Guia de Laboratorio 2016

8/17/2019 Guia de Laboratorio 2016

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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA

GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201424 – NOMBRE DEL CURSO: ELECTROMAGNETISMO

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA


GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO

201424 –ELECTROMAGNETISMO

Claudia Patricia Castro Rodríguez(Director Nacional)

Wilmer Ángel BenavidesAcreditador

BOGOTAMAYO 2015


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2. ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO

Las presentes guías fueron iniciadas en su versión por Juan Evangelista Gómez Rondón

de la UNAD del CEAD de Medellín, y actualizadas en el segundo semestre del año 2015por Claudia Patricia Castro Rodríguez, Hugo Ismael Rodríguez del CEAD JAG y JuanCarlos González encargado de laboratorio de la Sede Nacional.


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3. INDICE DE CONTENIDO

Pág.

Características generales: 5

Descripción de Practicas:

Práctica 1 8

Práctica 2 18

Práctica 3 25

Fuentes Documentales 31


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4. LISTADO DE TABLAS

Tabla 1 Experimento 3, unidad 1 14




4.1 LISTADO DE GRÁFICOS Y FIGURAS

Figura 1 Circuito para cargar condensador 10

Figura 2 Circuito para descargar condensador 10

Figura 3 Señal cuadrada de alta frecuencia 10

Figura 4 Circuito actividad experimental actividad 1 12

Figura 5 Circuito actividad experimental actividad 1 12

Figura 6 Circuito alimentado con señal cuadrada 13

Figura 7 Circuito alimentado con señal cuadrada y resistenciaadicional 13

Figura 8 Circuito experimento 3, unidad 1 14

Figura 9 Circuito experimento 1, unidad 2 20

Figura 10 Experimento 2, unidad 2 22

Figura 11 Montaje Faraday 27

Figura 12 Experimento 1, unidad 3 28

Figura 13 Figura montaje bobinas en vacío 28

Figura 14 Montaje bobinas entre núcleo en forma de U 29

Figura 15 Bobinas con núcleo en forma de U 29


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5. CARACTERÍSTICAS GENERALES

Introducción El electromagnetismo es fundamento en la

revolución de la ciencia y la tecnología queencontramos en la transformación del día adía. Hace parte de la física e históricamenteha sido desarrollada gracias a variosexperimentos que daban cuenta de losefectos eléctricos, magnéticos yelectromagnéticos.

Justificación En la UNAD se propende por la formación decalidad educativa para los estudiantes, loanterior implica el desarrollo de habilidades enlos procesos científicos y tecnológicos de

vanguardia.El curso permite poder explicar los fenómenosnaturales relacionados con elelectromagnetismo , al igual se pretende que elestudiante desarrolle la capacidad de analizardatos experimentales, plantear hipótesis,contrastar modelos a partir de sus resultados ycomunicar sus conclusiones y observacionesen informes de laboratorio y a través delaprendizaje ABP.

Intencionalidades formativas Propósitos

Contribuir al desarrollo de habilidades depensamiento en los estudiantes mediante laapropiación de nociones, conceptos yexperiencias aplicables a la ingeniería en elreconocimiento de fenómenos físicos enprocesos teórico- prácticos que rigen lasdiferentes leyes y postulados delelectromagnetismo.

Objetivos

Estudiar los fenómenos naturales relacionadoscon el electromagnetismo a partir deaplicaciones experimentales.

Metas


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Lograr desarrollar habilidades relacionadascon el manejo del área del electromagnetismoen el contexto real a partir del aprendizajepráctico.

Desarrollar en el estudiante una actitud críticafrente a los conocimientos adquiridos, alpermitirle que experimente con los modelosteóricos del electromagnetismo mediante lainteracción en los laboratorios presenciales.

Competencias

-El estudiante reconocerá los principales

conceptos y leyes de la electrostática, campo

eléctrico y potencial eléctrico así como sus

aplicaciones.

-El estudiante analizara los conceptos y

aplicaciones del campo magnético y su

influencia en gran cantidad de aparatos o

dispositivos cercanos a todos: brújulas, imanes,

RMN, ciclotrones, motores.

