Guia De Laboratorio Electromagnetismo 6q2c36

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201424 – NOMBRE DEL CURSO: ELECTROMAGNETISMO

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA

GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO

201424 –ELECTROMAGNETISMO Claudia Patricia Castro Rodríguez (Director Nacional)

Wilmer Ángel Benavides Acreditador

BOGOTA MAYO 2015


2. ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO Las presentes guías fueron iniciadas en su versión por Juan Evangelista Gómez Rondón de la UNAD del CEAD de Medellín, y actualizadas en el segundo semestre del año 2015 por Claudia Patricia Castro Rodríguez, Hugo Ismael Rodríguez del CEAD JAG y Juan Carlos González encargado de laboratorio de la Sede Nacional.


3. INDICE DE CONTENIDO

Pág. Características generales:

5

Descripción de Practicas:

Práctica 1

8

Práctica 2

18

Práctica 3

25

Fuentes Documentales

31


4. LISTADO DE TABLAS Tabla 1

Experimento 3, unidad 1

14

Tabla 2


14

Tabla 3


29

Tabla 4


29

4.1 LISTADO DE GRÁFICOS Y FIGURAS Figura 1

Circuito para cargar condensador

10

Figura 2

Circuito para descargar condensador

10

Figura 3

Señal cuadrada de alta frecuencia

10

Figura 4

Circuito actividad experimental actividad 1

12

Figura 5

Circuito actividad experimental actividad 1

12

Figura 6

Circuito alimentado con señal cuadrada

13

Figura 7

Circuito alimentado con señal cuadrada y resistencia adicional 13

Figura 8

Circuito experimento 3, unidad 1

14

Figura 9

Circuito experimento 1, unidad 2

20

Figura 10


22

Figura 11

Montaje Faraday

27

Figura 12


28

Figura 13

Figura montaje bobinas en vacío

28

Figura 14

Montaje bobinas entre núcleo en forma de U

29

Figura 15

Bobinas con núcleo en forma de U

29


5. CARACTERÍSTICAS GENERALES

Introducción

El electromagnetismo es fundamento en la revolución de la ciencia y la tecnología que encontramos en la transformación del día a día. Hace parte de la física e históricamente ha sido desarrollada gracias a varios experimentos que daban cuenta de los efectos eléctricos, magnéticos y electromagnéticos.

Justificación

En la UNAD se propende por la formación de calidad educativa para los estudiantes, lo anterior implica el desarrollo de habilidades en los procesos científicos y tecnológicos de vanguardia. El curso permite poder explicar los fenómenos naturales relacionados con el electromagnetismo , al igual se pretende que el estudiante desarrolle la capacidad de analizar datos experimentales, plantear hipótesis, contrastar modelos a partir de sus resultados y comunicar sus conclusiones y observaciones en informes de laboratorio y a través del aprendizaje ABP. Propósitos

Intencionalidades formativas

Contribuir al desarrollo de habilidades de pensamiento en los estudiantes mediante la apropiación de nociones, conceptos y experiencias aplicables a la ingeniería en el reconocimiento de fenómenos físicos en procesos teórico- prácticos que rigen las diferentes leyes y postulados del electromagnetismo. Objetivos Estudiar los fenómenos naturales relacionados con el electromagnetismo a partir de aplicaciones experimentales.

Metas


Lograr desarrollar habilidades relacionadas con el manejo del área del electromagnetismo en el contexto real a partir del aprendizaje práctico. Desarrollar en el estudiante una actitud crítica frente a los conocimientos adquiridos, al permitirle que experimente con los modelos teóricos del electromagnetismo mediante la interacción en los laboratorios presenciales. Competencias -El estudiante reconocerá

los principales

conceptos y leyes de la electrostática, campo eléctrico y potencial eléctrico

así como sus

aplicaciones. -El estudiante aplicaciones

analizara

del

campo

los conceptos y magnético

y

su

influencia en gran cantidad de aparatos o dispositivos cercanos a todos: brújulas, imanes, RMN, ciclotrones, motores. -El estudiante solucionara situaciones en contexto donde se abordan las ondas electromagnéticas y en el fenómeno de la inducción electromagnética Denominación de practicas

