

En sentido paralelo a las lneas de campo

b) Las lneas de campo describen un arco?

De polo norte a polo sur de la bobina

LA MATERIA EN EL CAMPO MAGNTICO.


7/18

7

Intensidad de campo H y densidad del flujo B.Todas las corrientes elctricas estn rodeadas por campos magnticos. Aqu se

diferencian entre dos magnitudes:

La intensidad del campo H, conocida tambin como excitacin magntica, segenera nicamente con corriente elctrica verdadera (esto es, mensurable con el

ampermetro). Caracteriza el origen del campo magntico.

La densidad de flujo B es responsable de la induccin, de la fuerza de Lorentz al

igual que de la atraccin y repulsin de los imanes (permanentes). Por esta

razn, caracteriza el efecto de campo magntico.

La materia en el campo magntico.Si una bobina se encuentre en el vaco (o lo suficientemente cercana al campo

magntico, en la atmsfera) es vlido lo siguiente:

Constante de campo magntico: 0 =.10-7Vs/Am

Unidad SI de la intensidad de campo H A/m

Unidad de SI de la densidad de flujo magntico B T(tesla)=Vs/m2B=0 . HSe puede comprobar con facilidad que, con igual corriente I (y, por tanto, conigual intensidad de campo H), la densidad de flujo magntico B varia si se

introduce materia en el interior de una bobina.

Para la descripcin de este fenmeno, dependiente de la materia, se introdujo la

constante de permeabilidad magntica relativa r :

r = B (materia)/B (vaco)

De acuerdo con la permeabilidad magntica relativa, los materiales se pueden

clasificar en tres grupos principales:

Diamagnticos: r < 1

Paramagnticos: r >1

Ferromagnticas: r >>1

En los dos primeros grupos, r se aleja de 1 de forma poco significativa. En el caso

de los ferromagnetos, se da el caso contrario puesto que r puede alcanzar

valores 100.000 veces mayores.

Bobina con ncleo de hierro.


8/18

8

Si se coloca un ncleo de hierro dentro de una bobina, aquel que vera

magnetizado por esta. As se produce un electroimn:

Los campos magnticos se suman

Formando un campo magntico mayor

El campo magntico resultante es mucho ms fuerte que el de la bobina sin

ncleo de hierro.

5. Efecto del ncleo de hierro.Con una brjula se analizara una bobina con ncleo de hierro, por la que circula

corriente.

Se comparan las propiedades magnticas de la bobina con y sin ncleo de hierro.

Qu puede afirmar acerca del comportamiento de la brjula frente a una

bobina con ncleo de hierro si se realiza una comparacin con lo que sucede

cuando el ncleo se encuentra ausente?

La aguja se desva ms fuertemente, pues el campo magntico se refuerza con el

ncleo de hierro y las lneas de campo por los polos.Efecto dinmicomagntico. Se verifica si una fuerza acta sobre un imn que seintroduce en una bobina.

Histresis.En los materiales ferromagnticos no existe una relacin lineal entre la densidad

de flujo magntico B y la intensidad del campo magntico H.

En la imagen se muestra la curva de magnetizacin:


9/18

9

Si la intensidad de campo H acta sobre un material ferromagntico, la primera

vez, este se comporta de una manera distinta que durante magnetizaciones

posteriores.

Materiales de magnetismo fuerte y dbil.La capacidad de mantener un magnetismo residual elevado o pequeo, es unapropiedad de los materiales que permite diferenciarlos entre:

Magnticamente fuertes y magnticamente dbiles

6.-EXPERIMENTO DE REMANENCIA.


10/18

10

Se someter un ncleo de hierro a la influencia de un campo magntico y, a

continuacin, se verificar su campo magntico residual. Luego se repetir el

experimento con la polaridad invertida.


Con un marcador, o con material adhesivo rojo, marque un lado del ncleo de

hierro.

Inserte y retire repetidamente el ncleo de hierro del interior de la bobina por la

que circula corriente. El punto rojo se dirige hacia abajo.

Saque el ncleo de hierro y analcelo con la aguja imantada.