-El estudiante solucionara situaciones encontexto donde se abordan las ondas

electromagnéticas y en el fenómeno de lainducción electromagnética

Denominación de practicas Práctica 1: campo electrostático, potencialeléctrico y campo eléctrico en la materia

Práctica 2: campo magnetostático, materiales ydispositivos magnéticos

Práctica 3: inducción electromagnética y ondaselectromagnéticas

Número de horas 12 horas total (4 horas por práctica)

Porcentaje 34%

Curso Evaluado por proyecto SI NO (X)

Seguridad industrial Cuando se trabaja en el laboratorio eléctrico ocuando se utiliza equipo eléctrico, observar las


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debidas precauciones de seguridad es tanimportante cómo hacer mediciones exactas.Existe un riesgo letal y potencial en el ambientedel laboratorio eléctrico y una falla en losprocedimientos de seguridad, puede hacerlo a

usted o a su compañero de trabajo víctima deun serio accidente. La mejor forma de evitaraccidentes es reconocer sus causas y ceñirseestrictamente a los procedimientos deseguridad establecidos. Una plena concienciade los peligros y las posibles consecuencias delos accidentes, ayuda a desarrollar una propiamotivación para seguir tales procedimientos. Elriesgo más común y serio en el laboratorio deelectricidad es el choque o sacudida eléctrica.En lo posible utilice instrumentos oherramientas eléctricas cuyos cables de

alimentación estén provistos de un adecuadoconductor de tierra. • Nunca toque instrumentosantes de desenergizarlos. • Vista siemprezapatos y consérvelos secos. Evite pararse enpiso húmedos. no lleve puestos anillos, objetosde metal, etc. • No maneje instrumentoseléctricos cuando su piel este húmeda • Nuncalleve ropa suelta cerca de maquinaria enmovimiento • El uso inadecuado de las pistolasde soldar puede acarrear graves quemaduras oincendios. • No altere bruscamente lasconexiones de los devanados de lostransformadores pues se podrían presentaraltos voltajes. • Neutralice el ácido de lasbaterías usando agua y sal, pues la mezcla deácido y agua empobrece a aquel • evitandoquemaduras y daños.


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6. DESCRIPCIÓN DE PRÁCTICAS

PRACTICA 1- CAMPO ELECTROSTÁTICO, POTENCIAL ELÉCTRICO Y CAMPOELÉCTRICO EN LA MATERIA

Tipo de practica Presencial

Porcentaje de evaluación 11.4%Horas de la practica 4Temáticas de la práctica LEY DE KIRCHHOFF

CIRCUITO RC CON OSCILOSCOPIOEL CAPACITOR

Intencionalidades formativas Propósito(s)

Relacionar al estudiante con el concepto de flujo decampo electrico a través de estructuras materiales en loscircuitos.

Objetivo(s)

Verificar los conceptos de división de voltaje ydivisión de corriente.

• Verificar la ley de Kirchhoff.

• Medir el tiempo característico de un circuito RC

utilizando un osciloscopio

• Investigar la relación entre el flujo de cargaeléctrica y el tiempo que tarda en almacenarseenergía eléctrica en forma de campo en unaregión adecuada, un capacitor.

Meta(s)

Desarrollar habilidades relacionadas con el campoelectrostático, potencial eléctrico y campo eléctrico en la

materia en el contexto real a partir del aprendizajepráctico.

Competencia(s)

El estudiante reconocerá los principales conceptos yleyes de la electrostática, campo eléctrico y potencialeléctrico así como sus aplicaciones.


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Fundamentación Teórica

CORRIENTE ELECTRICA: Al producirse una diferencia de potencial entre los extrema deun conductor las cargas negativas del mismo tienden a moverse en sentido contrario alcampo.

SENTIDO DE LA CORRIENTE: contrario al sentido del movimiento real de loselectrones.

INTENSIDAD DE CORRIENTE: Cantidad de corriente que pasa por una sección delconductor en unidad de tiempo i = ∆Q/∆t obteniéndose como unidades [i] = 1C/1s = 1

Amperio y sus submúltiplos 1mA = 10-3 A 1µA = 10-6 A.

FUENTES DE CORRIENTE ELECTRICA: las fuentes o generadores son dispositivos

capaces de mantener una diferencia de potencial entre dos puntos de un conductor.

