Inducción Electromagnética
EXPERIENCIA Nro.
:
09
I.- OBJETIVOS: • •
Estudiar algunos fenómenos de inducción electromagnética.. Determinar la relación entre corriente inducida y la variación del flujo magnético.
II.-PROCEDIMIENTO:
1
PROPIEDADES MAGNETICAS DE LOS SOLENOIDES¡Error! Marcador no definido.
a) Conecte el solenoide al circuito indicado en la Figura Nº1 manteniendo la !osición relativa del solenoide y com!"s. Cierre y anote la dirección en la cual el !olo norte de la aguja es deflectada. #note tam$ién la dirección de la corriente alrededor de la %élice &ue constituye el solenoide. Invierta el sentido de la corriente y %aga las mismas anotaciones.
Luego de realizar todas las conexiones, se procedió a alimentar de tensión al circuito, donde luego se observó que la aguja se desviaba hacia el solenoide cuando la corriente tenía sentido horario mirando desde el lado en que se encontraba la brújula. Al invertir el sentido de la corriente mediante el interruptor inversor de fase, sucedió, como era de esperarse, el fenómeno contrario, en la que la aguja se desviaba hacia el lado por donde circulaba esta vez la corriente, es decir, en sentido antihorario.
•
•
tros datos que fueron anotados son! La desviación angular al conectar el circuito "con corriente#, fu$ de! S(196 ), N(12 ). La desviación angular sin alimentación al circuito "sin corriente#, fu$! N(0 ), S(180 )
EL PRINCIPIO DEL ELECTROIMAN Colo&ue el solenoide en dirección Este ' (este del com!"s de modo &ue la aguja no esta deflectada m"s de 1° con res!ecto al eje del solenoide cuando la llave est" a$ierta. Cierre la llave y anote la !osición. Invierta la corriente y anote la !osición de la aguja. Inserte a%ora un tornillo de metal en el interior de la $o$ina. *ue o$serva+
FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA Conecte las terminaciones de un solenoide al galvanómetro como se muestra en la Figura Nº,. E-amine la dirección en la cual el alam$re de la $o$ina est" enrolada. Induciendo el im"n tal como se indica en el gr"fico y anote las deflecciones en el galvanómetro en cada caso %acia arri$a %acia a$ajo) y determine de &ue modo fluye la corriente alrededor de la $o$ina %orario o anti%orario). /irando de arri$a %acia a$ajo y moviendo el im"n adentro y %acia afuera o$serve lo siguiente y reg0strelo en su informe. ,
tros datos obtenidos fueron! • •
%esviación de 310 con respecto al &orte cuando la corriente circulaba de + a -. %esviación de 130 con respecto al &orte cuando la corriente circulaba de - a +.
1.- El efeco !e c"#$%"r l" r"&%!e' !el #o(%#%e)o !el %#*). •
Al cambiar la rapidez del movimiento del im'n se produce ma(or corriente inducida la cual fu$ detectada por intermedio de la utilización del galvanómetro.
+.- El efeco !e c"#$%"r l" &ol"r%!"! !el %#*) ,e e #o(%#%e)o. •
&o)e e)
)l efecto resultante es el cambio en el sentido de la corriente, ( por consiguiente, en el sentido de giro de la brújula.
/.-L" &ol"r%!"! &ro!c%!" e) l" $o$%)" &or l" corr%e)e %)!c%!" &"r" c"!" %&o !e #o(%#%e)o !el %#*). •
*uando se realiza el acercamiento del polo norte del im'n al solenoide, esta parte del solenoide expuesta al efecto magn$tico del im'n representaría al polo norte tambi$n, an'logamente, al alejar el polo sur del im'n al solenoide, esta parte representaría al sur del mismo.
.- L" &o%$le "&"r%c%) !e fer'" #"2)3%c" !e$%!" "l #o(%#%e)o. •
*uando se mueve m's r'pidamente el im'n de barra del solenoide, la fuerza magn$tica es ma(or.
FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA ENTRE DOS CIRCUITOS a) #l0nie dos solenoides de modo &ue sus ejes est"n !aralelos y los enrrollamientos est"n en la misma dirección am$os anti%orarios). 2al como se indica en la Figura Nº.
Con la llave cerrada mover la $o$ina !rimaria %acia atr"s o %acia adelante como se %i3o con el im"n. 4i la aguja del galvanómetro se deflecta demasiado redu3ca la corriente del !rimario. ($serve las direcciones de la corriente en el secundario y como !arte de su informe %aga dos diagramas similares al mostrado. En cada uno de los diagramas de$e indicar lo siguiente5 1.- La direccin de a corrien"e en e #ri$ario. %.- La direccin de $o&i$ien"o de #ri$ario '(acia o de)de e )ec*ndario+. ,.- La direccin de a corrien"e ind*cida en e )ec*ndario '*)e fec(a)+. */ )*ceder0a )i en *ar de #ri$ario )e $*e&e e )ec*ndario2 •
*on respecto al sentido ( magnitud de la corriente inducida $sta no varía debido a que el flujo de corriente tiene una dirección referencial con respecto al observador, mas no al sistema, (a que como dijimos, la magnitud es la misma en ambos casos "es decir! │-§ │ = │+§ │ #.
