Reporte de la práctica 11 de principios de termodinámica y electromagnetismo

1. Práctica número 11
Ley de inducción de Faraday
Objetivos
a) Comprobar la existencia de una fuerza electromotriz inducida por movimiento de un
imán en un solenoide.
b) Verificar la generación de fuerza electromotriz alterna senoidal causada por variación
de corriente.
c) Establecer la ley de inducción de Faraday, incluyendo el principio de Lenz.
d) Comprender el principio de operación del transformador con núcleo ferromagnético.
Equipo y materiales necesarios
1 bobina de inducción con accesorios:
una bobina con foco
anillos: cerrado y abierto
cable de alimentación de 127 [V] c.a.
núcleo ferromagnético
1 imán de barra (extremadamente frágil)
1 amperímetro de c.d.
1 autotransformador de 127 [V]
1 solenoide
2 cables cortos de conexión
1 fuente de poder de 0 a 10 [V]
Actividades
Actividad 1

2. Conecte las terminales del solenoide a las del amperímetro, por medio de los cables
disponibles; desplace el imán de barra introduciéndose en el núcleo del solenoide tal y
como lo muestra la figura 1a. Observe en el amperímetro el sentido de la corriente
inducida y dibuje el sentido de circulación de dicha corriente en el solenoide así como
el movimiento de la aguja en el amperímetro.
Desplace de nuevo el imán, pero ahora alejándose del solenoide, como se muestra en
la figura 1b; observe el sentido de la corriente inducida con este movimiento del imán y
dibuje el sentido de la corriente inducida en el solenoide, así como en el amperímetro el
movimiento de la aguja.
Actividad 2
Con base en la corriente inducida dibujada en el solenoide de cada figura, identifique el
polo magnético que se induce en cada extremo de cada solenoide, escribiendo N
(norte) o S (sur) dentro del círculo, según corresponda.
Actividad 3
Forme el circuito mostrado en la figura, sin energizar el autotransformador y verificando
que su perilla de salida, indique el valor mínimo.

3. Coloque la bobina con foco, de manera que el núcleo ferromagnético quede en el
núcleo de la bobina. Energice el autotransformador y gire su perilla para que su
diferencia de potencial de salida se vaya incrementando, hasta llegar al máximo y que
así permanezca.
Anote las observaciones de lo que ocurrió en la bobina. Éste es el principio de
operación del transformador eléctrico.
A medida que el autotransformador iba aumentado su diferencia de potencial la
intensidad luminosa del foco fue aumentando.
Actividad 4
Tome la bobina con foco y sáquela lentamente del núcleo hasta lograrlo en forma total.
¿Qué sucedió? y ¿por qué?
Conforme la bobina con foco se iba alejando del núcleo la intensidad luminosa del foco
iba disminuyendo gradualmente, esto se debe a que las líneas de campo que
“atravesaban “ a la bobina están menos concentradas debido a la distancia que existe
entre estos dispositivos, provocando así que la diferencia de potencial inducida por el
campo magnético sea menor.
Actividad 5
Disminya hasta cero la diferencia de potencial de salida del autotransformador y ahora
coloque en el núcleo el anillo cerrado. Gire la perilla del autotransformador hasta llegar
al máximo y describa lo que le sucede al anillo.

4. Mientras la diferencia de potencial es más marcada en el autotransformador el anillo
comienza a levitar alrededor del núcleo ferromagnético e inclusive puede salir de este
en un momento dado donde la diferencia de potencial que existe es mayor.
Actividad 6
Sostenga sobre la plataforma de la bobina de inducción el anillo cerrado unos cuantos
segundos, cinco por ejemplo. ¿Qué efecto se observó en el anillo? Describir el hecho y
explicar la causa del mismo.
Al sujetar el anillo se podía sentir la repulsión que existía entre él y la núcleo
ferromagnético, además de que el anillo elevó su temperatura.
La repulsión se debe a que los campos magnéticos asociados a cada dispositivo
presentan la misma dirección y dado que las líneas de campo nunca pueden tocarse o
cortarse se repelen entre ellas provocando ese efecto físico.
Actividad 7
Reduzca a la posición del mínimo, la perilla del autotransformador y reemplace el anillo
cerrado por el anillo abierto; incremente la diferencia de potencial de salida del
autotransformador hasta el máximo. Describa y explique lo que sucedió en el anillo
abierto.
A diferencia del anillo cerrado, este anillo no comenzó a levitar, pero su temperatura
aumentaba conforme el tiempo pasaba debido a que sÍ existía una diferencia de
potencial que se estaba aplicando al anillo, pero al no estar cerrado no se puede
establecer un flujo de carga a través de él, por lo que no existe una corriente que
circule en el anillo.
Actividad 8
Desconecte el autotransformador del contacto de la mesa y de la bobina de inducción;
aplique a ésta la diferencia de potencial del contacto de la mesa (127 [V] y 60 [Hz]). De
manera sucesiva, coloque despacio en el núcleo, la bobina con foco y retírela; sustituya
esta bobina por el anillo cerrado y, por último, haga lo mismo con el anillo abierto.
Describa lo observado en cada accesorio.

