Universidad Nacional de San Antonio Abad del Cusco Laboratorio de Fsica B

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

FACULTAD DE INGENIERA QUMICA E INGENIERA METALRGICA

CURSO: LABORATORIO DE FSICA BDOCENTE: LIC. ABELARDO HUAMAN GUZMAN.TEMA: INFORME DE LABORATORIO N 5 - INDUCCION ELECTROMAGNTICA

Grupo: 356 A (viernes de 15-17 hrs.)ALUMNOS: MARILIN SOSA DUEAS 134694 JIMMY OCTAVIO ROMERO GARCA 131503 HENRY GAVANCHO CUTI 130678 SALOMON ORTEGA CALLA 131495 JOHN QUISPE QUISPE 131502 ALEXANDER PAUCAR QUISPE 131497 WILLIAMS TINTAYA DIAZ 130681 NORA COTRINA GUILLEN CUSCO PER2014

INTRODUCCINLa induccin electromagntica es el fenmeno que origina la produccin de una fuerza electromotriz (f.e.m. o voltaje) en un medio o cuerpo expuesto a un campo magntico variable, o bien en un medio mvil respecto a un campo magntico esttico. Es as que, cuando dicho cuerpo es un conductor, se produce una corriente inducida. Este fenmeno fue descubierto por Michael Faraday quin lo expres indicando que la magnitud del voltaje inducido es proporcional a la variacin del flujo magntico (Ley de Faraday).Por otra parte, Heinrich Lenz comprob que la corriente debida a la f.e.m. inducida se opone al cambio de flujo magntico, de forma tal que la corriente tiende a mantener el flujo. Esto es vlido tanto para el caso en que la intensidad del flujo vare, o que el cuerpo conductor se mueva respecto de l.El movimiento de un conductor de longitud L situado en un campo magntico B, hace que sobre cada electrn del conductor acte una fuerza magntica. Dicha fuerza hace que los electrones se desplacen hacia un extremo (dependiendo de la direccin del campo) en donde se acumulan. Como resultado de este movimiento, se obtiene una distribucin de cargas que genera un campo elctrico dirigido a lo largo del conductor.

El movimiento de los electrones contina hasta que la fuerza magntica se equilibra con la fuerza elctrica cuando el conductor se desliza sobre otro conductor estacionario, cuya forma es tal que constituyen una trayectoria cerrada. Es as como dentro de los conductores se establece una corriente elctrica i, llamada corriente elctrica inducida, cuya direccin en sentido convencional es anti horario.

Como consecuencia de esta corriente, el exceso de cargas en el extremo del conductor se reduce, y el campo elctrico se debilita y las fuerzas magnticas producen un nuevo desplazamiento de electrones libres dentro del conductor mvil, desplazamiento de electrones que origina la circulacin de la corriente elctrica i ya mencionada. Esta corriente circula mientras se mantiene en movimiento al conductor.

OBJETIVOS

1. Comprobar la existencia de la f.e.m. inducida en un circuito elctrico en el que existe un flujo magntico variable.2. Comprobar que el sentido de la f.e.m. inducida depende de la forma como vare el flujo magntico.3. Aplicar la ley de faraday para determinar el campo magntico inducido en una bobina.

MARCO TEORICO

LEY DE FARADAYLa Ley de induccin electromagntica de Faraday (o simplemente Ley de Faraday) se basa en los experimentos que Michael Faraday realiz en 1831 y establece que el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magntico que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito como borde:

Donde: Es el campo elctrico, es el elemento infinitesimal del contorno C, es la densidad de campo magntico y S es una superficie arbitraria, cuyo borde es C. Las direcciones del contorno C y de estn dadas por la regla de la mano derecha.La permutacin de la integral de superficie y la derivada temporal se puede hacer siempre y cuando la superficie de integracin no cambie con el tiempo.James Clerk Maxwell entre 1864 y 1873 realiz la formulacin matemtica de todas las leyes experimentales del electromagnetismo, sintetizndolas en cuatro ecuaciones, que en el espacio libre, o sea en ausencia de material dielctrico y magntico, se escriben:

LAS EXPERIENCIAS DE FARADAYLas experiencias que llevaron a Faraday al descubrimiento de la induccin electromagntica pueden ser agrupadas en dos categoras: experiencias con corrientes y experiencias con imanes. En primer lugar prepar dos solenoides, uno arrollado sobre el otro, pero aislados elctricamente entre s. Uno de ellos lo conect a una pila y el otro a un galvanmetro y observ cmo cuando accionaba el interruptor del primer circuito la aguja del galvanmetro del segundo circuito se desplazaba, volviendo a cero tras unos instantes. Slo al abrir y al cerrar el interruptor el galvanmetro detectaba el paso de una corriente que desapareca con el tiempo. Adems, la aguja se desplazaba en sentidos opuestos en uno y otro caso.En el segundo grupo de experiencias Faraday utiliz un imn recto y una bobina conectada a un galvanmetro. Al introducir bruscamente el imn en la bobina observ una desviacin en la aguja, desviacin que desapareca si el imn permaneca inmvil en el interior de la bobina. Cuando el imn era retirado la aguja del galvanmetro se desplazaba de nuevo, pero esta vez en sentido contrario. Cuando repeta todo el proceso completo la aguja oscilaba de uno a otro lado y su desplazamiento era tanto mayor cuanto ms rpido era el movimiento del imn entrando y saliendo en el interior de la bobina. Lo mismo suceda cuando mantena quieto el imn y mova la bobina sobre l.La representacin del campo magntico en forma de lneas de fuerza permiti a Faraday encontrar una explicacin intuitiva para este tipo de fenmenos. Para que se produjera una corriente inducida en la bobina era necesario que las lneas de fuerza producidas por el imn fueran cortadas por el hilo conductor de la bobina como consecuencia del movimiento de uno u otro cuerpo.FLUJO MAGNTICOLa representacin de la influencia magntica de un imn o de una corriente elctrica en el espacio que les rodea mediante lneas de fuerza fue ideada por Faraday y aplicada en la interpretacin de la mayor parte de sus experimentos sobre electromagnetismo.Se define el flujo del campo magntico B a travs de una superficie, y se representa por la letra griega , como el nmero total de lneas de fuerza que atraviesan tal superficie. En trminos matemticos, para un campo magntico constante y una superficie plana de rea S, el flujo magntico se expresa en la forma: = B S cos

siendo el ngulo que forman las lneas de fuerza (el vector B) con la perpendicular a la superficie. Dicha ecuacin recoge, mediante el cos

La idea de flujo se corresponde entonces con la de cantidad de campo magntico que atraviesa una superficie determinada. En el Sistema Internacional se expresa en wber (Wb). Un wber es el flujo magntico que, al atravesar un circuito de una sola espira produce en la misma una fuerza electromotriz de 1 volt si se anula dicho flujo en 1 segundo por crecimiento uniforme.La fuerza electromotriz inducida en un circuito es proporcional a la rapidez con la que vara el flujo magntico que lo atraviesa.O en forma matemtica:

La presencia de la fuerza electromotriz en la ley de Faraday-Henry en lugar de la intensidad de corriente (ambas son proporcionales entre s), resalta una caracterstica de la induccin, a saber, su capacidad para sustituir a un generador, es decir, para producir los mismos efectos que ste en un circuito elctrico. Por su parte, el signo negativo recoge el hecho, observado experimentalmente por Faraday y Henry, de que aumentos ( > 0) y disminuciones ( < 0) de flujo magntico producen corrientes inducidas de sentidos opuestos.Si no hay variacin con el tiempo del flujo magntico que atraviesa un circuito, el fenmeno de la induccin electromagntica no se presenta. Tal circunstancia explica los fracasos de aquellos fsicos contemporneos de Faraday que pretendieron conseguir corrientes inducidas en situaciones estticas, o de reposo, del circuito respecto del imn o viceversa.Cuando la ley de Faraday-Henry se aplica a una bobina formada por N espiras iguales toma la forma