6
Con la $o$ina !rimaria cerca de la secundaria var0a la corriente en el !rimario $ruscamente a$riendo o cerrando el circuito y la am!litud relativa de la deflección de la aguja del galvanómetro. 7egistre sus o$servaciones en dos diagramas de una manera similar a la sugerida anteriormente mostrando en estos dos casos cuando la llave %a sido cerrada y cuando %a sido a$ierta.
IV.-C3ESTION4RIO: 1.-
•
+.-
453 rel"c%) o$er(" U!. e)re l" co)!c" !e ) ole)o%!e &or el ,e &"" corr%e)e el3cr%c" 6 ) %#*) !e )" $"rr"7 Cuando la corriente &ue !asa !or el solenoide circula en sentido %orario el !olo norte del im"n de $arra es atra0do y cuando se invierte el sentido de la corriente as0 mismo se invierte el sentido es decir anti%orario donde el !olo sur es atra0do lo &ue demuestra la ley de 8en3.
Me)c%o)e &or lo #e)o !o re2l" &r*c%c" &"r" !eer#%)"r l" &ol"r%!"! !e ) ole)o%!e ,e lle(" corr%e)e el3cr%c". •
/.-
4i asumimos &ue la corriente circula en el sentido de las agujas del reloj se estar" frente al !olo sur en caso contrario estaremos frente al !olo norte. 9or su!uesto es o$vio &ue estamos asumiendo tam$ién &ue el o$servador est" mirando de frente al :reloj: y a un !olo del solenoide.
453 efeco &ro!ce l" %)erc%) !e )" ("r%ll" #e*l%c" e) el %)er%or !e l" $o$%)" ,e lle(" corr%e)e7 4C#o er8" l" co)f%2r"c%) !e l" l8)e" !e fer'" #"2)3%c"7 8a varilla como sa$emos lo &ue %ace es concentrar las l0neas de inducción magnética. 9or consiguiente al concentrar estas l0neas tam$ién las atrae en el sentido en &ue circule la corriente lo &ue origina &ue la aguja deflecte tam$ién en el sentido en &ue circule dic%a corriente.
.-
U")!o l" Le6 !e Le)' %)!%,e el e)%!o !e l" corr%e)e 6 l" &ol"r%!"! e) el ole)o%!e !e l" F%2./ c")!o el %#*) e "le". E;&l%,e. •
Como %emos ya e-!licado la 8ey de 8en3 nos !ermite determinar la dirección y !olaridad de la corriente inducida en una es!ira cerrada. 9odemos e-!licarlo mediante estos ejem!los5 4ea una es!ira &ue se %alla en el !lano ;< y un im"n con su !olo norte &ue se mueve en la dirección '=) al acercarse el im"n m"s l0neas de cam!o > ingresan a la su!erficie &ue encierra la es!ira. 8uego en la es!ira de$e circular una corriente inducida !or&ue %ay variación de flujo de >. El sentido de la corriente de$e ser tal &ue las l0neas de cam!o &ue genere de$en o!onerse a las l0neas de cam!o &ue le corres!onde al im"n. 8uego en el sentido de ?
la corriente inducida vista !or un o$servador situado en el eje @ es en el sentido anti%orario. 4ea la misma es!ira situada en el !lano ;< y a%ora el im"n con su !olo sur cercano a la es!ira se acerca a ella. Aaciendo un ra3onamiento an"logo al caso anterior se %alla &ue el sentido de la corriente inducida en la es!ira !ara un o$servador situado en el eje @ es en el sentido %orario.
<.-
De l" f%2. / co) l" ll"(e cerr"!" 6 co) l" %!e" !e ,e el flo #"2)3%co e) el ec)!"r%o "#e)" o !%#%)6e " #e!%!" ,e "cerc"#o o "le"#o el &r%#"r%o E))c%e )" re2l" &"r" !eer#%)"r l" &ol"r%!"! e) el %)!c%!o. •
Como se o$serva de la figura cuando se cierra la llave comien3a a circular corriente a través del devanado de la es!ira del !rimario ésta luego se induce %acia el secundario la cual de acuerdo a la 8ey de 8en3 véase !regunta 6) es de sentido o!uesto al del !rimario. Entonces una forma sim!le de determinar esta !olaridad es a!licando la 8ey de 8en3 Esto es !rimero determinamos el !olo negativo de la fuente y su cone-ión con el !rimario entonces cuando se induce la corriente en el secundario de acuerdo a la 8ey de 8en3 !odemos sa$er ya &ue la corriente inducida en el secundario es de !olaridad o!uesta a la del !rimario. Finalmente con este dato deducimos &ue la !olaridad en el secundario es decir esta !olaridad es opuesta a la del !rimario).