Práctica 1: campo electrostático, potencial eléctrico y campo eléctrico en la materia Práctica 2: campo magnetostático, materiales y dispositivos magnéticos Práctica 3: inducción electromagnética y ondas electromagnéticas

Número de horas

12 horas total (4 horas por práctica)

Porcentaje

34%

Curso Evaluado por proyecto

SI

Seguridad industrial

Cuando se trabaja en el laboratorio eléctrico o cuando se utiliza equipo eléctrico, observar las

NO (X)


debidas precauciones de seguridad es tan importante cómo hacer mediciones exactas. Existe un riesgo letal y potencial en el ambiente del laboratorio eléctrico y una falla en los procedimientos de seguridad, puede hacerlo a usted o a su compañero de trabajo víctima de un serio accidente. La mejor forma de evitar accidentes es reconocer sus causas y ceñirse estrictamente a los procedimientos de seguridad establecidos. Una plena conciencia de los peligros y las posibles consecuencias de los accidentes, ayuda a desarrollar una propia motivación para seguir tales procedimientos. El riesgo más común y serio en el laboratorio de electricidad es el choque o sacudida eléctrica. En lo posible utilice instrumentos o herramientas eléctricas cuyos cables de alimentación estén provistos de un adecuado conductor de tierra. • Nunca toque instrumentos antes de desenergizarlos. • Vista siempre zapatos y consérvelos secos. Evite pararse en piso húmedos. no lleve puestos anillos, objetos de metal, etc. • No maneje instrumentos eléctricos cuando su piel este húmeda • Nunca lleve ropa suelta cerca de maquinaria en movimiento • El uso inadecuado de las pistolas de soldar puede acarrear graves quemaduras o incendios. • No altere bruscamente las conexiones de los devanados de los transformadores pues se podrían presentar altos voltajes. • Neutralice el ácido de las baterías usando agua y sal, pues la mezcla de ácido y agua empobrece a aquel • evitando quemaduras y daños.


6. DESCRIPCIÓN DE PRÁCTICAS PRACTICA 1- CAMPO ELECTROSTÁTICO, POTENCIAL ELÉCTRICO Y CAMPO ELÉCTRICO EN LA MATERIA

Tipo de practica

Presencial

Porcentaje de evaluación Horas de la practica Temáticas de la práctica

11.4% 4 LEY DE KIRCHHOFF CIRCUITO RC CON OSCILOSCOPIO EL CAPACITOR Propósito(s)


Relacionar al estudiante con el concepto de flujo de campo electrico a través de estructuras materiales en los circuitos. Objetivo(s) 

Verificar los conceptos de división de voltaje y división de corriente.

•

Verificar la ley de Kirchhoff.

•

Medir el tiempo característico de un circuito RC utilizando un osciloscopio

•

Investigar la relación entre el flujo de carga eléctrica y el tiempo que tarda en almacenarse energía eléctrica en forma de campo en una región adecuada, un capacitor.

Meta(s) Desarrollar habilidades relacionadas con el campo electrostático, potencial eléctrico y campo eléctrico en la materia en el contexto real a partir del aprendizaje práctico. Competencia(s) El estudiante reconocerá los principales conceptos y leyes de la electrostática, campo eléctrico y potencial eléctrico así como sus aplicaciones.


