INTRODUCCIÓN
Como Como se sabrá sabrá,, alguno algunoss efecto efectoss magnét magnético icoss han sido sido conoci conocidos dos desde desde la antigüedad, como por ejemplo el poder de atracción que sobre el hierro hierro ejerce la magnetita, no fue sino hasta el siglo XIX cuando la relación entre la electricidad y el magnetismo quedó patente, pasando ambos campos de ser diferenciados a formar el cuerpo de lo que se conoce como electromagnetismo. ambién ambién estudiaremos estudiaremos sobre sobre la inducción inducción electromagnética electromagnética que es el fenómeno fenómeno que origina la producción de una fuer!a electromotri! "f.e.m. o #oltaje$ en un medio o cuerpo e%puesto a un campo magnético #ariable, o bien en un medio mó#i mó#ill res espe pect cto o a un camp campo o mag magnétic nético o estáti estático co.. &s as' as' que, que, cuando cuando dicho dicho cuerpo es un conductor, se produce una corriente inducida. &ste fenómeno fue descubierto por (ichael )araday quién lo e%presó indicando que la magnitud del #oltaje inducido es proporcional a la #ariación del *ujo magnético "+ey de )araday$.
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FUNDAMENTO TEÓRICO
ELECTROMAGNETISMO: &s la parte de la electricidad que estudia la relac elació ión n entr entre e los los fenó fenóme meno noss eléctricos y los fenómenos magnéticos. +os fenómenos eléc eléctr tric icos os y ma magn gnét étic icos os fuer fueron on considerados como independientes hasta -/, cuando su relación fue descubierta por casualidad. 0s', hasta esa fecha el magnetismo magnetismo y la elec electr tric icid idad ad hab' hab'a a sido sido trat tratad ada a co como mo fenó fenóme meno noss dist distin into toss y eran eran estud estudiad iados os por por cienc ciencias ias difer diferent entes. es. 1in em embar bargo, go, esto esto cambió cambió a partir partir del descubrimiento que reali!ó 2ans Christian 3ersted, obser#ando que la aguja de una br4jula #ariaba su orientación al pasar corriente a tra#és de un conductor pró% pró%imo imo a ell ella. a. +os +os estud estudios ios de 3erste 3ersted d suger suger'an 'an que la electric electricid idad ad y el magn ma gnet etis ismo mo eran eran ma mani nife fest stac acio ione ness de un mism mismo o fenó fenóme meno no55 las las fuer fuer!a !ass magnétic magnéticas as proced proceden en de las fuer!as fuer!as originada originadass entre entre cargas cargas eléctric eléctricas as en mo#imiento. &l electromagnetismo es la base de funcionamiento de todos los motores eléctricos y generadores eléctricos. eléctricos.
ORIGEN DEL ELECTROMAGNETISMO: "e%perimento de 3ersted$ &sta relación entre la electricidad y el magnetismo magnetismo fue descubierta por el f'sico dané danéss 2a 2ans ns Chri Christ stia ian n 3e 3ers rste ted. d. 6ste 6ste obse obser# r#ó ó que que si colo coloca caba ba un al7l al7ler er magnético que se8alaba la dirección norte9sur paralela a un hilo conductor recti rectil'n l'neo eo por el cual cual no circul circula a corriente eléctrica, eléctrica, ésta no sufr'a ninguna alteración. 1in 1in em emba barg rgo o en el mome moment nto o en que que em empe pe!a !aba ba a pasa pasarr corr corrie ient nte e por por el conductor, el al7ler magnético se des#iaba y se orientaba hacia una dirección perpendicular al hilo conductor. &n cambio, si dejaba de pasar corriente por el hilo conductor, la aguja #ol#'a a su posición inicial. :e este e%perimento se deduce que al pasar a una corriente eléctrica por un hilo conductor se crea un campo magnético. CAMPO MAGNETICO CREADO POR UN CONDUCTOR ELECTRICO: E LECTRICO: odo odo conductor eléctrico por el que circula una corriente genera un campo magnético. :icho campo se origina debido a que los portadores de carga "electrones$ se mue#en dentro del conductor.