V.- CONCL3SIONES: • /ediante los e-!erimentos reali3ados al acercar o alejar un im"n !ara !roducir
flujo de corriente o variar el cam!o magnético en una $rBjula se %a demostrado &ue lo que influye en el fenómeno es el movimieno !el"ivo #el im$n y #e l" %o%in". No im!orta si es el im"n el &ue se mueve %acia la $o$ina o la $o$ina %acia el im"n. • 8a corriente &ue a!arece cuando se acerca o aleja el im"n so$re una es!ira
conectada al galvanómetro se denomina &o!!iene in#u&i#" y se dice tam$ién &ue a !artir de él se %a esta$lecido una fue!'" ele&!omo!i' in#u&i#" . • 8o anterior se demuestra mediante la 8ey de Faraday la cual esta$lece &ue la fem
inducida ε en un circuito es igual a la ra!ide3 del cam$io de flujo a través del circuito e-ce!to !or un signo negativo. 4i el ritmo de cam$io de flujo se e-!resa en e$erseg. la fem estar" e-!resada en volts.
ε E
'
d φ > dt
En donde el signo menos indica el sentido de la fem inducida la cual como se %a tam$ién demostrado es o!uesta al flujo magnético generado lo cual se e-!lica !or medio de la 8ey de 8en3.
• 8a 8ey de 8en3 esta$lece &ue l" &o!!iene in#u&i#" &i!&ul"!$ en un seni#o "l
que se oon" "l &"m%io que l" !o#u&e . El signo menos en la ley de Faraday sugiere esta o!osición. • 8a 8ey de 8en3 se refiere a las corrientes inducidas lo cual significa &ue se "li&"
sólo " &i!&uios &on#u&o!es &e!!"#os . 4i el circuito es un circuito a$ierto !odemos !ensar en términos de lo &ue ocurrir0a si se cerrada y de esta manera el sentido de la fem inducida. • El cam!o magnético &ue !roduce una es!ira de corriente en !untos alejados de
ella es semejante al de un dipolo magn$tico de forma tal &ue una de las caras de la es!ira actBa como !olo norte y la cara o!uesta como !olo sur. •
En ve3 de usar un im"n !ara !roducir corrientes ¡Error! Marcador no definido. inducidas !odemos usar otro circuito eléctrico !uesto &ue toda corriente est" acom!aGada de un cam!o magnético. El solenoide conectado a una !ila se denomina !im"!io o in#u&o! H el grande e inmóvil se&un#"!io o in#u&i#o . El solenoide !rimario se com!orta como un im"n !or lo cual !odemos reali3ar e-!eriencias donde aBn fijando la !osición del !rimario es !osi$le %acer a!arecer corrientes inducidas en el secundario lo &ue se !uede lograr de las siguientes maneras5 1.' *errando la llave del primario. ,.' Abriendo la llave. .' +oviendo el reóstato.
1.'#l cerrar la llave del !rimario comien3a a circular una corriente &ue convierte al solenoide en un im"nH como antes no %a$0a tal im"n de$e %a$er aumentado el nBmero de l0neas de fuer3a &ue !asan !or el solenoide secundario desde cero %asta cierto valor. @ ya sa$emos &ue si aumenta el nBmero de l0neas &ue !asan !or el circuito inducido a!arece una corriente de inducción. ,.'#n"logamente si a$rimos la llave y cortamos la corriente !rimaria el nBmero de l0neas disminuye %asta cero y a!arece una corriente inducida de sentido contrario al anterior. .' Finalmente si !or medio de un reóstato se var0a la intensidad de la corriente !rimaria var0a tam$ién el nBmero de l0neas de fuer3a y se !roduce una corriente inducida. •
En resumen las e-!eriencias anteriores !rue$an &ue cual&uiera sea la forma de !roducir el cam!o magnético o#o &"mo m"n*i&o v"!i"%le &!e" un" &o!!iene el*&!i&" .
VI.-S35ERENCI4S: •
Como !arte de la !resente e-!eriencia ser0a recomenda$le %acer uso de algBn dis!ositivo de uso comercial tales como los electroimanes.
•
#s0 mismo ser0a recomenda$le estudiar las re!ercusiones yo $eneficios &ue se o$tienen del uso de las ondas magnéticas terrestres tal como su utili3ación en las telecomunicaciones efectos de interferencia etc.
•
(tra sugerencia seria la de ver la variación de los efectos !roducidos al usar voltajes mayores.
VII BIBLIO5R46I4.FISICA GENERAL.- Sears - Zemansky: #guilar 4.#. de Ediciones /adrid Es!aGa Segunda Edición 1966. Pags. 713, 714 y 715. Biblioteca Facultad de Ingeniería Electrónica.
FISICA: Pro!emas Resue!"os.- Lic. #umer"o Ley$a N. Editorial Moshera Segunda Edición 9ags. J JJ K1 y K, . Biblioteca Facultad de Ingeniería Electrónica.
ENCICL%PE&IA A'(%&I&AC(ICA )'ILLE(:.- *. +. ,ackson. Editorial Grolier Segunda Edición 9ags. 66 6? 6 y 6. Biblioteca personal.
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