POTENCIA DE UN GENERADOR: es el trabajo realizado por unidad de tiempo P = W/t =εQ/t = εi P=εi

Ley de Mallas: Establece que la suma algebraica de las tensiones en una trayectoriacerrada en una red plana es cero. Esta ley es una consecuencia de la ley de laconservación de la energía.

Ley de Nodos: Establece que la suma algebraica de las corrientes que concurren acualquier nodo de una red plana o no plana es cero. Esta ley expresa simplemente que la

carga eléctrica no se acumula en ningún punto de la red.

El capacitor es un dispositivo que almacena carga eléctrica. Una forma antigua de

un capacitor es el recipiente de Leyden,. Los capacitores están integrados por dos placas

conductoras separadas por aire u otro material aislante, conocido como dieléctrico.

La capacitancia, o capacidad de un capacitor, depende de la naturaleza del material

dieléctrico, el área de las placas y la distancia entre ellas.

*Las figuras 1 y 2 muestran, respectivamente, los circuitos que se usan para cargar ydescargar un condensador a través de una resistencia. Con cualquiera de estos circuitosse puede medir experimentalmente el tiempo característico τ = RC, utilizando un

voltímetro y un reloj común, siempre y cuando RC sea mayor que unas pocas decenasde segundos. Para RC más pequeños, se necesita un instrumento con el que se puedanmedir intervalos de tiempo menores que 0,1 s. Tal instrumento puede ser unosciloscopio. Efectivamente, en la pantalla de un osciloscopio se puede observar comovaría el voltaje a través de las placas del condensador mientras se carga y descargar acondición de que se tenga un interruptor que se pueda abrir y cerrar alternada yrápidamente. Tal interruptor se puede lograr alimentando el circuito con una señalcuadrada, figura 3, de alta frecuencia.


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Figura 1: Circuito para cargar un condensador a través de una resistencia.

Figura 2: Circuito para descargar un condensador a través de una resistencia.

Figura 3: Señal cuadrada de alta frecuencia.

Observe que durante medio periodo se proporciona un voltaje continuo y durante elmedio periodo siguiente el voltaje es cero, es decir la señal actúa como si se tuviera uninterruptor que permite alimentar y suprimir la alimentación del circuito. Este tipo deseñal se puede obtener del generador de funciones con el que trabajo cuando empezó a

familiarizarse con el uso del osciloscopio, y si elige adecuadamente la frecuencia de laseñal podrá ver en la pantalla del osciloscopio cómo se carga y descarga elcondensador.

*Tomado y adaptado de: E. Bautista et al. Electromagnetismo (Guías de laboratorio II.Electromagnetismo). Universidad Nacional De Colombia. Bogotá, 2001

Descripción de la practica

Experimento 1: Flujo de corriente eléctrica, medición de corriente y diferencia de

potencial, comprobación de la ley Kirchhoff en un circuito.Experimento 2: Circuito RC y alimentación con la señal de onda cuadrada provenientedel generador, a través de cuya resistencia interna RG se carga y descarga elcondensador. El voltaje entre placas del condensador se aplica al osciloscopio

Experimento 3: Relación entre el flujo de la carga eléctrica y el tiempo que tarda enalmacenarse la energía en un capacitor.


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Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos)

Generador de ondas

Fuente de voltaje

Osciloscopio

Resistencias

Cables de conexión

Multímetro

Condensadores de diferentes capacitancias

Cronómetro

Software a utilizar en la practica

Ninguno

Seguridad Industrial

Las indicadas en las características generales de la guía

Metodología

Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica.

Forma de trabajo: grupo de máximo 4 estudiantes

Procedimiento:

Experimento 1:

Figura 4

Realice el análisis teórico del circuito de la Figura 4, encontrando la corriente I y losvoltajes a través de todas las resistencias.


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• Realice mediciones prácticas de la corriente I y de los voltajes en todas las resistencias.

• Compare resultados teóricos con resultados prácticos. Explique diferencias (si existen).

• Reemplace la fuente DC de 30 V por una fuente AC (Generador de señales), utilice una

función senoidal a una frecuencia de 60 Hz, repita el procedimiento anterior. Ahoracambie la frecuencia a 1 Khz y repita nuevamente el procedimiento.

• Compare los resultados a diferentes frecuencias.

