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ESCUELA DE CIENCIAS BSICAS, TECNOLOGA E INGENIERA201424- Electromagnetismo

Act No. 14. Trabajo Colaborativo 03

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INDUCCIN ELECTROMAGNTICA

OBJETIVO.

Utilizando recursos del medio y mucha consulta y trabajo colaborativo,conocer y socializar, cmo generar corriente elctrica usando un imn.

COMPETENCIAS A DESARROLLAR

Comprender y socializar el concepto de induccin electromagntica.Valorar la consulta permanente y el trabajo en equipoEstimular la creatividad y el uso de materiales del entorno paraexperimentar sin tener que realizar grandes inversiones econmicas.Desarrollar la capacidad para encontrar relaciones permanentes entre el

material estudiado o sugerido y los principios de trabajo industriales.

CONCEPTOS BSICOS.

Por la poca de 1831, el inquieto Faraday (uno de los grandes inventores de lahumanidad) percibi que, cuando un conductor elctrico se desplaza en un campomagntico, se genera o se induce en el sistema una corriente elctrica. En lasmotos por ejemplo, la volante es un imn y en el interior se tienen tres bobinasregularmente espaciadas; cuando el motociclista prende su mvil las bobinascomienzan a girar a gran rapidez y entonces se induce en ellas una corriente quesirve, por ejemplo, para prender la farola (gratis, no necesita batera para ello).Despus 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 lascuales se genera un mximo valor. Este fenmeno de generacin de corrienteelctrica se denomina induccin electromagntica y la corriente generada seconoce como inducida. Esta experiencia fue enriquecida significativamente conlos aportes de Henry y de Lenz, quienes desde lugares muy lejanos entre s,contribuyeron a sacar la ley que lleva por nombre la ley de induccinelectromagntica de Henry-Faraday y que gobierna el mundo de la induccin.La corriente inducida se genera cuando se presenta un movimiento relativo entreel conductor y el campo magntico; no importa cul de los dos se mueva. Lascentrales hidroelctricas generan electricidad usando este interesante fenmeno.La fuerza del agua mueve a gran velocidad unas turbinas alrededor de las cuales

se tienen poderosos imanes. Esta energa elctrica es transportada por cables atravs de las montaas y es conducida a las ciudades donde es utilizada segn lanecesidad especfica; residencias, empresas, industrias.En el experimento a realizar se dispone de un imn y de un conductor elctrico yser el movimiento relativo entre los dos el que genera una corriente inducida.

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MATERIALES

Bobina con ncleo de aire y 50 espiras.

Bobina con ncleo de aire y de 100 espiras. Dos imanes de barra Cables, conectores Galvanmetro con cero en el centro Bobina de una sola espira

PROCEDIMIENTO

1. Conectar la bobina de una sola espira al galvanmetro, como se ilustra enla figura. Introduzca uno de los imanes de barra a travs de la bobina ycomienza a generar con su mano y en el interior una movimiento armnico

simple. Observe cuidadosamente la aguja del galvanmetro y anote susobservaciones.

2. Conecte las terminales del galvanmetro a la bobina de 50 espiras. Introduzcael imn dentro de la bobina y repita cuidadosamente la experienciaanterior. Registre sus observaciones y vaya sacando conclusiones.

3. Conecte las terminales del galvanmetro a la bobina de 100 espiras. Introduzcael imn dentro de la bobina y repita cuidadosamente la experienciaanterior. Registre sus observaciones y contine sacando conclusiones.

4. Repita la experiencia anterior invirtiendo la polaridad del imn de barra y sipercibe cambios anote con cuidado sus observaciones.

5. Si el dimetro del ncleo se lo permite (en caso contrario redisee sus

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bobinas) una los dos imanes de barra (para generar un imn ms fuerte) eintroduzca el sistema a la bobina de 100 espiras. Observe el movimiento dela aguja del galvanmetro; ahora genere movimientos armnicos simples y

a diferentes frecuencias o velocidades y analice con cuidado el movimientode la aguja del galvanmetro. Anote una a una sus observaciones y saqueconclusiones significativas del proceso.