EL EXPERIMENTO DE HERTZ

El montaje experimental que permiti a Heinrich Hertz en 1888 producir y detectar ondas electromagnticas constaba de un circuito elctrico, capaz de producir tensiones elctricas oscilantes, y de un detector. Dicho circuito, formado, en esencia, por un transformador y unas placas metlicas a modo de condensadores, se conectaba a dos esferas metlicas pulimentadas separadas entre s por una pequea regin de aire. Cuando la tensin entre las dos esferas alcanzaba su valor mximo, el aire intermedio se electrizaba y saltaba una chispa. Este proceso se repeta peridicamente generando, cada vez, segn la prediccin de Maxwell, un conjunto de ondas electromagnticas.Para comprobar que, en efecto, un campo electromagntico viajero se estaba propagando por el espacio, Hertz prepar un detector (o antena), conocido tambin como resonador, que consista en un alambre corto doblado en forma de circunferencia, pero con una pequea abertura intermedia. Las ondas electromagnticas, si existan, seran detectadas porque la variacin del campo magntico de la onda al atravesar el resonador dara lugar a una fuerza electromotriz inducida que provocara una chispa entre sus extremos.Con el fin de analizar el fenmeno ms cmodamente, situ en su laboratorio una superficie reflectora que le permitira confinar las ondas producidas en el espacio comprendido entre el circuito emisor y la placa. As, y con la ayuda del resonador, fue capaz de descubrir las caractersticas de las ondas generadas mediante su aparato emisor y de medir una longitud de onda de 66 cm. Las previsiones tericas de Maxwell fueron confirmadas y Hertz demostr experimentalmente que las ondas electromagnticas se reflejaban, se retractaban y sufran interferencias al igual que las ondas luminosas. En su honor recibieron el nombre de ondas herzianas.

Campo magntico de una bobina

En muchos equipos elctricos y electrnicos se utilizan componentes que constan de conductores elctricos arrollados. Estos arrollamientos se conocen como bobinas. Como todo conductor por el circula la corriente, las bobinas con corriente tambin presentan un campo magntico:

EQUIPO

un sensor de voltaje una bobina un iman xplorer GLX Una caja con esponja Un soportes universal y una varilla Una regla,

DIAGRAMA DE INSTALACIN

PROCEDIMIENTO Y TOMA DE DATOS

1.-monte la bobina en el soporte universal

2.-conectar el sensor de voltaje a la bobina

3.-inicie un nuevo experimento en el GLX.

4.-conecte el sensor de voltaje al GLX

5.- entre en la pantalla de inicio y configure la frecuencia de muestreo a 200Hz.

OBSERVACIONES EXPERIMENTALES

1.- CON CUIDADO SUELTE EL IMAN DE MAYOR ALTURA.OBSERVE EL GRAFICO DEL GLX

A ser tirado de una mayor altura sucede que cae con una mayor velocidad ocasionando que al momento que el iman atraviesa la bobina esta no le da tiempo de poder crear cierto campo alrededor suyo graficndose como se muestra en el grafico, en forma de pequeos picos .

2.- CAMBIE EL REA DE LA BOBINA Y OBSERVE EL GRAFICO DEL GLX

La induccin electromagntica es el fenmeno que origina la produccin de una fuerza electromotriz en un medio o cuerpo expuesto a un campo magntico variable, o por movimientos relativos a un campo constante. Distintos factores influyen en la fem que se induce en una bobina, como lo son su nmero de espiras, su configuracin (si tienen un material ferromagntico en su interior) y de su movimiento con respecto al campo magntico. Lo que esta fem inducida trata es oponerse al cambio del flujo magntica

3.- CAMBIE LA BOBINA CON EL DOBLE DE NUMERO DE VUELTAS Y OBSERVE EL GRAFICO EN EL GLX

No sucede nada ya que en la experiencia solo se us un solo tipo de bobina el cual nos indic el mismo resultado que en la primera experiencia realizada,

ANLISIS DE DATOS

1 CON LOS DATOS OBTENIDOS, DETERMINE EL VALOR DEL CAMPO MAGNTICO DEL IMAN CON TODA LA TEORA DE LOS ERRORES.

N: de espiras : 540

rea de pico 1rea de pico 2

0,00846-0,00725

0,00787-0,00714

0,00799-0,00723

0,00810-0,00720

-0,010770,00843

ERROR:

2 EXPLIQUE LOS RESULTADOS, POR QU EL PICO DE SALIDA ES MAYOR QUE EL PICO DE ENTRADA Y PORQUE LOS PICOS ESTN EN DIRECCIONES OPUESTAS?

El pico de salida es mayor que el de entrada debido a la velocidad con la que esta atraviesa la bobina.Estn en direcciones opuestas ya que es el promedio de los campos magnticos.

3 POR QU LA FIGURA NO ES UINA FUNCIN SENOCOMO SE MUESTRA EN EL MARCO TEORICO?

Es funcin seno ya que en la realidad solo se considera como un valor terico y no es considerado otros parmetros.Al momento de marcar el Explorer indica con todas las funciones y parmetros ya sea friccin de aire, esttica de la corriente entre otras .