¿Existe influencia de la frecuencia para circuitos resistivos?. Explique.

• Usando de nuevo la configuración de la Figura 1 deseamos que la corriente I sea

aproximadamente 84 mA, qué valor de resistencia se debe colocar en paralelo paraobtener este valor?

• Haga un desarrollo teórico y posteriormente compruebe los resultados prácticamente.

Figura 5

• Tenemos un circuito como el mostrado en la Figura 5 y deseamos que la potenciaabsorbida por la resistencia R1 sea de 1*10-4 W, suponga que en la caja con lainterrogación se encuentran dos resistencias, qué valor y como deben estar conectadaspara cumplir con las especificaciones de potencia de R1? Realice un montaje práctico yrealice mediciones.

Experimento 2:

1. Arme el circuito que muestra la figura 6. El circuito se alimenta con la señal deonda cuadrada proveniente del generador, a través de cuya resistencia internaRG se carga y descarga el condensador. El voltaje entre placas del condensador

se aplica al osciloscopio.


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Figura 6: Circuito alimentado con una señal cuadrada.

2. Utilice un condensador de 0,1µF. Escoja la escala de tiempo del osciloscopio que lepermita observar un periodo de carga y descarga del condensador. Tenga en cuenta quela forma de la señal debe mostrar que tanto la carga como la descarga del condensadorsean efectuado completamente.

3. Una forma de medir el tiempo característico de un circuito RC con osciloscopioconsiste en lo siguiente: teniendo la señal de descarga en la pantalla, mida el tiempo quetranscurre mientras el voltaje entre las placas del condensador se reduce a la mitad de suvalor inicial. Este tiempo se llama tiempo medio y se designa por tm se relaciona pormedio de la expresión: τ = 1,44 tm Ahora determine el τ del circuito a partir de su medida

del tiempo medio. Deduzca la relación τ = 1,44 tm.

4. Utilice condensadores de otras capacitancias para medir RG.

5. ¿Cuál es el valor de la resistencia interna RG del generador de funciones?

6. Incluya en el circuito una resistencia como muestra la figura 7

Figura 7: Circuito alimentado con una señal cuadrada y resistencia adicional.

7. Al circuito se le ha adicionado la resistencia R.

8. ¿Cuál es el valor de la resistencia a través de la cual se carga y descarga ahora elcondensador? Explique.

9. Mida el tiempo característico de este circuito como se explicó en el paso 3.

10. Compare el valor que obtiene con el que predice la teoría.

11. Conecte ahora condensadores en serie y en paralelo y utilice lo que ha aprendido enesta práctica para verificar los equivalentes de conexiones en serie y en paralelo.

Experimento 3:


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Figura 8

1. Arregle el circuito como muestra la figura 8. El amperímetro, el capacitor y la

batería deben conectarse en el orden adecuado. Vea las marcas + y - en los

componentes del circuito. La placa positiva del capacitor debe conectarse a

la terminal positiva de la batería. Si las conexiones se invierten, el capacitor

puede dañarse. Las resistencias no tienen extremo + o -. Registre en la tabla 1 elvoltaje de la batería y el valor del capacitor.

2. Con un compañero de práctica tomando el tiempo y otro leyendo y registrando los

valores de corriente, encienda la fuente de poder y empiece a tomar las

lecturas. En el instante que se enciende la fuente, circulará una gran

corriente.3. Tome lectura de la corriente cada cinco segundos, el primer dato se toma

5 segundos después de encender la fuente, hasta que sea demasiado pequeñapara medirla. Estime sus lecturas del amperímetro con la mayor precisiónposible. Registre las lecturas en la tabla 2.

4. Apague la fuente de poder. Empleando una pieza de cable conecte ambos

extremos del capacitor para descargarlo.

5. Reemplace la resistencia de 27k por la resistencia de 10k

6. Repita los pasos 1 al 3 con el resistor de 10k. Registre las lecturas en la tabla 2.

Tabla 1

Voltaje (V) Capacitancia (µF) Resistencia 1 Resistencia 2

Tabla 2Resistencia 1 Voltaje en C

con R1

Resistencia 2 Voltaje en C

con R2

Tiempo (s) Corriente

(mA)

Corriente

(mA)

0


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5

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60

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70

75

80

85

90

100

105110

115

120

1. Describa con sus palabras ¿Por qué la corriente inició en un valor máximoy descendió hasta cero mientras el capacitor se estaba cargando?

