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Se puede observar que hay una relación
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IV. MATERIALES

Bobinas de 100, 200 y
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V. CUESTIONARIO
1. ¿Podría afirmarse que de a...
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INDUCCION ELECTROMAGNETICA

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  1. 1. FISICA EXPERIMENTAL I III INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA I. OBJETIVOS S Comprobar la ley de Faraday, sobre corriente eléctrica inducida por un flujo magnético variable. II. FUNDAMENTO TEORICO Al circular una corriente eléctrica a través de un conductor, se genera un campo eléctrico a su alrededor. Cabría entonces hacerse la siguiente pregunta:¿es posible que un campo magnético genere corriente eléctrica? Es necesario conocer el concepto de “flujo magnético”, para ello considerar una superficie plana, de área A, colocado en un campo magnético uniforme B. trazando una perpendicular a la superficie, designemos por θ el ángulo formado por dicha normal N, con el vector B, el flujo magnético (φ ) que pasa a través de esta superficie se define por: φ = BA cos θ unidades : 1weber = Teslaxm 2 1Wb = 1T − m 2 Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino 1
  2. 2. FISICA EXPERIMENTAL III INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Faraday observo que se producía una “corriente inducida” en un circuito, cuando se produce una variación de flujo magnético a través del mismo. También pudo concluir que el valor de la f.e.m. inducida era mayor cuanto más rápidamente se produjera la variación de flujo a través del circuito. Para ser más precisos, hallo que si durante un intervalo de tiempo ∆t , el flujo magnético atraviesa un circuito, cambia en ∆φ , en dicho circuito existirá una f.e.m. inducida cuya magnitud esta dad por: ∆φ= variación de flujo magnético. ∆φ E=− ∆t ∆t = intervalo de tiempo E = f.e.m. inducida. Si se considera una bobina de N espiras, entonces la expresión anterior se convertirá en: E = −N ∆φ ∆t N= número de espiras. Heinrich Lenz, enuncio la ley que le permitió establecer el sentido de las corrientes inducidas y dice: “la corriente eléctrica inducida en un circuito aparece siempre con sentido tal, que el campo magnético que produce, tiende a oponerse a la variación del flujo magnético que atraviesa dicho circuito”. • Inducción electromagnética Es el fenómeno que origina la producción de una fuerza electromotriz (f.e.m. o voltaje) en un medio o cuerpo expuesto a un campo magnético variable, o bien en Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino 2
  3. 3. FISICA EXPERIMENTAL III INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA un medio móvil respecto a un campo magnético estático. Es así que, cuando dicho cuerpo es un conductor, se produce una corriente inducida. Este fenómeno fue descubierto por Michael Faraday quién lo expresó indicando que la magnitud del voltaje inducido es proporcional a la variación del flujo magnético (Ley de Faraday). El descubrimiento de Oersted según el cual las cargas en movimiento interaccionan con los imanes y el descubrimiento posterior de que los campos magnéticos ejercen fuerzas sobre corrientes eléctricas, no solo mostraba la reacción entre dos fenómenos físicos hasta entonces independientes, sino también porque podría ser un camino para producir corrientes eléctricas de un modo más barato que con la pila de volta. Faraday fue el que obtuvo primeros resultados positivos en la producción de corrientes eléctricas mediante campos magnéticos. • Leyes De Faraday Y De Lenz Faraday descubrió que cuando un conductor es atravesado por un flujo magnético variable, se genera en él una fuerza electromotriz inducida que da lugar a una corriente eléctrica. El sistema que generaba la corriente (el imán en nuestra experiencia) se llama inductor y el circuito donde se crea la corriente, inducido (la bobina en nuestro caso). Este fenómeno de inducción electromagnética se rige por dos leyes, una de tipo cuantitativo conocida con el nombre de ley de Faraday y otra de tipo cualitativo o ley de Lenz. El sentido de la fuerza electromotriz inducida es tal que la corriente que crea tiende mediante sus acciones electromagnéticas, a oponerse a la causa que la produce. Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino 3
  4. 4. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA FISICA EXPERIMENTAL III Faraday observo que la intensidad de la corriente inducida es mayor cuanto más rápidamente cambie el número de líneas de fuerza que atraviesan el circuito. (En nuestro caso cuanto mayor es la velocidad del imán o de la bobina, mayor es la intensidad de la corriente se crea en esta última) Este hecho experimental está reflejado en la ley que se enuncia: La fuerza electromotriz e inducida en un circuito es directamente proporcional a la velocidad con que cambia el flujo que atraviesa el circuito. • Campo magnético Se puede definir el campo magnético como la región del espacio donde se manifiestan acciones sobre las agujas magnéticas. Una carga en movimiento crea en el espacio que lo rodea, un campo magnético que actuara sobre otra carga también móvil, y ejercerá sobre esta última una fuerza magnética. • Campo de fuerzas magnéticas Las limaduras y alfileres de hierro, dejados sobre una mesa, se mueven cuando se les acerca un imán. Si dicho imán se acerca a una brújula, la aguja se desvía estas y otras más demuestran que el espacio alrededor del imán adquiere propiedades especiales, ya que el imán es capaz de ejercer fuerzas en su entorno, es decir, el imán crea un campo de fuerzas. Según esto, en el campo gravitatorio la fuerza se manifiesta sobre una masa, y en el campo eléctrico sobre una carga eléctrica. En el campo magnético no se dice sobre un polo magnético, sino sobre una aguja magnética o limaduras que siempre poseen dos polos. Esto es debido a que si se parte una aguja magnética o cualquier otro imán por su línea neutra, se comprueba que cada una de las partes se comporta como un nuevo imán. Si se siguen subdividiendo los nuevos imanes, todos los fragmentados obtenidos actúan como un imán, con sus polos norte y sur bien diferenciados. Es decir en un Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino 4