Cuando el imn comienza a rotar, en el sistema se genera una diferencia de potencial capaz de producir una corriente elctrica. De este modo se producen tensiones elctricas entre sus bordes, cuya polaridad es positiva o negativa, se invierte alternativamente con el pasar del tiempo. Cuando esta tensin se aplica a un circuito elctrico, produce en l una corriente alterna que se caracteriza por una inversin alternativa, con idntica frecuencia, cuya representacin grfica, en funcin del tiempo, tiene la forma de una lnea sinusoidal

CONCLUSIONES

El uso del GLX hace ms fcil la obtencin de datos ya que estos datos proporcionados por los objetos que est en movimiento nos proporciona ademas de la grfica y de la reas datos especficos de la experiencia.

En la actualidad vivimos un periodo en el cual gran parte de la energa utilizada en la cotidianidad es producida por medios toxicos para nuestro ambiente y tambin para nosotros, por esta razn se han buscado diversas fuentes de energa alternativa,generada por la induccin electromagntica.

La induccin electromagntica es el fenmeno en el cual una fuerza electromotriz se genera en un cuerpo al ser expuesto aun campo magntico. se introducen corrientes elctricas gracias a campos magnticos variables con el tiempo .

La ley de Faraday dice que el voltaje inducido en una bobina es directamente proporcional a la rapidez de cambio del flujo magntico por unidad de tiempo en una superficie

Esta prctica de laboratorio nos permiten entender claramente la relacin entre las corrientes elctricas y los campos magnticos, especficamente, en cmo los campos magnticos pueden inducir una corriente y fem a otro conductor, en este caso, a bobinas, mientras la bobina tena ms espiras, la fem inducida era mayor. Esto se debe a que el cambio de flujo magntico tambin induce una corriente, la cual es mayor mientras hay ms espiras en la bobina. Por ser el voltaje proporcional a la corriente, entonces tambin la fem inducida es mayor a mayor nmero de espiras en la bobina. Segn la direccin del campo magntico, el sentido de la fem inducida vara

Cuando hay un campo magntico variable al que una bobina est expuesta, lo que se induce es una tensin alterna.

Si se desliza una bobina cerca de otra en la cual circula corriente, una fem es inducida debido al movimiento relativo entre la bobina y el campo magntico generado por la bobina conectada a la fuente.

En el experimento de tensin inducida en funcin del campo del electroimn concluimos que podemos elevar o reducir la f.e.m. inducida dependiendo del nmero de espiras en la bobina inductora y en la bobina inducida. con corriente elctrica dentro de un campo magntico, sobre el que acta una fuerza cuya direccin y sentido estn determinados por la regla de la mano izquierda. En esta prctica estudiaremos de manera experimental el fenmeno contrario, llamado induccin electromagntica. Este fenmeno consiste en que si a un conductor colocado dentro de un

RECOMENDCIONES Se requiere tener bien hechas las conexiones antes de encender los equipos. Tener cuidado con el trato de los equipos y materiales debido a su sensibilidad. Que cada alumno este con los implementos adecuados en el laboratorio de fsica, as como la capacitacin adecuada de los alumnos para una buena realizacin de las experiencias.

CUESTIONARIO

1.- A QUE SE DENOMINA CAMPO MAGNTICO?

Un campo magntico es una descripcin matemtica de la influencia magntica de las corrientes elctricas y de los materiales magnticos. El campo magntico en cualquier punto est especificado por dos valores, la direccin y la magnitud; de tal forma que es un campo vectorial. Especficamente, el campo magntico es un vector axial, como lo son los momentos mecnicos y los campos rotacionales. El campo magntico es ms comnmente definido en trminos de la fuerza de Lorentz ejercida en cargas elctricas. Campo magntico puede referirse a dos separados pero muy relacionados smbolos B y H.Los campos magnticos son producidos por cualquier carga elctrica en movimiento y el momento magntico intrnseco de las partculas elementales asociadas con una propiedad cuntica fundamental, su espin. En la relatividad especial, campos elctricos y magnticos son dos aspectos interrelacionados de un objeto, llamado el tensor electromagntico. Las fuerzas magnticas dan informacin sobre la carga que lleva un material a travs del efecto Hall. La interaccin de los campos magnticos en dispositivos elctricos tales como transformadores es estudiada en la disciplina de circuitos magnticos.