A)Conserva el ncleo de hierro propiedades magnticas despus de que el campo ha

actuado sobre l? (Mantenga el imn permanente a suficiente distancia) (Anote loobservado)

- El ncleo de hierro desva ostensiblemente la aguja imantada, por tanto posee un

campo magntico.

B)Cul polo queda en el extremo marcado con el punto rojo? (Anote lo observado)

- El polo sur, puesto que el extremo azul de la aguja de la brjula se ve atrada.

Repita el experimento e introduzca y retire varias veces el ncleo de hierro del

interior de la bobina por la que circula corriente. Esta vez, el punto rojo se debe

dirigir hacia arriba. Retire el ncleo y vuelva a analizarlo con la aguja magntica.

C)Cul polo queda ahora en el extremo marcado con el punto rojo? (Anote lo

observado)

- El polo norte, puesto que el extremo plateado de la

aguja de la brjula se ve atrada.Fuerza de Lorentz. Si un conductor por el que circulacorriente se coloca dentro de otro campo magntico, se

producir una interaccin entre ambos campos.

Regla de la mano derecha: Un mtodo sencillo paradeterminar el sentido de la fuerza de Lorentz es la

llamada regla de la mano derecha. Las magnitudes

velocidad v de los electrones (contraria al sentido tcnico de la corriente) induccin

magntica B del campo magntico exterior fuerza F (fuerza de Lorentz) sonperpendiculares entre s. Si se conoce el sentido de dos de ellas, con la regla de la


11/18

11

mano derecha se puede determinar el sentido de dos de ellas, con la regla de la

mano derecha se puede determinar el sentido de la tercera magnitud.

Induccin.- En la electrotecnia se conoce como induccin a la generacin de energaelctrica en un conductor (alambre) debido a un campo magntico variable. La

induccin tiene una gran importancia tcnica en la produccin de corriente con

generadores y en los transformadores.

Ley de la induccin.Los procesos fsicos relativos a este fenmeno se describen mediante la ley de la

induccin. Una variacin de flujo en el tiempo dF/dt induce en un bucle conductor,

que abarca la superficie A, la tensin de induccin.

Si el conductor es una bobina con vueltas, las tensiones parciales inducidas en

cada arrollamiento se suman para conformar la tensin total.

7.-Experimento 1 de induccin.En una bobina sin ncleo se generar una

tensin con el movimiento de un imn

permanente.

Dicha tensin se medir con un voltmetro.

Monte el siguiente arreglo experimental: Abra

el instrumento virtual voltmetro A del men

de instrumentos de medicin o pulse sobre la imagen del instrumento. Realice los

siguientes ajustes:

Rango: 0,5 V, DC

Display anlogo Conmutador giratorio en AV (visualizacin de valor medio)

Conecte la bobina a un voltmetro. Introduzca y retire varias veces el imn

permanente del devanado de la bobina. Qu se puede observar en el voltmetro?

(Anote lo observado)

- El voltmetro indica tanto tensin positiva como negativa, segn el sentido del

movimiento. Cuando ms rpido sea el movimiento mayor ser la amplitud de latensin.

UInd= -d/dt

UInd= -.d/dt


12/18

12

8.-Experimento 2 de induccin.Se variar el campo magntico sin realizar ningn movimiento, encendiendo y

apagando la corriente en una bobina de campo. Se observar la tensin inducidaen una segunda bobina y se medir esta tensin con un voltmetro y realice los

siguientes ajustes:

Rango: 0,5 V, DC

Display anlogo

Conmutador giratorio en AV (visualizacin de

valor medio)

Dos bobinas se encuentran arrolladas alrededor

del ncleo de hierro. La bobina 1 est conectada al

voltmetro. En la bobina 2 se conecta y desconecta una corriente.

Qu se puede observar en el voltmetro? (Anote lo observado)- El voltmetro indica tanto tensin negativa como positiva dependiendo del estado

de la conexin de la flexin del voltmetro es solo muy breve, a continuacin la

tensin vuelve a caer a cero.

Comprobacin analgica de Induccin Electromagntica


13/18

13

Objetivos.1. Estudiar algunos fenmenos de induccin electromagntica.2. Determinar la relacin entre corriente inducida y la variacin de flujo magntico.