Fundamentación Teórica

CORRIENTE ELECTRICA: Al producirse una diferencia de potencial entre los extrema de un conductor las cargas negativas del mismo tienden a moverse en sentido contrario al campo. SENTIDO DE LA CORRIENTE: contrario al sentido del movimiento real de los electrones. INTENSIDAD DE CORRIENTE: Cantidad de corriente que pasa por una sección del conductor en unidad de tiempo i = ∆Q/∆t obteniéndose como unidades [i] = 1C/1s = 1 Amperio y sus submúltiplos 1mA = 10-3 A 1µA = 10-6 A. FUENTES DE CORRIENTE ELECTRICA: las fuentes o generadores son dispositivos capaces de mantener una diferencia de potencial entre dos puntos de un conductor. POTENCIA DE UN GENERADOR: es el trabajo realizado por unidad de tiempo P = W/t = εQ/t = εi P=εi Ley de Mallas: Establece que la suma algebraica de las tensiones en una trayectoria cerrada en una red plana es cero. Esta ley es una consecuencia de la ley de la conservación de la energía. Ley de Nodos: Establece que la suma algebraica de las corrientes que concurren a cualquier nodo de una red plana o no plana es cero. Esta ley expresa simplemente que la carga eléctrica no se acumula en ningún punto de la red. El capacitor es un dispositivo que almacena carga eléctrica. Una forma antigua de un capacitor es el recipiente de Leyden,. Los capacitores están integrados por dos placas conductoras separadas por aire u otro material aislante, conocido como dieléctrico. La capacitancia, o capacidad de un capacitor, depende de la naturaleza del material dieléctrico, el área de las placas y la distancia entre ellas. *Las figuras 1 y 2 muestran, respectivamente, los circuitos que se usan para cargar y descargar un condensador a través de una resistencia. Con cualquiera de estos circuitos se puede medir experimentalmente el tiempo característico τ = RC, utilizando un voltímetro y un reloj común, siempre y cuando RC sea mayor que unas pocas decenas de segundos. Para RC más pequeños, se necesita un instrumento con el que se puedan medir intervalos de tiempo menores que 0,1 s. Tal instrumento puede ser un osciloscopio. Efectivamente, en la pantalla de un osciloscopio se puede observar como varía el voltaje a través de las placas del condensador mientras se carga y descargar a condición de que se tenga un interruptor que se pueda abrir y cerrar alternada y rápidamente. Tal interruptor se puede lograr alimentando el circuito con una señal cuadrada, figura 3, de alta frecuencia.


Figura 1: Circuito para cargar un condensador a través de una resistencia.

Figura 2: Circuito para descargar un condensador a través de una resistencia.

Figura 3: Señal cuadrada de alta frecuencia. Observe que durante medio periodo se proporciona un voltaje continuo y durante el medio periodo siguiente el voltaje es cero, es decir la señal actúa como si se tuviera un interruptor que permite alimentar y suprimir la alimentación del circuito. Este tipo de señal se puede obtener del generador de funciones con el que trabajo cuando empezó a familiarizarse con el uso del osciloscopio, y si elige adecuadamente la frecuencia de la señal podrá ver en la pantalla del osciloscopio cómo se carga y descarga el condensador. *Tomado y adaptado de: E. Bautista et al. Electromagnetismo (Guías de laboratorio II. Electromagnetismo). Universidad Nacional De Colombia. Bogotá, 2001 Descripción de la practica Experimento 1: Flujo de corriente eléctrica, medición de corriente y diferencia de potencial, comprobación de la ley Kirchhoff en un circuito. Experimento 2: Circuito RC y alimentación con la señal de onda cuadrada proveniente del generador, a través de cuya resistencia interna RG se carga y descarga el condensador. El voltaje entre placas del condensador se aplica al osciloscopio Experimento 3: Relación entre el flujo de la carga eléctrica y el tiempo que tarda en almacenarse la energía en un capacitor.


Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos) Generador de ondas Fuente de voltaje Osciloscopio Resistencias Cables de conexión Multímetro Condensadores de diferentes capacitancias Cronómetro

Software a utilizar en la practica Ninguno Seguridad Industrial Las indicadas en las características generales de la guía Metodología Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica. Forma de trabajo: grupo de máximo 4 estudiantes Procedimiento: Experimento 1:

Figura 4 Realice el análisis teórico del circuito de la Figura 4, encontrando la corriente I y los voltajes a través de todas las resistencias.


• Realice mediciones prácticas de la corriente I y de los voltajes en todas las resistencias. • Compare resultados teóricos con resultados prácticos. Explique diferencias (si existen). • Reemplace la fuente DC de 30 V por una fuente AC (Generador de señales), utilice una función senoidal a una frecuencia de 60 Hz, repita el procedimiento anterior. Ahora cambie la frecuencia a 1 Khz y repita nuevamente el procedimiento. • Compare los resultados a diferentes frecuencias. ¿Existe influencia de la frecuencia para circuitos resistivos?. Explique. • Usando de nuevo la configuración de la Figura 1 deseamos que la corriente I sea aproximadamente 84 mA, qué valor de resistencia se debe colocar en paralelo para obtener este valor? • Haga un desarrollo teórico y posteriormente compruebe los resultados prácticamente.