ANLISIS

1. Explique en lenguaje sencillo sus apreciaciones del movimiento generado enla aguja cuando el imn se introduce en la bobina de una espira:

2. Explique en lenguaje sencillo sus apreciaciones o implicaciones delmovimiento generado en la aguja del galvanmetro cuando el imn se introduce

en cada una de las bobinas de 50 y 100 espiras.

3. Explique en lenguaje sencillo sus apreciaciones e implicaciones delmovimiento generado en la aguja cuando sistema de imanes se introduce en cadauna de las bobinas y se mueve a diferentes frecuencias o velocidades:

1. Finalmente dejar el sistema de imanes en reposo y mover a diferentesvelocidades cada una de las bobinas alrededor del sistema de los imanes;sacar conclusiones de los registros conservados y proponer explicacionesrazonables.2. Tratar de buscar, consultar o sugerir una explicacin al fenmeno siguiente:la aguja del galvanmetro se desva en una direccin cuando el imn se

introduce en la bobina y en la direccin opuesta cuando el imn se saca.3. Encuentre los factores que afectan directamente la F.E.M (fuerzaelectromotriz) generada en un sistema de induccin y explique la influencia en

la generacin del voltaje inducido de cada uno de ellos.

4. Construya un transformador elevador y un transformador reductor yutilizando al mximo su talento y sus consultas y con la inversin mnima(aprovechar cuantos elementos estn a su alcance y en su entorno socialinmediato) alambre con laca, varilla, aislantes. Estudie su comportamientoy explique cmo funciona el principio de induccin electromagntica.

EL CAPACITOR

ObjetivoInvestigar la relacin entre el flujo de carga elctrica y el tiempo que tarda enalmacenarse energa elctrica en forma de campo en una regin adecuada, uncapacitor.

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Objetivos especficos Realizar una grfica que describa el comportamiento de la corriente y el

voltaje en el condensador.

Investigar analtica y cuantitativamente el almacenamiento de la carga enun condensador.

MaterialesUn capacitor de 1000F, resistencia de 10k, resistencia de 27k, voltmetro,fuente de voltaje, ampermetro CD y un cronmetro.

Marco conceptualEl capacitor es un dispositivo que almacena carga elctrica. Una forma antigua deun capacitor es el recipiente de Leyden,. Los capacitores estn integrados por dosplacas conductoras separadas por aire u otro material aislante, conocido como

dielctrico. La capacitancia, o capacidad de un capacitor, depende de lanaturaleza del material dielctrico, el rea de las placas y la distancia entre ellas.

La figura uno es un diagrama del circuito de un capacitor, una batera, unaresistencia, un voltmetro y un ampermetro, que no se muestra y que se conecta

en serie para medir la intensidad de corriente. La resistencia es un simpledispositivo que se opone al paso de corriente elctrica. La corriente elctrica en unperiodo se mide en unidades llamadas amperes; 1 coulomb/segundo = 1 ampere.Cuando el interruptor est abierto, como muestra la figura uno, no fluye corrienteelctrica de la batera. Sin embargo, cuando el interruptor est cerrado, la baterasuministra energa elctrica para mover las cargas positivas a una placa delcapacitor y las cargas negativas a la otra. Se acumula carga en cada una de lasplacas del capacitor, pero no fluye corriente a travs de l puesto que el centro del

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capacitor es de material aislante. A medida que la carga se acumula en elcapacitor, aumenta la diferencia de potencial entre las dos placas hasta alcanzarla misma diferencia de potencial que la batera. En este punto, el sistema se

encuentra en equilibrio y ya no fluye ms carga elctrica al capacitor. Lacapacitancia se mide poniendo una cantidad especfica de carga en un capacitor ymidiendo despus la diferencia de potencial resultante. La capacitancia, C, se

encuentra por medio de la siguiente relacin , donde C es la capacitanciaen faradios, q es la carga en coulombios y V es la diferencia de potencial en volts.

En este experimento, usted emplear un capacitor y medir la intensidad decorriente que fluye hacia l en un periodo. Luego determinar la capacitancia delcapacitor.

Informe

1. Arregle el circuito como muestra la figura uno. El ampermetro, el capacitory la batera deben conectarse en el orden adecuado. Vea las marcas + y -en los componentes del circuito. La placa positiva del capacitor debeconectarse a la terminal positiva de la batera. Si las conexiones se invierten,el capacitor puede daarse. Las resistencias no tienen extremo + o+. Registre en la tabla 1 el voltaje de la batera y el valor del capacitor.