Fundamento Terico.La induccin electromagntica es el fenmeno por el cual se produce corriente I en

un conductor, debido a las variaciones del flujo magntico el cual se puede realizar

por la accin de un imn o por la accin de una corriente.

Disponga de una bobina para el caso:

Lo anterior se explica asumiendo que cuando acercamos el polo norte del imn a

la bobina, la cantidad de lneas que atraviesan la espira (flujo) aumenta

apareciendo una corriente inducida, la que cesa cuando detenemos el imn, es

decir, la corriente dura solo mientras hay variacin de campo.

LEY DE LENZ.La ley de Lenz para el campo electromagntico relaciona cambios producidos en

el campo elctrico en un conductor con la variacin de flujo magntico en dicho

conductor, y afirma que las tensiones o voltajes inducidos sobre un conductor y

los campos elctricos asociados son de un sentido tal que se oponen a la

variacin del flujo magntico que las induce. Esta ley se llama as en honor del

fsico germano-bltico Heinrich Lenz, quien la formul en el ao 1834, en un

contexto ms general que el usado por Lenz, se conoce que dicha ley es una

consecuencia ms del principio de conservacin de la energa aplicado a la

energa del campo electromagntico.

FUERZA ELECTROMOTRIZ DE LA CORRIENTE INDUCIDA.


14/18

14

Experimentalmente Faraday encontr que la fem inducida depende solamente del

nmero de espira de la bobina y de la velocidad con que vara el flujo magntico

que la origina:

E=-m.d/dtM: # de espiras

d: la variacin del flujo magntico

dt: tiempo en que efecta la variacin

El signo negativo indica que la fem obtenida se opone a la variacin del flujo que

la origina.

PROCEDIMIENTO.PROPIEDADES MAGNETICAS DE LOS SOLENOIDES.Conecte el solenoide tal como indica el circuito de la figura2, manteniendo la

posicin relativa del solenoide y comps. Cierre la llave y anote la direccin en el

cual el polo norte de la aguja es deflactada. Anote tambin la direccin de la

corriente alrededor de la hlice que constituye el solenoide. (Invierta el sentido de

la corriente y haga las mismas anotaciones).

EL PRINCIPIO DEL ELECTROIMN.Coloque el solenoide en direccin este-oeste del comps de modo que la aguja noest deflactada ms de 10 con respecto al eje del solenoide cuando la llave est


15/18

15

abierta. Cierre la llave y anote la posicin de la aguja. Invierta la corriente y anote

la posicin de la aguja. Insrtelo en el interior de la bobina. Qu observa?

FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA.Conecte las terminaciones de un solenoide al galvanmetro como muestra la

figura 3. Examine la direccin en la cual el alambre de la bobina est

arrollada. Induciendo el imn tal como se indica en la figura 3, anote la deflexin

del galvanmetro, en cada caso (hacia arriba, hacia abajo y determine de qu

modo en la figura fluye la corriente alrededor de la bobina horario o antihorario).

Mirando de arriba hacia abajo i moviendo el imn hacia adentro, se observa una

deflexin en sentido horario en el galvanmetro, produciendo lo contrario al

alejar el imn.

Al cambiar la rapidez del movimiento del imn se produce lo anteriormente pero

con mayor intensidad. La polaridad producida en la bobina por la corrienteinducida, se hallara con la regla de la mano derecha.

FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA ENTRE DOS CIRCUITOS.Alinee dos solenoides de modo que sus ejes estn paralelos y los enrollamientos

estn en la misma direccin como se indica en la figura 4.

El solenoide conectado a una pila se denomina primario o inductor y el otro es elsecundario o inducido.


16/18

16

Con la llave cerrada mover la bobina primaria hacia atrs o hacia adelante como

se hizo con el imn.

Si la aguja del galvanmetro se reflecta demasiado reduzca la corriente en el

primario.

Observe las direcciones de la corriente en el secundario y haga los diagramas

similares al mostrado en cada uno de los diagramas debe indicar lo siguiente:

1. La direccin de la corriente en el primario.2. La direccin del movimiento del primario (hacia o desde el secundario).3. La direccin de la corriente inducida en el secundario.