2. Analice los datos obtenidos con las dos resistencias. Explique la función de la

resistencia en el circuito.

3. Empleando los datos de la tabla 2, dibuje dos gráficas para la corriente eléctrica

como una función del tiempo. Trace una curva continua.

4. Encuentre el área entre la curva y el eje del tiempo representa la carga


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almacenada en el capacitor, tiempo en que se considera se ha cargado

completamente. Puede realizarse mediante el dibujo de vario triángulos que

aproximen el área. Note que la corriente está en mA, por lo que éstos

deben convertirse a amperes utilizando 1 mA = 1 x 10-3

A. Tal vez debatenerse en cuenta que i = dq/dt ¿Cuál es la carga eléctrica estimada para el

capacitor con el resistor de 27 k y con el de 10 k?

5. Calcule la capacitancia del capacitor C=q/V empleando el valor para la carga

eléctrica de la pregunta anterior y la diferencia de potencial medida de la fuente

de poder.

6. Compare el valor determinado en la pregunta anterior con el valor indicado por

el fabricante y que usted anotó en la tabla 1. Los capacitores electrolíticos tienen

grandes tolerancias, con frecuencia del orden del 50%, por lo que es posible que

exista una considerable diferencia. Encuentre el error relativo entre los dosvalores.

Describa la curva de corriente eléctrica contra tiempo.

Qué conclusiones y observaciones puede usted deducir de esta experiencia.

Describa cómo a un circuito RC (un circuito que incluye una resistencia y uncapacitor), capaz de cargarse y descargarse a una rapidez específica y constante,podría dársele algún uso. Este sistema tiene enormes aplicaciones; consultar.

Sistema de Evaluación

Realización de la práctica, presentación y sustentación de informe de laboratorio

Informe o productos a entregar

Informe de laboratorio según formato


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Rúbrica de evaluación

Retroalimentación

En la segunda sesión


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PRACTICA No. 2 – MAGNETISMO, CAMPO MAGNETICO Y MATERIALESMAGNETICOS


Porcentaje de evaluación 11.4%Horas de la practica 4Temáticas de la práctica Magnetismo, campo magnético y materiales magnéticos Intencionalidades formativas Propósito(s)

Relacionar al estudiante con el concepto de campomagnetostático, materiales y dispositivos magnéticos

Objetivo(s)

Analizar y comprender las características del campo

magnético generado en diferentes sistemas

Meta(s)

Desarrollar habilidades relacionadas con el manejo decampo magnetostático, materiales y dispositivosmagnéticos.

Competencia(s)

El estudiante reconocerá los principales conceptos del elcampo magnetostático, materiales y dispositivos

magnéticos.

Desarrollar la capacidad para encontrar relaciones

permanentes entre el material estudiado o sugerido y los

principios de trabajo industriales.


Experimentando con corrientes eléctricas que se transportaban en diversosalambres, Christian Oersted percibió que la aguja de una brújula sedesviaba cuando se acercaba al conductor eléctrico. Este sencillo peroprofundo experimento mostraba la relación íntima entre el campo eléctricoy el campo magnético y desde ese instante la humanidad comenzó aescuchar el término “electromagnetismo”. Esta deflexión sugiere la existenciade un campo magnético en el lugar. De igual manera, la dirección delcampo magnético puede determinarse usando la regla de la mano derecha: si


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el pulgar derecho apunta en dirección de la corriente, los dedos apuntan en ladirección del campo magnéticoSi cogemos un pedazo de alambre y formamos con él una espira (uncamino cerrado para la corriente) y además permitimos que una corrienteeléctrica circule por ella, aparece un campo magnético alrededor de la

espira. Un electroimán puede formarse enrollando un alambre aislado(con laca o con caucho) que conduce corriente eléctrica alrededor de unnúcleo de hierro dulce.