5. Para el caso de la bobina con foco se pudo observar que la intensidad luminosa
presentada era mayor a la que se había observado cuando se energetizó la bobina con
el autotransformador.
El anillo cerrado fue complicado introducirlo, pero enseguida de que se soltó salió
disparado fuera del núcleo.
Finalmente el anillo abierto fue sencillo de introducir y no se observaron efectos.
Actividad 9
Desconecte la bobina de inducción del contacto de la mesa y conecte la fuente de
poder de corriente directa (c.d.) aplicando a la bobina de inducción una diferencia de
potencial de 6 [V].
Verifique si existe campo magnético en el núcleo, por ejemplo con un clip o con una
moneda de 10 centavos; coloque de manera sucesiva la bobina con foco, el anillo
cerrado y el anillo abierto. Describa los resultados obtenidos, sobre todo lo referente a
la existencia, o no, de corriente inducida en estos accesorios.
El núcleo si presentaba campo magnético.
Al ser la corriente de tipo directa el efecto de encendido del foco conectado a la bobina
solo se podía observar cuando existía movimiento por parte de la bobina, es decir, la
corriente era inducida cuando había movimiento de la bobina sobre el núcleo.
Por otro lado, los anillos solo entran al campo magnético inducido a la bobina, por lo
cual son atraídos ligeramente hacia ella. No hay corriente inducida en ellos.
Cuestionario
1. ¿Qué polos magnéticos se inducen en los extremos del solenoide en la actividad 1?
¿Qué relación tienen los polos inducidos con respecto a los del imán?
El principio de Lenz afirma que: “El sentido sentido de una corriente corriente inducida
inducida debe ser tal, que se oponga a la causa que lo produce”. Con lo cual podemos
concluir que los polos en los extremos del solenoide son los mismos que los polos del
imán, es decir, los polos inducidos son tales que se necesita aplicar un trabajo
(provocando una diferencia de potencial) para poder hacer circular a los electrones.

6. 2. De acuerdo con los hechos observados en las actividades 5 y 7 explique lo sucedido
en función de los polos magnéticos inducidos.
En la actividad 5 se puede concluir que los polos magnéticos inducidos eran los
mismos, lo cual provoca una repulsión entre ellos.
Por otro lado en la actividad 7, al no existir un flujo de cargas (corriente) se dice que no
existe un campo magnético, por lo cual no hubo interacción entre el anillo y la bobina
con el núcleo ferromagnético.
3. Respecto a la actividad 6, dibuje en el anillo cerrado y en la bobina de inducción el
sentido de la corriente en cada elemento, para un instante dado.
4. ¿En qué condiciones, en general, se puede inducir una fuerza electromotriz
(diferencia de potencial) en un conductor?
Cuando existe un movimiento relativo entre un imán y una espira, también cuando una
espira se mueve a velocidad constante dentro de un campo magnético uniforme o bien
variando el valor de la corriente.
5. De las condiciones concluídas en el punto anterior, ¿en cuáles de ellas se induce
corriente eléctrica?
Para que exista un flujo de cargas el circuito debe de ser cerrado.

7. Conclusiones
A través de la actividad uno se logró comprobar la existencia de una fuerza
electromotriz inducida por movimiento de un imán en un solenoide, se observó también
que para que pueda haber un flujo de electrones en un solenoide no basta con que
exista un campo magnético, además es necesario el movimiento relativo entre el
productor del campo y la espira.
A través de las actividades 3, pudimos observar la generación de fuerza electromotriz
alterna senoidal causada por variación de corriente, lo cual se logró utilizando
diferentes elementos como indicadores, pudimos observar que la intensidad del campo
inducido, es proporcional a la diferencia de potencial aplicado.
En esta práctica también se logró establecer la ley de inducción de Fraday, se observó
que voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez
con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cualquiera
con el circuito como borde, y se logró observar a través de los efectos que se
produjeron en diferentes situaciones: observando cómo cambia la intensidad de la
fuente luminosa, la intensidad de la fuerza de atracción y repulsión de los campos y a
través de la diferencia de temperatura de los materiales. El principio de lenz se observó
más claramente en las primeras actividades, ante al absurdo de poder obtener energía
“gratuita” (se violaría el principio de la conservación de la energía), por lo que se puede
intuir el principio de Lenz sobre el sentido de la corriente inducida.
En las últimas actividades de la práctica se logró comprender el principio de operación
del transformador con núcleo ferromagnético,el campo que produce y los efectos con
diferentes tipos de corriente e intensidades.

8. Comentarios
Esta actividad fue muy ilustrativa, con respecto a los conceptos que se analizan en
teoría, muchos de los experimentos parecen incluso haber salido de la ficción, sin
embargo ayuda mucho tener también los fundamentos teóricos y conceptuales que
explican los fenómenos. Los fenómenos que se observan en esta práctica son de gran
relevancia para las carreras de ingeniería en todas sus ramas, se ve por ejemplo el
principio de funcionamiento de las turbinas generadoras de energía.
Las ley de inducción de Fraday y el principio de Lenz son de gran importancia en esta
práctica, ya que permiten por una parte explicar los fenómenos, y por otra refutar
algunas teorías, como la generación de de energía gratuita, o el movimiento perpetuo.

9. Bibliografía
Notas de clase de Principios de Termodinámica y Electromagnetismo. Profesor Rigel
Gámez Leal.
Clase introductoria de laboratorio. Profesor Jaramillo Morales Gabriel Alejandro.
http://dcb.fic.unam.mx/users/franciscompr/docs/Tema%205/5.1%20a%205.3%20Induccion%20ele
ctromagnetica.pdf