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;n conductor por el que circula corriente está rodeado por l'neas de campo concéntricas. +as l'neas del campo magnético rodean el conductor por el que circula corriente en la misma dirección en la que habr'a que girar un tornillo "de rosca derecha$ para apretarlo en el sentido técnico del *ujo de la corriente.
=+a regla de la mano derecha nos dice que utili!ando dicha mano, y apuntando con el dedo pulgar hacia el sentido de la corriente, la cur#atura del resto de dedos nos indicará el sentido del campo magnético.
&n el caso de un hilo conductor rectil'neo se crea un campo magnético circular alrededor del hilo y perpendicular a él. Cuando tenemos un hilo conductor en forma de espira, el campo magnético será circular. +a dirección y el sentido del campo magnético dependen del sentido de la corriente eléctrica. Cuando tenemos un hilo conductor enrollado en forma de hélice tenemos una bobina o solenoide. &l campo magnético en su interior se refuer!a toda#'a más en e%istir más espiras5 el campo magnético de cada espira se suma a la siguiente y se concentra en la región central.
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=&spira por la cual circula una corriente, esta corriente genera un campo magnético a su alrededor.
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;na aplicación muy com4n de las bobinas es utili!arlas como electroimanes. &ste tipo de electroimanes consiste en una bobina, por donde circula una corriente eléctrica, y un n4cleo ferromagnético, colocado en el interior de la bobina. Cuando por la bobina circula una corriente eléctrica, el n4cleo de hierro se con#ierte en un imán temporal. Cuantas más espiras tenga la bobina, mayor será su campo magnético.
INDUCCION: &n la electrotecnia se conoce como inducción a la generación de energ'a eléctrica en un conductor "alambre$ debido a un campo magnético #ariable. +a inducción tiene una gran importancia técnica en la producción de corriente con generadores y en los transformadores. LEY DE LA INDUCCION: +os procesos f'sicos relati#os a este fenómeno se describen mediante la ley de la inducción. ;na #ariación del *ujo en el tiempo d)>dt induce en un bucle conductor, que abarca la super7cie 0, la tensión de inducción.
1i el conductor es una bobina con n #uelta, las tensiones parciales inducidas en cada arrollamiento se suman para conformar la tensión total.
LA INDUCCION ELECTROMAGNETICA EN UNA BOBINA
Cuando el imán y la bobina están en reposo el gal#anómetro no se8ala pasó de corriente eléctrica a tra#és de la bobina. 1i acercamos un imán a esta bobina, obser#amos que el gal#anómetro marca el paso de una corriente eléctrica en la bobina. 1i alejamos el imán, el gal#anómetro marcará el paso de la corriente eléctrica a tra#és de la bobina, pero de sentido contrario a cuando lo acercábamos. 1i en #e! de mo#er el imán mo#emos la bobina, podemos comprobar los mismos efectos a tra#és del gal#anómetro.
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:e esta e%periencia se puede deducir que el corriente dura mientras se reali!a el mo#imiento del imán o de la bobina y es más intenso como más rápido se haga este mo#imiento. +a corriente eléctrica que aparece a la bobina es la corriente inducida. DETALLES EXPERIMENTALES
MATERIALES:
?al#anómetro @r4jula Aucleo de hierro arjeta ;nitrain 1olenoide "$ iman Interruptor Beostato @ater'a
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: 0.
(onte el siguiente arreglo e%perimental. 0leje el imán por lo menos / cm de la br4jula. 0note la posición de la aguja magnética, la cual se #e determinada básicamente por el campo magnético terrestre. &n la animación, pulse el botón 1&< y complete la 4ltima cone%ión como se indica. :e este modo, por el conductor circulará una corriente de apro%. 0.
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¿Cómo se compo!" "$%&" 'm"(!")" c%"()o se c'e" e# c'c%'!o e#*c!'co+
#"
+a aguja se mue#e hacia la dirección apro%imada de las l'neas de campo concéntricas al conductor. ¿,%* s%ce)e c%"()o #" "$%&" )e #" -&%#" (o se co#oc" )e-"&o s'(o po e(c'm" )e# c"-#e po e# /%e c'c%#" #" co'e(!e+ +a aguja se despla!a claramente hacia la otra dirección. A.0. EXPERIMENTO: CAMPO MAGNETICO DE UN CONDUCTOR 0 1e a#eriguará si es mayor el campo magnético de un bucle conductor o el de un conductor si por ambos circula corriente. 0demás, se anali!ará si la polaridad de la corriente ejerce alguna in*uencia.