El alambre enrollado al hierro varias veces forma una bobina. La bobina

genera un campo magnético como el de un imán permanente. Una

bobina de alambre enrollado alrededor de un núcleo con material ferro-

magnético se llama solenoide.Las líneas de campo magnético en torno a los devanados de alambreson conectadas por el núcleo: el resultado es un gran imán


Campo magnético generando campo eléctrico, campo magnético alrededor de un alambrerecto y largo, campo magnético generado por una bobina


Experimento 1:

Experimento 2:

Software a utilizar en la práctica u otro tipo de requerimiento para el desarrollo de lapráctica


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Ninguno

Seguridad Industrial

Las indicadas en las características generales de la guía

Metodología

Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica: Conceptos de magnetismo.

Forma de trabajo: Colaborativo

Procedimiento:

Experimento 1

Conectar la bobina de espira al amperímetro. Introduzca uno de los imanes de barra

a través de la bobina y comienza a generar con su mano y en el interior unamovimiento armónico simple. Observe cuidadosamente los cambios de valor en elamperímetro y apunte sus observaciones.

Figura 9

Conecte las terminales del amperímetro a la bobina de 50 espiras. Introduzca el

imán dentro de la bobina y repita cuidadosamente la experienciaanterior. Registre sus observaciones y vaya sacando conclusiones.

Conecte las terminales del amperímetro a la bobina de 100 espiras. Introduzca el imándentro de la bobina y repita cuidadosamente la experiencia anterior. Registre susobservaciones y continúe sacando conclusiones.

Repita la experiencia anterior invirtiendo la polaridad del imán de barra y si percibe

cambios apunte con cuidado sus observaciones.

Si el diámetro del núcleo se lo permite (en caso contrario rediseñe susbobinas) una los dos imanes de barra (para generar un imán más fuerte) e introduzca elsistema a la bobina de 100 espiras. Observe el movimiento de la aguja del amperímetro;ahora genere movimientos armónicos simples y a diferentes velocidades y analice con


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cuidado el valor en el amperímetro. Apunte una a una sus observaciones y saqueconclusiones significativas del proceso.

1. Explique en lenguaje sencillo sus apreciaciones del movimiento generadoen la aguja cuando el imán se introduce en la bobina de una espira:

2. Explique en lenguaje sencillo sus apreciaciones o implicaciones delmovimiento generado en la aguja del galvanómetro cuando el imán se

introduce en cada una de las bobinas de 50 y 100 espiras.

3. Explique en lenguaje sencillo sus apreciaciones e implicaciones del

movimiento generado en la aguja cuando sistema de imanes se introduce en

cada una de las bobinas y se mueve a diferentes frecuencias o velocidades:

1. Finalmente dejar el sistema de imanes en reposo y mover a

diferentes velocidades cada una de las bobinas alrededor del sistema de

los imanes; sacar conclusiones de los registros conservados yproponer explicaciones razonables.

2. Tratar de buscar, consultar o sugerir una explicación al fenómenosiguiente:

“la aguja del galvanómetro se desvía en una dirección cuando elimán se introduce en la bobina y en la dirección opuesta cuando elimán se saca”.

3. Encuentre los factores que afectan directamente la “F.E.M” (fuerzaelectromotriz) generada en un sistema de inducción y explique la influencia

en la generación del voltaje inducido de cada uno de ellos

Experimento 2. Campo magnético alrededor de un alambre recto y largo.1. Coloque el cartón en el borde de una mesa de laboratorio. Atraviéselo conel cable de manera que pase perpendicularmente por un agujero en el centrodel cartón, como muestra la figura. Ponga el soporte de tal forma que elalambre pueda enrollarse en las pinzas y baje por el soporte hasta elamperímetro, después conéctelo a la terminal positiva de la fuente depoder. La parte del alambre que se encuentra debajo del cartón debecontinuar verticalmente por lo menos 10cm (0.1m) antes de prolongarse

por la mesa hasta la terminal negativa de la fuente de poder. Verifique lapolaridad apropiada de la fuente de poder y del amperímetro cuando conectelos alambres.