2. Con un compaero de prctica tomando el tiempo y otro leyendo y registrandolos valores de corriente, encienda la fuente de poder y empiece a tomar las

lecturas. En el instante que se enciende la fuente, circular una gran corriente.Tome lectura de la corriente cada cinco segundos, el primer dato se toma 5segundos despus de encender la fuente, hasta que sea demasiado pequea paramedirla. Estime sus lecturas del ampermetro con la mayor precisin posible.Registre las lecturas en la tabla 2.

3. apague la fuente de poder. Empleando una pieza de cable conecte ambosextremos del capacitor para descargarlo.

4. Reemplace la resistencia de por la resistencia de

5. Repita los pasos 1 al 3 con el resistor de .Registre las lecturas en la tabla

2.

6. Despus de que se han tomado todas las lecturas, desmantele el circuito.Asegrese de desconectar todos los cables de la fuente de poder.

Tabla 1

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Voltaje (V)Capacitancia

Resistencia 1 Resistencia 2

Tabla 2

Resistencia

1=

Voltaje en C

con R1

Resistencia

1=

Voltaje en C

con R2

Tiempo Corriente (mA) Corriente (mA)

(s)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

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1. describa con sus palabras Por qu la corriente inici en un valor mximo y

descendi hasta cero mientras el capacitor se estaba cargando?

2. Analice los datos obtenidos con las dos resistencias. Explique la funcin de laresistencia en el circuito.

3. Empleando los datos de la tabla 2, dibuje dos grficas para la corriente elctrica

como una funcin del tiempo. Trace una curva continua.

4. Encuentre el rea entre la curva y el eje del tiempo representa la cargaalmacenada en el capacitor, tiempo en que se considera se ha cargadocompletamente. Puede realizarse mediante el dibujo de vario tringulos queaproximen el rea. Note que la corriente est en mA, por lo que stos deben

convertirse a amperes utilizando 1 .Tal vez deba tenerse en

cuenta que Cul es la carga elctrica estimada para el capacitor con el

resistor de y con el de ?

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5. Calcule la capacitancia del capacitor, , empleando el valor para la cargaelctrica 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 porel fabricante y que usted anot en la tabla 1. Los capacitores electrolticos tienengrandes tolerancias, con frecuencia del orden del 50%, por lo que es posible queexista una considerable diferencia. Encuentre el error relativo entre los dosvalores.

Describa la curva de corriente elctrica contra tiempo.Qu conclusiones y observaciones puede usted deducir de esta experiencia.

PreguntaDescriba cmo a un circuito RC (un circuito que incluye una resistencia y uncapacitor), capaz de cargarse y descargarse a una rapidez especfica y constante,podra drsele algn uso. Este sistema tiene enormes aplicaciones; consultar.

NATURALEZA DEL MAGNETISMOObjetivo General

Explorar la forma, direccin e interaccin de los campos magnticos.

Objetivos Especficos Conocer los polos magnticos de un imn Estudiar las lneas de campo de en un imn Estudiar el comportamiento de los imanes con otros materiales metlicos Estudiar la induccin magntica

Materiales Imanes. Papel Bond. Clips.

Brjula Magntica. Clavo de Hierro. Limaduras de Hierro.

Repaso de conceptos.Aunque muchas sustancias poseen ligeras propiedades magnticas, slo el hierro,cobalto y nquel, y sus aleaciones, forman poderosos imanes permanentes. Lasaleaciones de hierro se magnetizan con facilidad, lo que no sucede con las de

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cobalto o nquel. Los imanes formados a partir de estas sustancias o de susaleaciones son capaces de atraer o repeler otros imanes, tanto en su cercanacomo a cierta distancia. Si un objeto contiene Fe, Co o Ni y un imn se acerca a

l, el imn inducir magnetismo en el objeto y despus interactuar con l. Enconsecuencia, un imn puede atraer a un clavo que al principio no era un imn.