(odi7que el arreglo anterior como se muestra a continuación.
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%2$%e #" '(!e(s')") )e# c"mpo m"$(*!'co e( e# '(!e'o )e %( -%c#e co()%c!o3 comp"")" co( #" '(!e(s')") )e# c"mpo e( %( co()%c!o3 s' po "m-os c'c%#" #" co'e(!e: 4E( e# c"so )e# -%c#e co()%c!o #" )ee6'ó( )e #" "$%&" es: más fuerte. 4E# c"mpo m"$(*!'co )e# co()%c!o s'( -%c#e es: más débil. Pem%!e #os !em'("#es )e# -%c#e co()%c!o e( #" "#'me(!"c'ó( )e co'e(!e. As7 se mo)'8c" #" po#"')") )e co'e(!e. ¿,%* e9ec!o e&ece es!e c"m-'o so-e e# c"mpo m"$(*!'co+ &l campo magnético al interior del bucle conductor cambia de polaridad en un sentido horario.
A.. CAMPO MAGNETICO DE UNA BOBINA &n muchos equipos eléctricos y electrónicos se utili!an componentes que constan de conductores eléctricos arrollados. &stos arrollamientos se conocen como bobinas. Como todo conductor por el circula la corriente, las bobinas con corriente también presentan un campo magnético5
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A.;.
(onte el siguiente arreglo e%perimental. Betire la br4jula de su soporte y acérquela lentamente a la bobina. 3bser#e la orientación de la aguja de la br4jula. Complemente el arreglo e%perimental. +a animación 1&< muestra la manera de hacerlo. (ue#a de nue#o la br4jula alrededor de la bobina por la que ahora circula corriente. 3bser#e la dirección de la corriente.
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¿,%* se p%e)e "8m" "cec" )e #" o'e(!"c'ó( )e #" "$%&" )e #" -&%#" c%"()o se #" co#oc" e( )'9ee(!es pos'c'o(es "#e)e)o )e #" -o-'(" s'( co'e(!e+ +a aguja magnética mantiene la dirección de norte a sur ¿,%* se p%e)e "8m" "cec" )e #" o'e(!"c'ó( )e #" "$%&" )e #" -&%#" c%"()o se #" co#oc" e( )'9ee(!es pos'c'o(es "#e)e)o )e #" -o-'(" po #" /%e c'c%#" co'e(!e+ +a aguja cambia de orientación cada #e! que se la coloca en una nue#a posición sobre la bobina. O-se>e e# compo!"m'e(!o )e #" "$%&" )e #" -&%#" e( )'9ee(!es pos'c'o(es co( espec!o " #" -o-'(" po #" /%e c'c%#" co'e(!e. Po 9">o3 o)e(e #"s s'$%'e(!es "8m"c'o(es: L" "$%&" )e #" -&%#" se o'e(!"3 en sentido paralelo a las l'neas de campo. L"s #7(e"s )e c"mpo )esc'-e( %( "co3 del polo norte al polo sur de la bobina.
A.5. E=ECTO DEL NUCLEO DE ?IERRO Con una br4jula se anali!ará una bobina con n4cleo de hierro, por la que circula corriente. 1e compararán las propiedades magnéticas de la bobina con y sin n4cleo de hierro.
(onte el siguiente arreglo e%perimental.
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¿,%* p%e)e "8m" "cec" )e# compo!"m'e(!o )e #" -&%#" 9e(!e " %(" -o-'(" co( (c#eo )e @'eo s' se e"#'2" %(" comp""c'ó( co( #o /%e s%ce)e c%"()o e# (c#eo se e(c%e(!" "%se(!e+ +a aguja se des#'a más fuertemente, pues el campo magnético se refuer!a con el n4cleo de hierro y las l'neas de campos salen por los polos. A.. E=ECTO DINAMICO MAGNETICO 1e #eri7cará si una fuer!a act4a sobre un imán que se introduce en una bobina.