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Figura 10

2. Active la fuente de poder y genere una corriente de 500mA (0.5A). Coloquela brújula al lado del alambre. Debe tenerse mucho cuidado con estaexperiencia puesto que el alambre puede recalentarse si se deja lacorriente circulando por mucho rato. Desplace la brújula lentamentealrededor del alambre para trazar el campo magnético. Registre susobservaciones y haga un dibujo del campo magnético generado alrededor delalambre.3. Invierta las conexiones de la fuente de poder de modo que la corriente

circule en dirección opuesta. Accione la fuente de poder y dibuje ahora la

dirección del campo magnético alrededor del alambre, empleando la

brújula. Registra tus observaciones y has un dibujo del campo magnéticoalrededor del alambre

Experimento 3. El Campo magnético generado por una bobina.1. Consiga alambre con laca o encauchetado (para evitar corto eléctricos entreespiras) y enróllelo cuidadosamente alrededor de un núcleo (un pedazode varilla de hierro o de acero) y pele intencionalmente las puntas deldispositivo (acabas de realizar una bobina conocida como un solenoide)

2. Conecte las dos puntas peladas de la bobina a la fuente de poder.

Genere una corriente de 100mA (se puede colocar una resistencia de

protección entre la fuente y la bobina para evitar calentamientos o cortoseléctricos).

3. Acerque la bobina a un conjunto de clips colocados aleatoriamente y

analice cuántos son capturados por el dispositivo. Apaga la fuente y

anota tus observaciones. Actívale nuevamente y describe lo que percibes;

estás experimentando con un electroimán (consulta sobre este término).


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4. Quita intencionalmente el núcleo (la barrita donde enrollaste el

alambre) y repite la experiencia anterior. Trata de sacar interesantes

conclusiones.

5. Trata de determine la polaridad del electroimán generando una corriente en

la fuente de poder y pasando una brújula varias veces por la bobina.

ANÁLISIS1. ¿Qué relación encuentras entre la corriente que transporta unconductor y el campo magnético que se genera a su alrededor?

2. Consultar y profundizar en la regla de la mano derecha y aplicarla y realizar

el diagrama de los parámetros involucrados en el estudio de la corriente

eléctrica que pasa por un alambre recto para generar un campo magnético.

3. ¿Qué efecto magnético tiene el cambiar la intensidad de la corrienteeléctrica que pasa por un conductor eléctrico?

4. ¿Qué factores determinan la capacidad de un electroimán? ¿Qué tan

determinante es la naturaleza de su núcleo?

5. Los imanes de barra son muy conocidos y fáciles de adquirir

comercialmente. Encuentre relaciones y diferencias entre un “electroimán” y un

“imán de barra”.

6. Analizar la forma y la intensidad de los campos magnéticos generados pordos solenoides uno con núcleo de aire y otro con núcleo de material

ferro magnético, cuando sus terminales se conectan a una fuente de poder.

7. Cuando un conductor eléctrico se sumerge en un campo magnético se

genera sobre él una fuerza magnética; consultar efectos y propiedades.Simultáneamente se presenta un torque (torca) sobre el alambre, consultar efectos,propiedades y aplicaciones cotidianas de este fenómeno.







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Retroalimentación

En la tercera sesión

PRACTICA No. 3 – INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA


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Porcentaje de evaluación 11.2%Horas de la practica 4

Temáticas de la práctica inducción electromagnéticaIntencionalidades formativas Propósito(s)

Relacionar al estudiante con el concepto y aplicación dela inducción electromagnetica

Objetivo(s)

Analizar y comprender las características de la inducciónelectromagnética.

Meta(s)

Desarrollar habilidades relacionadas con el manejo de lainducción electromagnética

Competencia(s)

El estudiante reconocerá los principales elementosreferentes al concepto de inducción electromagnética-

Comprender y socializar el concepto de inducciónelectromagnética.


Por la época de 1831, el inquieto Faraday (uno de los grandes inventores de lahumanidad) percibió que, cuando un conductor eléctrico se desplaza en un campomagnético, se genera o se induce en el sistema una corriente eléctrica. En lasmotos por ejemplo, la volante es un imán y en el interior se tienen tres bobinasregularmente espaciadas; cuando el motociclista prende su móvil las bobinascomienzan a girar a gran rapidez y entonces se induce en ellas una corriente que sirve,por ejemplo, para prender la farola (gratis, no necesita batería para ello).

Después de repetir y de analizar la experiencia varias veces se percibe que haydirecciones privilegiadas en las cuales no se genera corriente o algunas en lascuales se genera un máximo valor. Este fenómeno de generación de corrienteeléctrica se denomina “inducción electromagnética” y la corriente generada seconoce como “inducida”. Esta experiencia fue enriquecida significativamente con losaportes de Henry y de Lenz, quienes desde lugares muy lejanos entre sí,contribuyeron a sacar la ley que lleva por nombre la “ ley de inducción


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electromagnética de Henry-Faraday” y que gobierna el mundo de la inducción.