  5. 5. FISICA EXPERIMENTAL III INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA imán no es posible separar dos polos magnéticos. Se puede definir el campo magnético como la región del espacio donde se manifiestan acciones sobre las agujas magnéticas. La inducción electromagnética es la producción de corrientes eléctricas por campos magnéticos variables con el tiempo. El descubrimiento por Faraday y Henry de este fenómeno introdujo una cierta simetría del electromagnetismo. conocimientos básicos Maxwell sobre consiguió reunir la electricidad y en una en el mundo sola teoría los el magnetismo. Su teoría electromagnética predijo, antes de ser observadas experimentalmente, la existencia de ondas electromagnéticas. Hertz comprobó su existencia e inició para la humanidad la era de las telecomunicaciones. El descubrimiento, debido a Oersted, de que una corriente eléctrica produce un campo magnético estimuló la imaginación de los físicos de la época y multiplicó el número de experimentos en busca de relaciones nuevas entre la electricidad y el magnetismo. En ese ambiente científico pronto surgiría la idea inversa de producir corrientes eléctricas mediante campos magnéticos. Algunos físicos famosos y otros menos conocidos estuvieron cerca de demostrar experimentalmente que también la naturaleza apostaba por tan atractiva idea. Pero fue Faraday el primero en precisar en qué condiciones podía ser observado semejante fenómeno. A las corrientes eléctricas producidas mediante campos magnéticos Faraday las llamó corrientes inducidas. Desde entonces al fenómeno consistente en generar campos eléctricos a partir de campos magnéticos variables se denomina inducción electromagnética. La inducción electromagnética constituye una pieza destacada en ese sistema de relaciones mutuas entre electricidad y magnetismo que se conoce con el nombre de electromagnetismo. Pero, además, se han desarrollado un sin número de aplicaciones prácticas de este fenómeno físico. El transformador que se emplea Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino 5
  6. 6. FISICA EXPERIMENTAL III INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA para conectar una calculadora a la red, la dinamo de una bicicleta o el alternador de una gran central hidroeléctrica son sólo algunos ejemplos que muestran la deuda que la sociedad actual tiene contraída con ese modesto encuadernador convertido, más tarde, en físico experimental que fue Michael Faraday. Cuando movemos un imán permanente por el interior de las espiras de una bobina solenoide (A), formada por espiras de alambre de cobre, se genera de inmediato una fuerza electromotriz (FEM), es decir, aparece una corriente eléctrica fluyendo por las espiras de la bobina, producida por la "inducción magnética" del imán en movimiento. Si al circuito de esa bobina (A) le conectamos una segunda bobina (B) a modo de carga eléctrica, la corriente al circular por esta otra bobina crea a su alrededor un "campo electromagnético", capaz de inducir, a su vez, corriente eléctrica en una tercera bobina. Por ejemplo, si colocamos una tercera bobina solenoide (C) junto a la bobina (B), sin que exista entre ambas ningún tipo de conexión ni física, ni eléctrica y conectemos al circuito de esta última un galvanómetro (G), observaremos que cuando movemos el imán por el interior de (A), la aguja del galvanómetro se moverá indicando que por las espiras de (C), fluye corriente eléctrica provocada, en este caso, por la "inducción electromagnética" que produce la bobina (B). Es decir, que el "campo magnético" del imán en movimiento produce "inducción magnética" en el enrollado de la bobina (B), mientras que el "campo electromagnético" que crea la corriente eléctrica que fluye por el enrollado de esa segunda bobina produce "inducción electromagnética" en una tercera bobina. Una carga eléctrica crea un campo eléctrico. Una carga eléctrica en movimiento crea además un campo magnético. Para expresar la existencia de dos campos, diremos que la corriente El electromagnetismo estudia eléctrica las crea relaciones un entre campo electromagnético. corrientes eléctricas fenómenos magnéticos. Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino 6 y