(onte el siguiente arreglo e%perimental. Introdu!ca y saque repetidamente el imán del de#anado de la bobina con corriente.
¿,%*
se
s'e(!e+
:ependiendo de la polaridad del imán permanente, este es empujado al interior de la bobina o e%pelido del mismo. 1e siente la presencia de fuer!as. A.. ?ISTRESIS &n los materiales ferromagnéticos no e%iste una relación lineal entre la densidad de *ujo magnético @ y la intensidad del campo magnético 2. &n la animación, se muestra la cur#a de magneti!ación.
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1i la intensidad de campo 2 act4a sobre un material ferromagnético, la primera #e!, éste se comporta de una manera distinta que durante magneti!aciones posteriores.
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A.. EXPERIMENTO DE REMANENCIA 1e someterá un n4cleo de hierro a la in*uencia de un campo magnético y, a continuación, se #eri7cará su campo magnético residual. +uego se repetirá el e%perimento con la polaridad in#ertida.
(onte el siguiente arreglo e%perimental. Con un marcador, o con material adhesi#o rojo, marque un lado del n4cleo de hierro. Inserte y retire repetidamente el n4cleo de hierro del interior de la bobina por la que circula corriente. &l punto rojo se dirige hacia abajo. 1aque el n4cleo de hierro y anal'celo con la aguja imantada.
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¿Co(se>" e# (c#eo )e @'eo pop'e)")es m"$(*!'c"s )esp%*s )e /%e e# c"mpo @" "c!%")o so-e *#+ &l n4cleo de hierro des#'a ostensiblemente la aguja imantadaD por tanto, posee un campo magnético. ¿C%# po#o /%e)" e( e# e6!emo m"c")o co( e# p%(!o o&o+ &l polo sur, puesto que el e%tremo a!ul de la aguja de la br4jula se #e atra'do. Rep'!" e# e6pe'me(!o e '(!o)%2c" F e!'e >"'"s >eces e# (c#eo )e @'eo )e# '(!e'o )e #" -o-'(" po #" /%e c'c%#" co'e(!e. Es!" >e23 e# p%(!o o&o se )e-e )''$' @"c'" "'-". Re!'e e# (c#eo F >%e#" " "("#'2"#o co( #" "$%&" m"$(*!'c". ¿C%# po#o /%e)" "@o" e( e# e6!emo m"c")o co( e# p%(!o o&o+ &l polo norte, puesto que el e%tremo plateado de la aguja de la br4jula se #e atra'do.
A.. EXPERIMENTO 1 DE INDUCCION &n una bobina sin n4cleo se generará una tensión con el mo#imiento de un imán permanente.
:icha tensión se medirá con un #olt'metro. (onte el siguiente arreglo e%perimental.
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0bra el instrumento #irtual #olt'metro 0 del men4 de instrumentos de medición o pulse sobre la imagen del instrumento. Bealice los siguientes ajustes. Bango5 /, E, :C :isplay análogo Conmutador giratorio en 0E "#isuali!ación de #alor medio$. Conecte la bobina a un #olt'metro. Introdu!ca y retire #arias #eces el imán permanente del de#anado de la bobina. ¿,%* se p%e)e o-se>" e( e# >o#!7me!o+
9&l #olt'metro indica tanto tensión positi#a, como negati#a, seg4n el sentido del mo#imiento. 9Cuanto más rápido sea el mo#imiento, mayor será la amplitud de la tensión. A.1H. EXPERIMENTO 0 DE INDUCCION 1e #ariará el campo magnético sin reali!ar ning4n mo#imiento, encendiendo y apagando la corriente en una Fbobina de campoF. 1e obser#ará la tensión inducida en una segunda bobina y se medirá esta tensión con un #olt'metro.
(onte el siguiente arreglo e%perimental. 0bra el instrumento #irtual #olt'metro y realice los siguientes ajustes. Bango5 /, E, :C :isplay análogo. Conmutador giratorio en 0E "#isuali!ación de #alor medio$.