Figura 5 • Tenemos un circuito como el mostrado en la Figura 5 y deseamos que la potencia absorbida por la resistencia R1 sea de 1*10 -4 W, suponga que en la caja con la interrogación se encuentran dos resistencias, qué valor y como deben estar conectadas para cumplir con las especificaciones de potencia de R1? Realice un montaje práctico y realice mediciones. Experimento 2: 1. Arme el circuito que muestra la figura 6. El circuito se alimenta con la señal de onda cuadrada proveniente del generador, a través de cuya resistencia interna RG se carga y descarga el condensador. El voltaje entre placas del condensador se aplica al osciloscopio.


Figura 6: Circuito alimentado con una señal cuadrada. 2. Utilice un condensador de 0,1µF. Escoja la escala de tiempo del osciloscopio que le permita observar un periodo de carga y descarga del condensador. Tenga en cuenta que la forma de la señal debe mostrar que tanto la carga como la descarga del condensador sean efectuado completamente. 3. Una forma de medir el tiempo característico de un circuito RC con osciloscopio consiste en lo siguiente: teniendo la señal de descarga en la pantalla, mida el tiempo que transcurre mientras el voltaje entre las placas del condensador se reduce a la mitad de su valor inicial. Este tiempo se llama tiempo medio y se designa por tm se relaciona por medio de la expresión: τ = 1,44 tm Ahora determine el τ del circuito a partir de su medida del tiempo medio. Deduzca la relación τ = 1,44 tm. 4. Utilice condensadores de otras capacitancias para medir RG. 5. ¿Cuál es el valor de la resistencia interna RG del generador de funciones? 6. Incluya en el circuito una resistencia como muestra la figura 7

Figura 7: Circuito alimentado con una señal cuadrada y resistencia adicional. 7. Al circuito se le ha adicionado la resistencia R. 8. ¿Cuál es el valor de la resistencia a través de la cual se carga y descarga ahora el condensador? Explique. 9. Mida el tiempo característico de este circuito como se explicó en el paso 3. 10. Compare el valor que obtiene con el que predice la teoría. 11. Conecte ahora condensadores en serie y en paralelo y utilice lo que ha aprendido en esta práctica para verificar los equivalentes de conexiones en serie y en paralelo. Experimento 3:


Figura 8 1. Arregle el circuito como muestra la figura 8. El amperímetro, el capacitor y la batería deben conectarse en el orden adecuado. Vea las marcas + y - en los componentes del circuito. La placa positiva del capacitor debe conectarse a la terminal positiva de la batería. Si las conexiones se invierten, el capacitor puede dañarse. Las resistencias no tienen extremo + o -. Registre en la tabla 1 el voltaje de la batería y el valor del capacitor. 2. Con un compañero de práctica tomando el tiempo y otro leyendo y registrando los valores de corriente, encienda la fuente de poder y empiece a tomar las lecturas. En el instante que se enciende la fuente, circulará una gran corriente. 3. Tome lectura de la corriente cada cinco segundos, el primer dato se toma 5 segundos después de encender la fuente, hasta que sea demasiado pequeña para medirla. Estime sus lecturas del amperímetro con la mayor precisión posible. Registre las lecturas en la tabla 2. 4. Apague la fuente de poder. Empleando una pieza de cable conecte ambos extremos del capacitor para descargarlo. 5. Reemplace la resistencia de 27k por la resistencia de 10k 6. Repita los pasos 1 al 3 con el resistor de 10k. Registre las lecturas en la tabla 2. Tabla 1 Voltaje (V)

Capacitancia (µF)

Resistencia 1

Resistencia 2

Tabla 2 Resistencia 1 Tiempo (s) 0

Voltaje en C Resistencia 2

Voltaje en C

con R1

con R2

Corriente

Corriente

(mA)

(mA)


5 10 15 20 25 30 35 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 100 105 110 115 120 1.

Describa con sus palabras ¿Por qué la corriente inició en un valor máximo y descendió hasta cero mientras el capacitor se estaba cargando?

2.

Analice los datos obtenidos con las dos resistencias. Explique la función de la resistencia en el circuito.

3. Empleando los datos de la tabla 2, dibuje dos gráficas para la corriente eléctrica como una función del tiempo. Trace una curva continua.