Qu sucedera si en lugar del primario se mueve el secundario?

Con la bobina primaria cerca de la secundaria, vare la corriente en el primario

bruscamente, abriendo o cerrando el circuito. Observe la amplitud relativa de la

deflexin de la aguja del galvanmetro. Registre sus observaciones en dos

diagramas de un amanera similar a la sugerida anteriormente mostrando en estos

casos cuando la llave ha sido cerrada y cuando ha sido abierta.

CUESTIONARIO.1. Qu relacin observa usted entre la conducta de un solenoide por el que pasacorriente elctrica y un imn de una barra?


17/18

17

El solenoide tiene la capacidad de crear una zona de campo magntico uniforme

cuando circula corriente elctrica sobre este Un ejemplo terico es el de una

bobina de

hilo conductor aislado y

enrollado helicoidalmente, delongitud infinita. En ese caso

ideal el campo magntico sera

uniforme en su interior y,

como consecuencia, fuera sera

nulo, y adquiere propiedades

magnticas. Por lo tanto el comportamiento de un solenoide sera similar al de

un imn de barra, ya que es capaz de atraer objetos metlicos conductores por

poseer dos polos, positivo y negativo.

La relacin que existe es que son directamente proporcionales, ya que a mayor

nmero de espiras, mayor ser la intensidad del campo magntico.

2. Mencione por lo menos dos reglas prcticas para determinar la polaridad deun solenoide que lleva corriente elctrica.Regla de la mano derecha: Nos dice que las

lneas de campo, se determinan, tomando la

espira con la mano derecha. El pulgar

indicar tomando la direccin de la corriente,el resto de los dedos indica la direccin de las lneas de fuerza. Y si las lneas

salen se identifica como el polo norte del campo magntico.

Ley de la Mano izquierda: Para obtener el sentido de la fuerza, se toma el dedo

ndice de la mano (izquierda) apuntando a la direccin del campo magntico que

interacta con el conductor y con el dedo corazn se apunta en direccin a

la corriente que circula por el conductor, formando un ngulo de 90 grados. De

esta manera, el dedo pulgar determina el sentido de la fuerza que experimentar

ese conductor.

3. Qu efecto produce la insercin de una varilla metlica en el interior de unabobina que lleva una corriente elctrica?
http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_el%C3%A9ctrica


18/18

La insercin de esta varilla metlica provocar que se intensifique el campo

magntico y actuar como un imn elctrico o electroimn. Con el que se

podrn atraer diferentes objetos metlicos durante todo el tiempo que la

corriente elctrica se mantenga circulando por las espiras del enrollado de

alambre de cobre.

4. Usando la ley de Lenz indique el sentido de la corriente elctrica y la polaridaden el sentido de la figura 3 cuando el imn se aleja.Cuando la barra de imn sale de la espira, la corriente inducida debe ir en

sentido d las anejillas del reloj. Porque la ley de Lenz nos dice que los voltajes

inducidos sern d un sentido tal, que se opongan a la variacin del flujo

magntico que las produjo, consecuencia del principio de conservacin de laenerga.

La polaridad de un voltaje inducido es tal, que tiende a producir una corriente,

cuyo campo magntico se opone siempre a las variaciones del campo existente

producido por la corriente original.

5. de la figura 4 con la llave cerrada y con la idea de que el flujo magntico en elsecundario aumente o disminuye a medida que acerquemos o alejemos elprimario, enuncie una regla prctica para determinar la polaridad en el inducido.La induccin aumenta en la segunda bobina a medida que lo acercamos y

disminuye a medida que lo alejamos. La Polaridad en el inducido es directamente

proporcional a la distancia que la separa de la primera espira.

CONCLUSIONES. Una espira al pasarle un imn se produce una variable, la cual cambia con la

aceleracin del imn. Fue muy interesante poder llevar cada uno de los puntos en el laboratorio ya que

de esta forma podemos evidenciar de una forma ms prctica y entendible los

fenmenos del electromagnetismo.

Documents

Lab de Fisca Electromagnetismo Ultimo