Universidad Nacional Tecnológica Del Cono Sur De Lima
EXPERIMENTO
FÍSICA II
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FÍSICA II
LEY DE FARADAY 1. OBJETIVOS
Estudio experimental de la Ley de Inducción Electromagnética de Faraday utilizando imanes y bobinas.
Verificar el principio de funcionamiento del transformador.
2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
Flujo magnético:
Es la cantidad de líneas de campo magnético que atraviesa una superficie.
ɸB= ∫ …. ….. (1)
Ley de Faraday: Conocida también como Ley de la inducción electromagnética, establece que todo campo magnético cuyo flujo magnético a través de un circuito cerrado varía en el tiempo induce en el circuito una fuerza electromotriz llamada fem inducida, que se expresa como:
ԑ = - ɸB…….. (2)
Donde el signo negativo indica que la fems inducida produce una corriente inducida en el sentido tal que el flujo magnético inducido trate de compensar el cambio de flujo magnético ɸB.
Para una bobina de N vueltas se tiene:
ԑ = - ɸB…….. (3)
Transformador: 2
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Dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión.
……………….. (4) =
Donde el subíndice se refiere al secundario y el subíndice p al primario.
Fuente:
http://www.bufoland.cl/cursoweb/flash/diapositivas_ejemplo.php
3. MATERIALES
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Tarjetas de experimentación
Cables de conexión
Interface 3B Netlog
Bobinas
Imanes
Cables
Computadora
Fuente de corriente alterna
Tubo de inducción con 6 bobinas
Soporte universal
Pinza universal
Cables de experimentación
Multímetro (Lucas Nulle) LM 2330 Multi 135
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4.-PROCEDIMIENTO 4
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1. Con ayuda del soporte y la pinza universal colocar el tubo de inducción de tal manera que este quede completamente vertical.
2. Utilizando el interface como medidor de corriente (en las entradas) .Conectarlo, con ayuda de los cables, al tubo de inducción. Conectar la interface a la PC.
3. Pulsar el botón Test, para verificar la conexión con el equipo 3B NETlog
TM
.
4. Configure el sensor a modo de entrada A DC y rango de entrada en 200mA.
5. Pulsar el botón Entradas ok. 6. Para la toma de datos configurar el intervalo en 500µs, y 10000 datos. 7. Pulsar iniciar y, apenas se tenga la Medición en marcha.., dejar caer el imán a través del tubo.
8. Repita el paso 7, invirtiendo la polaridad del imán. Transformador 9. Instale el transformador con fuente apagada, de acuerdo a la figura siguiente, conectando entre los terminales de 6 espiras la interface 3B NetLog como sensor de voltaje, configurado en modo de entrada V DC y rango de entrada 20V.
10. Encienda la PC, configure el intervalo de tiempo a 200 microsegundos y número de datos a 500.
11. Pulse iniciar para realizar una medida con fuente apagada.
12. Anote el número de espiras de las bobinas y el voltaje rms del primario. Encienda la fuente del transformador. 13. Pulse restablecer, luego iniciar, realice ajuste de curvas.
14. Cambie el sensor de voltaje a 30 espiras, pulse restablecer, luego pulse iniciar, realice el ajuste de curvas.
5. DATOS EXPERIMENTALES 5
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1.-De acuerdo a sus datos obtenidos en los pasos 1 al 8 del procedimiento. Explique las variaciones de corriente, considere que el imán cae aceleradamente. ¿Qué sucede con el cambio de polaridad del imán?
Al soltar el imán (por un de sus polos marcados ) observamos que el flujo magnético que esta emite por las bobinas es mayor y luego disminuye ya que esta se puede ver cuando usamos el programa de Interface 3B Netlog.
En esta grafica se muestra como el imán es soltado esta tiene un flujo magnético que va aumentando y luego al alejarse esta disminuye . Cuando se coloca de una manera contraria al polo de imán y se deja caer por él tuvo que contiene ciertas bobinas esta describe una gráfica similar .
¿Qué ocurriría con la corriente inducida si en vez del imán usado en el experimento, utilizamos imanes más intensos o más débiles? 6
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Si usamos imanes más intensos entonces su campo magnético es mayor, y al ser mayor es lógico que induciría corriente de mayor intensidad dado que la corriente inducida está dado por:
Iinducida =
Se observa que la inducción magnética es directamente proporcional a la corriente inducida.
Si el imán es más débil (campo magnético menos intenso) entonces la corriente inducida es menor.
2.- ¿Cómo variaría la corriente inducida si se hace pasar lenta o muy rápidamente el imán por la bobina, a velocidad constante?
La expresión de la corriente inducida se puede expresar así:
Iinducida = ( )=
Donde z representa la posición del imán y t es el tiempo
Podemos apreciar que la corriente inducida depende de la velocidad de manera proporcional, a mayor velocidad aplicada mayor será la variación de la corriente inducida; en caso contrario menor será la variación de la corriente inducida.