  7. 7. FISICA EXPERIMENTAL III INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA La similitud que existe entre el comportamiento de los imanes y las cargas eléctricas sugiere la posibilidad de que exista una relación de los fenómenos eléctricos y magnéticos. En 1820 el físico y químico Hans Christian Oersted, consiguió demostrar la relación existente entre ellos, así que realizo una práctica. De esta experiencia llego a una conclusión evidente: un conductor por el que circula una corriente eléctrica crea un campo magnético. Oersted comprobó también que cuanto más grande era la intensidad de corriente, mayor era la velocidad de desviación de la aguja imantada, y el conductor, para un valor de intensidad constante, mayor era la desviación experimentada por la aguja. • Flujo magnético Las corrientes r eléctricas producen efectos r magnéticos. Una corriente ur r eléctrica j ( r ) produce un campo magnético B ( r ) Una pregunta que surge en forma natural es si es posible que algún fenómeno magnético produzca también un fenómeno eléctrico. Faraday (1831) descubrió que los efectos buscados aparecen como consecuencia de la variación temporal de los campos magnéticos. Antes de discutir los resultados de Faraday, definamos el concepto de flujo magnético. Es el flujo magnético que atraviesa una superficie S. El flujo magnético tiene varias propiedades interesantes, El flujo a través de una superficie cerrada cualquiera es siempre cero. Debido a lo anterior, el flujo a través de una superficie S abierta no depende de su forma, sino sólo de la curva que lo limita. El hecho anterior puede hacerse explícito. Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino 7
  8. 8. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA FISICA EXPERIMENTAL III III. PROCEDIMIENTO 1. Instale el equipo como se muestra en la fig.2; utilizar la bobina de 200 espiras. 2. Conectar el amperímetro a la escala de 0,5 m 3. Introduzca el imán en la bobina con cierta velocidad, y retírelo con la “misma rapidez”. Anote las observaciones. Lo que se puede observar es que el multímetro empieza a captar electricidad generada por la bobina y empieza a marcar la cantidad de corriente generada. 4. Repita el procedimiento anterior pero introduciendo el otro extremo del imán. Anote sus observaciones. Se puede observar que se genera la misma cantidad que el otro extremo no hay variación con respecto a la generada anteriormente. 5. Aumente la velocidad y repita los procedimientos 3 y 4. Anote sus observaciones. Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino 8
  9. 9. FISICA EXPERIMENTAL I III INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Se puede observar que hay una relación directamente proporcional a mayor velocidad mayor corriente inducida que genera. 6. Mantenga el imán fijo sobre la mesa en posición vertical, tome la bobina con la mano y muévala hasta que el imán se introduzca en la bobina. Luego retírelo. Anote sus observaciones. Se puede observar que no hay cambios en el multímetro es decir que en el tiempo que se ha ejecutado este procedimiento no se ha generado corriente este inducida. 7. Cambie la bobina por el del siguiente número de espiras y realice los procedimientos 3 y 4.Anote sus observaciones y las lecturas del m A para cada bobina. Se puede observar que lo que genera es similar reacción en lo anteriormente trabajado. Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino 9
  10. 10. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA FISICA EXPERIMENTAL I III IV. MATERIALES Bobinas de 100, 200 y 1000 espiras 1 multímetro Imanes rectos Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino 10
  11. 11. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA FISICA EXPERIMENTAL I III Cables de conexiones V. CUESTIONARIO 1. ¿Podría afirmarse que de acuerdo a los procedimientos 3 y 7, el valor odría de la corriente inducida es proporcional al número de espiras? Si porque debido a que mayor sea el número de espiras mayor será la corriente inducida por tanto el campo magnético es capaz de atravesar mayores cantidades de filamentos. 2. Cuando el imán se encuentra dentro de la bobina, estando ambas en uando bobina, reposo. ¿Existe corriente inducida? xiste No. Porque el campo magnético esta estático y no pasa o gira alrededor de las espiras de cobre. 3. Si los experimentos los hubiesen realizado con una bobina 50 veces mayor en número de espiras que la primera. ¿Qué observaras? ro ¿Qué Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino 11
  12. 12. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA FISICA EXPERIMENTAL I III Se generaría mayor electricidad debido a que el campo magnético atraviesa un número mayor de espiras generando mayor corriente inducida. inducida. 4. ¿Cómo explicaría dicha observación? ómo El campo magnético se observa una relación directa mayor cantidad de espiras mayor será la corriente inducida, debido a que al haber mayor cantidad de espiras que atraviesan dicho campo y generan mayor corrient corriente. 5. ¿En qué casos entonces seria cierta siempre la ley de faraday? n En los casos en que se aplique una velocidad al imán generando así que su campo magnético atraviese una y otra vez las espiras y no este estático. 6. Construya un gráfico de las variaciones del flujo en función de las lecturas en el mA. Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino 12
  13. 13. FISICA EXPERIMENTAL III INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA 7. ¿Qué relación empírica existe entre la variación de flujo y la intensidad de corriente inducida? La relación es directamente proporcional. 8. Explique los procedimientos para determinar, por medición, la resistencia total RT de las resistencias conectadas en paralelo. Hay una relación directamente proporcional a mayor velocidad a mayor velocidad que cambie el flujo del magnetismo mayor será la corriente o la fuerza electromotriz. Para empezar decir que la corriente inducida aparece si existe un campo magnético variable o si varía la superficie que atraviesa el campo o también si varía el ángulo entre el campo y el vector superficie. La ley de Faraday nos dice que la fuerza electromotriz inducida es la velocidad con que varía el flujo magnético con el tiempo, por lo tanto: Dónde: E = fuerza electromotriz inducida N = número de espiras Ѳ = flujo t = tiempo Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino 13

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