El concepto de un campo de fuerza se emplea para describir la fuerza que uncuerpo ejerce sobre otro a cierta distancia. Al igual que la fuerza gravitacional yelctrica pueden explicarse mediante los campos gravitacional y elctrico, lasfuerzas magnticas pueden explicarse en trminos del campo magnticoalrededor de un imn.

Una brjula es un pequeo imn que tiene la libertad de girar un eje en un planohorizontal. El extremo del imn que apunta hacia el norte recibe el nombre de

polo norte (N). El extremo opuesto del imn se llama polo sur (S). La direccin delas lneas del campo magntico se define como la direccin a la cual apunta elpolo norte de una brjula cuando se pone en un campo magntico.

Procedimiento

1. Experimento A. Tipos de PolosSostenga una brjula y deje que la aguja quede en reposo. Para verificar queapunta hacia el norte, coloque la brjula sobre la mesa; luego tome uno de los

imanes de barra y acerque el polo norte a la brjula. El imn debe provocar ladesviacin de la aguja de modo que el polo sur de la misma apunte hacia elpolo norte del imn. Verifique que ambos tengan la orientacin polar correcta.Si el polo norte de un imn de barra atrae al polo norte de una brjula, tal vez elimn est magnetizado de manera incorrecta. Si ambos imanes tienen laorientacin correcta, proceda entonces con el experimento.

2. Experimento B. Lneas de Campo Magntico1. Coloque el imn de barra sobre la mesa y cbralo con una hoja de papel.Distribuya suave y uniformemente limaduras de hierro sobre el papel.Golpee ligeramente el papel con su dedo varias veces hasta que laslimaduras formen un patrn de campo. Las limaduras por s solas se hanalineado con el campo magntico.2. Dibuje el patrn de campo de las limaduras de hierro en torno al imn.

3. Experimento C. Lneas de Campo Magntico entre Polos1. Coloque ambos imanes sobre la mesa con el polo norte de uno de ellosaproximadamente a 4 cm del polo norte del otro. Ponga el pedazo de papelsobre los imanes. Distribuya suavemente sobre l algunas limaduras dehierro. Golpee ligeramente el papel varias veces hasta que las limaduras

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de hierro formen lneas definidas. Dibuje el patrn de campo de las lneasde campo magntico, mostrando la orientacin polar de los dos imanes.2. Repita el paso 1 colocando el polo S de un imn frente al polo N del otro.

4. Experimento D. Direccin de las Lneas de Campo MagnticoTrace el contorno de un imn de barra sobre un papel y marque los polos nortey sur. Coloque el imn sobre el trazo. En tanto observa su dibujo, muevalentamente la brjula de un polo al otro a lo largo de uno de los arcos de laslneas del campo magntico. Dibuje flechas que apunten en la direccin delpolo norte de la brjula. Mueva la brjula a diferentes posiciones alrededor delimn y dibuje la direccin de la lnea de campo magntico en cada posicin.

5. Experimento E. Propiedades de la Piedra Imn1. Acerque un imn a los clips. Registre sus observaciones.2. Acerque una brjula al imn y muvala alrededor de l. Registre susobservaciones.

6. Experimento F. Magnetismo Inducido1. Pruebe el magnetismo de un clavo de hierro ponindolo en contacto con losclips. Coloque el clavo en un extremo de un imn de barra. Despusacrquelo a los clips mientras se encuentra unido al imn. Anote susobservaciones.2. Aproxime el extremo libre del clavo a su brjula. Advierta que el extremolibre se ha convertido en un polo. Verifique la polaridad del clavo y la del

extremo del imn al cual se uni. Registre sus observaciones.

Anlisis1. En qu puntos en el campo magntico de un imn se concentran ms laslneas de campo magntico.2. Describa las lneas de campo magntico entre dos polos iguales.3. Describa las lneas de campo magntico entre dos polos diferentes.4. Describa la orientacin de la aguja de una brjula con respecto a los polos enel campo magntico de un imn de barra.5. Resuma las propiedades de un imn.6. Cuando un clavo de hierro se une a un imn, cmo es el tipo de polo en elextremo libre en comparacin con el tipo de polo del extremo del imn en elcual se efectu la unin?7. Qu conclusiones y observaciones tiene usted sobre este laboratorio?++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

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