3.- Con sus datos medidos en el paso 12 complete la siguiente tabla:
Tabla1 V rms primario Np
Ns
220
600
6
220
600
30
De sus datos obtenidos en los pasos del 12 al 13 del procedimiento. Escriba el voltaje ajustado para el secundario.
( ) 7
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Calcule el voltaje eficaz del secundario:
Vmax = 3.0941V
√
√
Determine el error porcentual (E%) del valor eficaz calculando respecto a la salida teórica del transformador.
Valor teórico del voltaje secundario:
Ve: Valor experimental = 2.19 V ; Vt: Valor teórico = 2.2 V → E% = (Ve - Vt) * 100 / Vt
E% = 0.45%
Con sus datos calculados de V rms del secundario y sus datos de la tabla Verifique la validez de la ecuación 4.
4. Determine la frecuencia de la fem inducida y compare con la frecuencia de la bobina primaria (60 Hz).
ω = 376.58
5. De sus datos obtenidos en el paso 14 del procedimiento. Escriba el voltaje ajustado para el secundario.
Al conectar el transformador con una de fuente de 220 y a la vez está conectado a los terminales de 30 espiras con la interface 3B Netlog con un sensor de voltaje (configurado en una entrada v DC y un rango de 20v ) obtenemos lo siguiente :
Primero conectada sin corriente 8
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Luego conectada
Curva seno justificado:
Función:
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(())(()) 9
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( ())
Calcule el voltaje eficaz del secundario. Vmax = 15.468V
√
√
Determine el error porcentual del valor eficaz calculado respecto a la salida teórica del transformador.
Valor teórico del voltaje secundario:
Ve: Valor experimental = 10.94 V ; Vt: Valor teórico = 11 V → E% = (Ve - Vt) * 100 / Vt
E% = 0.55%
Con sus datos calculados de V rms del secundario y sus datos de la tabla Verifique la validez de la ecuación (4).
6. CUESTIONARIO
Explique el funcionamiento de los generadores de corriente que transforman energía mecánica en energía eléctrica.
En los aparatos como los motores y generadores eléctricos se pueden utilizar para convertir la energía mecánica en eléctrica, o a la inversa, A una máquina que convierte la energía mecánica en eléctrica se le denomina generador, alternador o dínamo, y a una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica se le denomina motor. Cuando se quiere utilizar el principio del funcionamiento de un generador de corriente es por inducción electromagnética. Cuando las líneas de fuerza producidas por un campo magnético cortan un conductor en movimiento, se obtiene en los extremos de éste una diferencia de potencial o tensión inducida.
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Si se conectan dichos extremos a un circuito provocaran una circulación de corriente eléctrica a través del mismo (ver figuras 1 y 2)
En siguiente grafica observamos que el sentido de circulación de la corriente varía de acuerdo a la dirección de desplazamiento del conductor dentro del campo magnético. Si con este conductor formamos ahora una espira a la cual hacemos dar un giro de 360 grados (figura 3); obtendremos una onda de corriente alterna.
Fig.3
7. CONCLUSIONES
Ley de Faraday
La intensidad de corriente inducida por un imán, depende de la velocidad con la que se traslada el imán por una bobina.
Al cambiar la polaridad del imán, la dirección de la corriente inducida tiene sentido contrario.
Si un imán pasa por un conjunto de bobinas, con aceleración, la intensidad de corriente inducida va aumentando en cada bobina.
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Transformadores
Son dispositivos útiles para obtener variaciones de voltaje.
Dispositivo eléctrico a base de dos bobinas que comparten electrones por medio de inductancia.
Un transformador elevador recibe la potencia eléctrica a un valor de voltaje y la entrega a un valor más elevado, en tanto que un transformador reductor recibe la potencia a un valor alto de voltaje y la entrega a un valor bajo.
Para reducir voltaje, el número de espiras de la bobina primaria tiene que ser mayor que el de la segunda bobina; y para aumentar voltaje, el caso contrario.
Observamos que la corriente inducida se debe a la variación del campo magnético y donde la fem inducida se puede mantener constante si el flujo magnético varía.
Un conductor en un campo magnético constante el campo no le induce corriente, a pesar que hay campo magnético.
Al incorporar un imán o un elemento electromagnético a una bobina, esta al inducir
una fem, la inducirá con mayor intensidad que si lo hiciera sin la ayuda de estos elementos. El lado primario del transformador al recibir la corriente alterna, se origina en el núcleo de la bobina primaria un vector de inducción magnética variable y en consecuencia le induce una fem a la bobina secundaria.
8. BIBLIOGRAFÍA
Física, Tipler, Paul A., Edit. W.H.Freman;6° Edición(2007)
Física Universitaria, F. Sears, Y M. Zemanski, Edit, Addison - Wesley Pearson 12° Edición (2007)
Física Recreativa, S. Gil Y E. Rodríguez, www.Fisicarecreativa.
Manual de laboratorio de física UNI, 2009.
http://www.mcgraw-hill.es/bcv/guide/capitulo/8448127641.pdf
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ANEXOS
Adjuntar los resultados gráficos obtenidos en los pasos 6, 7, 8, 13y 14.
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