View
237
Download
0
Category
Preview:
DESCRIPTION
informe
Citation preview
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
Recommended