4. Encuentre el área entre la curva y el eje del tiempo representa la carga


almacenada en el capacitor, tiempo en que se considera se ha cargado completamente. Puede realizarse mediante el dibujo de vario triángulos que aproximen el área. Note que la corriente está en mA, por lo que éstos deben convertirse a amperes utilizando 1 mA = 1 x 10

-3

A. Tal vez deba

tenerse en cuenta que i = dq/dt ¿Cuál es la carga eléctrica estimada para el capacitor con el resistor de 27 k y con el de 10 k?

5. Calcule la capacitancia del capacitor C=q/V empleando el valor para la carga eléctrica de la pregunta anterior y la diferencia de potencial medida de la fuente de poder.

6. Compare el valor determinado en la pregunta anterior con el valor indicado por el fabricante y que usted anotó en la tabla 1. Los capacitores electrolíticos tienen grandes tolerancias, con frecuencia del orden del 50%, por lo que es posible que exista una considerable diferencia. Encuentre el error relativo entre los dos valores. Describa la curva de corriente eléctrica contra tiempo. Qué conclusiones y observaciones puede usted deducir de esta experiencia. Describa cómo a un circuito RC (un circuito que incluye una resistencia y un capacitor), capaz de cargarse y descargarse a una rapidez específica y constante, podría dársele algún uso. Este sistema tiene enormes aplicaciones; consultar.

Sistema de Evaluación Realización de la práctica, presentación y sustentación de informe de laboratorio Informe o productos a entregar Informe de laboratorio según formato


Rúbrica de evaluación

Retroalimentación

En la segunda sesión


PRACTICA No. 2 – CAMPO MAGNETOSTÁTICO, MATERIALES Y DISPOSITIVOS MAGNÉTICOS

Tipo de practica

Presencial

Porcentaje de evaluación Horas de la practica Temáticas de la práctica

11.4% 4 campo magnetostático, magnéticos Propósito(s)


materiales

y

dispositivos

Relacionar al estudiante con el concepto de campo magnetostático, materiales y dispositivos magnéticos Objetivo(s) •

Analizar y comprender las características del campo magnético generado en diferentes sistemas

Meta(s) Desarrollar habilidades relacionadas con el manejo de campo magnetostático, materiales y dispositivos magnéticos. Competencia(s) El estudiante reconocerá los principales conceptos del el campo magnetostático, materiales y dispositivos magnéticos. Desarrollar la capacidad para encontrar relaciones permanentes entre el material estudiado o sugerido y los principios de trabajo industriales.

Fundamentación Teórica

Experimentando con corrientes eléctricas que se transportaban en diversos alambres, Christian Oersted percibió que la aguja de una brújula se desviaba cuando se acercaba al conductor eléctrico. Este sencillo pero profundo experimento mostraba la relación íntima entre el campo eléctrico y el campo magnético y desde ese instante la humanidad comenzó a escuchar el término “electromagnetismo”. Esta deflexión sugiere la existencia


de un campo magnético en el lugar. De igual manera, la dirección del campo magnético puede determinarse usando la regla de la mano derecha: si el pulgar derecho apunta en dirección de la corriente, los dedos apuntan en la dirección del campo magnético Si cogemos un pedazo de alambre y formamos con él una espira (un camino cerrado para la corriente) y además permitimos que una corriente eléctrica circule por ella, aparece un campo magnético alrededor de la espira. Un electroimán puede formarse enrollando un alambre aislado (con laca o con caucho) que conduce corriente eléctrica alrededor de un núcleo de hierro dulce. El alambre enrollado al hierro varias veces forma una bobina. La bobina genera un campo magnético como el de un imán permanente. Una bobina de alambre enrollado alrededor de un núcleo con material ferromagnético se llama solenoide. Las líneas de campo magnético en torno a los devanados de alambre son conectadas por el núcleo: el resultado es un gran imán

Descripción de la practica Campo magnético generando campo eléctrico, campo magnético alrededor de un alambre recto y largo, campo magnético generado por una bobina Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos) Experimento 1:

Experimento 2:

Software a utilizar en la práctica u otro tipo de requerimiento para el desarrollo de la


práctica Ninguno Seguridad Industrial Las indicadas en las características generales de la guía Metodología Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica: Conceptos de magnetismo. Forma de trabajo: Colaborativo Procedimiento: Experimento 1 Conectar la bobina de espira al amperímetro. Introduzca uno de los imanes de barra a través de la bobina y comienza a generar con su mano y en el interior una movimiento armónico simple. Observe cuidadosamente los cambios de valor en el amperímetro y apunte sus observaciones.