2.- DESCRIBA UD. A QUE SE LLAMA FLUJO MAGNTICO?

El flujo magntico (representado por la letra griega fi ), es una medida de la cantidad de magnetismo, y se calcula a partir del campo magntico, la superficie sobre la cual acta y el ngulo de incidencia formado entre las lneas de campo magntico y los diferentes elementos de dicha superficie. La unidad de flujo magntico en el Sistema Internacional de Unidades es el weber y se designa por Wb (motivo por el cual se conocen como webermetros los aparatos empleados para medir el flujo magntico). En el sistema cegesimal se utiliza el maxwell (1 weber =108 maxwells).[Wb]=[V][s]1

Si el campo magntico B es vector paralelo al vector superficie de rea S, el flujo que pasa a travs de dicha rea es simplemente el producto del valor absoluto de ambos vectores:

En muchos casos el campo magntico no ser normal a la superficie, sino que forma un ngulo con la normal, por lo que podemos generalizar un poco ms tomando vectores:

Generalizando an ms, podemos tener en cuenta una superficie irregular atravesada por un campo magntico heterogneo. De esta manera, tenemos que considerar cada diferencial de rea:

Se denomina flujo magntico a la cantidad de lneas de fuerza que pasan por un circuito magntico.Cuantizacin del flujo magnticoCuantizacin del flujo magntico en un anillo superconductor. Como ya predijo Fritz London en 1948, es posible observar la cuantizacin del flujo magntico en sustancias superconductoras. El cuanto de flujo magntico es una constante fsica:.

3.- QUE ES UNA INDUCCION MAGNTICA?

La induccin magntica o densidad de flujo magntico, cuyo smbolo es B, es el flujo magntico que causa una carga elctrica en movimiento por cada unidad de rea normal a la direccin del flujo. En algunos textos modernos recibe el nombre de intensidad de campo magntico, ya que es el campo real.1 2La unidad de la densidad en el Sistema Internacional de Unidades es el tesla.Est dado por:

donde B es la densidad del flujo cuantico magntico generado por una carga que se mueve a una velocidad v a una distancia r de la carga, y ur es el vector unitario que une la carga con el punto donde se mide B (el punto r).o bien:

donde B es la densidad del flujo magntico generado por un conductor por el cual pasa una corriente I, a una distancia r.La frmula de esta definicin se llama Ley de Biot-Savart, y es en magnetismo la equivalente a la Ley de Coulomb de la electrosttica, pues sirve para calcular las fuerzas que actan en cargas en movimiento.

Formas alternativasNtese que la frmula (*) permite intercambiar el orden de la integral de superficie y la derivada temporal siempre y cuando la superficie de integracin no cambie con el tiempo. Por medio del teorema de Stokes puede obtenerse una forma diferencial de esta ley:

sta es una de las ecuaciones de Maxwell, las cuales conforman las ecuaciones fundamentales del electromagnetismo. La ley de Faraday, junto con las otras leyes del electromagnetismo, fue incorporada en las ecuaciones de Maxwell, unificando as al electromagnetismo.En el caso de un inductor con N vueltas de alambre, la frmula anterior se transforma en:

Donde V es el voltaje inducido y d/dt es la tasa de variacin temporal del flujo magntico . El sentido del voltaje inducido (el signo negativo en la frmula) se debe a la ley de Lenz.

4.- ESPECIFIQUE LA LEY DE FARADAY

Experimento de Faraday que muestra la induccin entre dos espiras de cable: La batera (derecha) aporta la corriente elctrica que fluye a travs de una pequea espira (A), creando un campo magntico. Cuando las espiras son estacionarias, no aparece ninguna corriente inducida. Pero cuando la pequea espira se mueve dentro o fuera de la espira grande (B), el flujo magntico a travs de la espira mayor cambia, inducindose una corriente que es detectada por el galvanmetro (G).La ley de induccin electromagntica de Faraday (o simplemente ley de Faraday) establece que el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magntico que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito como borde

Donde es el campo elctrico, es el elemento infinitesimal del contorno C, es la densidad de campo magntico y S es una superficie arbitraria, cuyo borde es C. Las direcciones del contorno C y de estn dadas por la regla de la mano derecha.Esta ley fue formulada a partir de los experimentos que Michael Faraday realiz en 1831. Esta ley tiene importantes aplicaciones en la generacin de electricidad.

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