:os bobinas se encuentran arrolladas alrededor del n4cleo de hierro. +a bobina está conectada al #olt'metro. &n la bobina se conecta y desconecta una corriente. ¿,%* se p%e)e o-se>" e( e# >o#!7me!o+ 9&l #olt'metro indica tanta tensión negati#a como positi#a dependiendo del estado de cone%ión. 9+a de*e%ión del #olt'metro es solo muy bre#e, y por eso la tensión #uel#e a caer en cero.
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@. 1&?;A:0 <0B&5 IA:;CCIGA &+&CB3(0?A6IC0 B.1. PROPIEDADES MAGNETICAS DE LOS SOLENOIDES. Conecte el solenoide tal como indica el circuito de la 7gura , manteniendo la posición relati#a del solenoide y compás. Cierre la lla#e y anote la dirección en el cual el polo norte de la aguja es de*actada. 0note también la dirección de la corriente alrededor de la hélice que constituye el solenoide.
B.0. =UERA ELECTROMOTRI INDUCIDA. Conecte las terminaciones de un solenoide al gal#anómetro como muestra la 7gura. &%amine la dirección en la cual el alambre de la bobina está arrollado. Induciendo el imán tal como se indica en la 7gura, anote la de*e%ión del gal#anómetro, en cada caso "hacia arriba, hacia abajo y determine de qué modo en la 7gura *uye la corriente alrededor de la bobina, es horario o antihorario$.
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(irando de arriba hacia abajo y mo#iendo el imán hacia adentro, se obser#a una de*e%ión en sentido horario en el gal#anómetro, produciendo lo contrario al alejar el imán. 0l cambiar la rapide! del mo#imiento del imán se produce lo anteriormente pero con mayor intensidad. +a polaridad producida en la bobina por la corriente inducida, se hallara con la regla de la mano derecha. B.. =UERA ELECTROMOTRI INDUCIDA ENTRE DOS CIRCUITOS. 0linee dos solenoides de modo que sus ejes estén paralelos y los enrollamientos estén en la misma dirección, como se indica en la 7gura. &l solenoide conectado a una pila se denomina primario o inductor y el otro es el secundario o inducido. Con la lla#e cerrada mo#er la bobina primaria hacia atrás o hacia adelante como se hi!o con el imán. 1i la aguja del gal#anómetro se re*ecta demasiado redu!ca la corriente en el primario.
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CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS
&n el e%perimento J "fuer!a electromotri! inducida entre dos circuitos$, debido a que la corriente es continua, no #a generar una gran #ariación de corriente que se puede apreciar en el gal#anómetro. :e la e%periencia J se concluye que el campo magnético es m'nima y por lo tanto genera una corriente electica baja. :el e%perimento "campo magnético de un conductor $ corroboramos que mientras más espiras tenga la bobina, #emos que más fuerte se #uel#e el campo magnético. 3bser#amos que el n4cleo de hierro llega a comportarse como un imán temporal solo cuando reciben la in*uencia de otro campo magnético. 2acer las cone%iones correctas respecto a los circuitos.
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CUESTIONARIO
I.
LMué relación obser#a usted entre la conducta de un solenoide por el que pasa corriente eléctrica y un imán de una barraN 3bser#amos que e%isten fuer!as de repulsión entre el imán y el solenoide.
II.
(encione por lo menos dos reglas prácticas para determinar la polaridad de un solenoide que lle#a corriente eléctrica.
III.
LMué efecto produce la inserción de una #arilla metálica en el interior de una bobina que lle#a una corriente eléctricaN Eemos que empie!a a generarse un campo magnético con la inserción de la #arilla.
IE.
;sando la ley de +en!, indique el sentido de la corriente eléctrica y la polaridad en el sentido de la 7gura J cuando el imán se aleja.
Eemos que el sentido de la corriente respecto a las l'neas de inducción es de sentido anti horario. E.
:e la 7gura P con la lla#e cerrada y con la idea de que el *ujo magnético en el secundario aumente o disminuye a medida que acerquemos o alejemos el primario, enuncie una regla practica para determinar la polaridad en el inducido.
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