Figura 9 Conecte las terminales del amperímetro a la bobina de 50 espiras. Introduzca el imán dentro de la bobina y repita cuidadosamente la experiencia anterior. Registre sus observaciones y vaya sacando conclusiones. Conecte las terminales del amperímetro a la bobina de 100 espiras. Introduzca el imán dentro de la bobina y repita cuidadosamente la experiencia anterior. Registre sus observaciones y continúe sacando conclusiones. Repita la experiencia anterior invirtiendo la polaridad del imán de barra y si percibe cambios apunte con cuidado sus observaciones. Si el diámetro del núcleo se lo permite (en caso contrario rediseñe sus bobinas) una los dos imanes de barra (para generar un imán más fuerte) e introduzca el


sistema a la bobina de 100 espiras. Observe el movimiento de la aguja del amperímetro; ahora genere movimientos armónicos simples y a diferentes velocidades y analice con cuidado el valor en el amperímetro. Apunte una a una sus observaciones y saque conclusiones significativas del proceso. 1. Explique en lenguaje sencillo sus apreciaciones del movimiento generado en la aguja cuando el imán se introduce en la bobina de una espira: 2. Explique en lenguaje sencillo sus apreciaciones o implicaciones del movimiento generado en la aguja del galvanómetro cuando el imán se introduce en cada una de las bobinas de 50 y 100 espiras. 3. Explique en lenguaje sencillo sus apreciaciones e implicaciones del movimiento generado en la aguja cuando sistema de imanes se introduce en cada una de las bobinas y se mueve a diferentes frecuencias o velocidades: 1. Finalmente dejar el sistema de imanes en reposo y mover a diferentes velocidades cada una de las bobinas alrededor del sistema de los imanes; sacar conclusiones de los registros conservados y proponer explicaciones razonables.

2. Tratar de buscar, consultar o sugerir una explicación al fenómeno siguiente: “la aguja del galvanómetro se desvía en una dirección cuando el imán se introduce en la bobina y en la dirección opuesta cuando el imán se saca”. 3. Encuentre los factores que afectan directamente la “F.E.M” (fuerza electromotriz) generada en un sistema de inducción y explique la influencia en la generación del voltaje inducido de cada uno de ellos

Experimento 2. Campo magnético alrededor de un alambre recto y largo. 1. Coloque el cartón en el borde de una mesa de laboratorio. Atraviéselo con el cable de manera que pase perpendicularmente por un agujero en el centro del cartón, como muestra la figura. Ponga el soporte de tal forma que el alambre pueda enrollarse en las pinzas y baje por el soporte hasta el amperímetro, después conéctelo a la terminal positiva de la fuente de poder. La parte del alambre que se encuentra debajo del cartón debe continuar verticalmente por lo menos 10cm (0.1m) antes de prolongarse por la mesa hasta la terminal negativa de la fuente de poder. Verifique la polaridad apropiada de la fuente de poder y del amperímetro cuando conecte los alambres.


Figura 10

2. Active la fuente de poder y genere una corriente de 500mA (0.5A). Coloque la brújula al lado del alambre. Debe tenerse mucho cuidado con esta experiencia puesto que el alambre puede recalentarse si se deja la corriente circulando por mucho rato. Desplace la brújula lentamente alrededor del alambre para trazar el campo magnético. Registre sus observaciones y haga un dibujo del campo magnético generado alrededor del alambre. 3. Invierta las conexiones de la fuente de poder de modo que la corriente circule en dirección opuesta. Accione la fuente de poder y dibuje ahora la dirección del campo magnético alrededor del alambre, empleando la brújula. Registra tus observaciones y has un dibujo del campo magnético alrededor del alambre Experimento 3. El Campo magnético generado por una bobina. 1. Consiga alambre con laca o encauchetado (para evitar corto eléctricos entre espiras) y enróllelo cuidadosamente alrededor de un núcleo (un pedazo de varilla de hierro o de acero) y pele intencionalmente las puntas del dispositivo (acabas de realizar una bobina conocida como un solenoide) 2. Conecte las dos puntas peladas de la bobina a la fuente de poder. Genere una corriente de 100mA (se puede colocar una resistencia de protección entre la fuente y la bobina para evitar calentamientos o cortos eléctricos). 3. Acerque la bobina a un conjunto de clips colocados aleatoriamente y analice cuántos son capturados por el dispositivo.