La corriente inducida se genera cuando se presenta un movimiento relativo entreel conductor y el campo magnético; no importa cuál de los dos se mueva. Lascentrales hidroeléctricas generan electricidad usando este interesante fenómeno.

La fuerza del agua mueve a gran velocidad unas turbinas alrededor de las cuales setienen poderosos imanes. Esta energía eléctrica es transportada por cables através de las montañas y es conducida a las ciudades donde es utilizada según lanecesidad específica; residencias, empresas, industrias.

En el experimento a realizar se dispone de un imán y de un conductor eléctrico yserá el movimiento relativo entre los dos el que genera una “corriente inducida”.

La ley de inducción de Faraday establece que la fem es directamente proporcional alcambio en el tiempo del flujo magnético que atraviesa el circuito. La ley anterior puedeser escrita de forma matemática de la siguiente manera.

Donde es el flujo magnético a través de la superficie. En el caso de un inductor de N

vueltas de alambre, la ecuación anterior se transforma en


La corriente inducida se genera cuando se presenta un movimiento relativo entreel conductor y el campo magnético- Ley de Faraday


4 Bobinas (diferente número de espiras)

1 núcleo y barra ferromagnéticos s

1 Generador de señales

1 Osciloscopio

Software a utilizar en la practica

Ninguno


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Metodología

Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica: campos eléctricos y magnéticos

Forma de trabajo: Colaborativo

Procedimiento:

Figura 11

Experimento 1

Conecte una bobina (primaria Bp) con una resistencia( R=100 Ω) en serie a un generadorde funciones y una segunda bobina(secundaria Bs) a un osciloscopio como muestra lafig 8 . Aplique una tensión senoidal a BP con una frecuencia de 100 HZ. Visualice en elosciloscopio la señal generada en Bs.


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Figura 12

Describa sus observaciones en la señal obtenida bajo las siguientes condiciones:

1. Al variar la frecuencia en el generador sin modificar la distancia entre las bobinas

2. Al aumentar la distancia entre BP y Bs para una misma frecuencia

3. Al introducir un núcleo de material ferromagnético al interior de las bobinas

4. Al rotar una bobina un ángulo de 90o con respecto a la otra, es decir que sus ejesqueden perpendicularmente.

5. Al cambiar la señal del generador por una señal triangular.

6. Realice un análisis y conclusiones a los resultados obtenidos anteriormente.

Experimento 2

Se propone realizar mediciones del voltaje (Vs) que se generan en BS cuando se aplicauna diferencia de potencial (VP) en BP. Utilice bobinas de diferente número de espiras.Tome medidas de diferencias de potencial y registre los valores obtenidos para lossiguientes casos:

Bobinas en vacío (fig 13)

Figura 13 Montaje bobinas en vacío


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VP

VS

Tabla 3

#espiras en BP ______________ #espiras en BS ___________

Colocando entre las bobinas un núcleo en forma de U (Fig 11)

Figura 14 Montaje Bobinas entre núcleo en forma de U Figura 15 Bobinas con núcleo enforma de U

VP

VS

Tabla 4

#espiras en BP ______________ #espiras en BS ___________

Realice graficas de VS contra VP con los valores obtenidos experimentalmente para losdos casos.

Realice un análisis de los resultados obtenidos

A partir del análisis realice las respectivas conclusiones.






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Retroalimentación

Al finalizar la sesión


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7. FUENTES DOCUMENTALES

Resnick-Halliday-Krane: Física volumen II, 4a edición, CECSA. S. M. Lea, J. Buerke, Lanaturaleza de las cosas vol II, International Thomson Editores.

R. P. Feynman. Lectures on Physics, Tomo II, Fondo Educativo Latinoamericano.

F. Sears, M. Zemanski y H. D. Young, Física Universitaria, volumen 2, Addison Wesley

Serway R, Jewett J. (2008). Physics for scientists and engineers. (seventh edition)USA: Thomson higher education.

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Guia de Laboratorio 2016