Apaga la fuente y

anota tus observaciones. Actívale nuevamente y describe lo que percibes; estás experimentando con un electroimán (consulta sobre este término). 4. Quita alambre)

intencionalmente

el

núcleo

(la

barrita

donde

enrollaste

el

y repite la experiencia anterior. Trata de sacar interesantes

conclusiones. 5. Trata de determine la polaridad del electroimán generando una corriente en la fuente de poder y pasando una brújula varias veces por la bobina. ANÁLISIS 1. ¿Qué relación encuentras entre la corriente que transporta un


conductor y el campo magnético que se genera a su alrededor? 2. Consultar y profundizar en la regla de la mano derecha y aplicarla y realizar el diagrama de los parámetros involucrados en el estudio de la corriente eléctrica que pasa por un alambre recto para generar un campo magnético. 3. ¿Qué efecto magnético tiene el cambiar la intensidad de la corriente eléctrica que pasa por un conductor eléctrico? 4. ¿Qué factores determinan la capacidad de un electroimán? ¿Qué tan determinante es la naturaleza de su núcleo? 5. Los imanes de barra son muy conocidos y fáciles de adquirir comercialmente. Encuentre relaciones y diferencias entre un “electroimán” y un “imán de barra”. 6. Analizar la forma y la intensidad de los campos magnéticos generados por dos solenoides uno con núcleo de aire y otro con núcleo de material ferro magnético, cuando sus terminales se conectan a una fuente de poder. 7. Cuando un conductor eléctrico se sumerge en un campo magnético se genera sobre él una fuerza magnética; consultar efectos y propiedades. Simultáneamente se presenta un torque (torca) sobre el alambre, consultar efectos, propiedades y aplicaciones cotidianas de este fenómeno. Sistema de Evaluación Realización de la práctica, presentación y sustentación de informe de laboratorio Informe o productos a entregar Informe de laboratorio según formato Rúbrica de evaluación


Retroalimentación En la tercera sesión

PRACTICA No. 3 – INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Y ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS


Tipo de practica Presencial Porcentaje de evaluación Horas de la practica Temáticas de la práctica Intencionalidades formativas

11.2% 4 inducción electromagnética y ondas electromagnéticas Propósito(s) Relacionar al estudiante con el concepto y aplicación de la inducción electromagnetica y las ondas electromagneticas Objetivo(s) Analizar y comprender las características de la inducción electromagnética. Meta(s) Desarrollar habilidades relacionadas con el manejo de la inducción electromagnética y las ondas electromagnéticas. Competencia(s) El estudiante reconocerá los principales elementos referentes al concepto de inducción electromagnéticaComprender y socializar el concepto de inducción electromagnética.

Fundamentación Teórica Por la época de 1831, el inquieto Faraday (uno de los grandes inventores de la humanidad) percibió que, cuando un conductor eléctrico se desplaza en un campo magnético, se genera o se induce en el sistema una corriente eléctrica. En las motos por ejemplo, la volante es un imán y en el interior se tienen tres bobinas regularmente espaciadas; cuando el motociclista prende su móvil las bobinas comienzan a girar a gran rapidez y entonces se induce en ellas una corriente que sirve, por ejemplo, para prender la farola (gratis, no necesita batería para ello). Después de repetir y de analizar la experiencia varias veces se percibe que hay direcciones privilegiadas en las cuales no se genera corriente o algunas en las cuales se genera un máximo valor. Este fenómeno de generación de corriente eléctrica se denomina “inducción electromagnética” y la corriente generada se


conoce como “inducida”. Esta experiencia fue enriquecida significativamente con los aportes de Henry y de Lenz, quienes desde lugares muy lejanos entre sí, contribuyeron a sacar la ley que lleva por nombre la “ley de inducción electromagnética de Henry-Faraday” y que gobierna el mundo de la inducción. La corriente inducida se genera cuando se presenta un movimiento relativo entre el conductor y el campo magnético; no importa cuál de los dos se mueva. Las centrales hidroeléctricas generan electricidad usando este interesante fenómeno. La fuerza del agua mueve a gran velocidad unas turbinas alrededor de las cuales se tienen poderosos imanes. Esta energía eléctrica es transportada por cables a través de las montañas y es conducida a las ciudades donde es utilizada según la necesidad específica; residencias, empresas, industrias. En el experimento a realizar se dispone de un imán y de un conductor eléctrico y será el movimiento relativo entre los dos el que genera una “corriente inducida”. La ley de inducción de Faraday establece que la fem es directamente proporcional al cambio en el tiempo del flujo magnético que atraviesa el circuito. La ley anterior puede ser escrita de forma matemática de la siguiente manera.

Donde

es el flujo magnético a través de la superficie. En el caso de un inductor de N

vueltas de alambre, la ecuación anterior se transforma en

Descripción de la practica La corriente inducida se genera cuando se presenta un movimiento relativo entre el conductor y el campo magnético- Ley de Faraday Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos)

4 Bobinas (diferente número de espiras) 1 núcleo y barra ferromagnéticos s 1 Generador de señales 1 Osciloscopio


Software a utilizar en la practica Ninguno Metodología Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica: campos eléctricos y magnéticos Forma de trabajo: Colaborativo Procedimiento:

Figura 11 Experimento 1 Conecte una bobina (primaria B p) con una resistencia( R=100 Ω) en serie a un generador de funciones y una segunda bobina(secundaria B s) a un osciloscopio como muestra la fig 8 . Aplique una tensión senoidal a B P con una frecuencia de 100 HZ. Visualice en el osciloscopio la señal generada en B s.


Figura 12 Describa sus observaciones en la señal obtenida bajo las siguientes condiciones: 1. Al variar la frecuencia en el generador sin modificar la distancia entre las bobinas 2. Al aumentar la distancia entre BP y Bs para una misma frecuencia 3. Al introducir un núcleo de material ferromagnético al interior de las bobinas 4. Al rotar una bobina un ángulo de 90 o con respecto a la otra, es decir que sus ejes queden perpendicularmente. 5. Al cambiar la señal del generador por una señal triangular. 6. Realice un análisis y conclusiones a los resultados obtenidos anteriormente. Experimento 2 Se propone realizar mediciones del voltaje (Vs) que se generan en BS cuando se aplica una diferencia de potencial (V P) en BP. Utilice bobinas de diferente número de espiras. Tome medidas de diferencias de potencial y registre los valores obtenidos para los siguientes casos: 

Bobinas en vacío (fig 13)

Figura 13 Montaje bobinas en vacío


VP VS Tabla 3 #espiras en BP______________



#espiras en B S___________

Colocando entre las bobinas un núcleo en forma de U (Fig 11)

Figura 14 Montaje Bobinas entre núcleo en forma de U Figura 15 Bobinas con núcleo en forma de U VP VS Tabla 4 #espiras en BP______________

#espiras en B S___________

Realice graficas de VS contra VP con los valores obtenidos experimentalmente para los dos casos. Realice un análisis de los resultados obtenidos A partir del análisis realice las respectivas conclusiones. Sistema de Evaluación Realización de la práctica, presentación y sustentación de informe de laboratorio Informe o productos a entregar Informe de laboratorio según formato


Rúbrica de evaluación

Retroalimentación Al finalizar la sesión


7. FUENTES DOCUMENTALES

Resnick-Halliday-Krane: Física volumen II, 4a edición, CECSA. S. M. Lea, J. Buerke, La naturaleza de las cosas vol II, International Thomson Editores. R. P. Feynman. Lectures on Physics, Tomo II, Fondo Educativo Latinoamericano. F. Sears, M. Zemanski y H. D. Young, Física Universitaria, volumen 2, Addison Wesley Serway R, Jewett J. (2008). Physics for USA: Thomson higher education.

scientists and engineers. (seventh edition)

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