Informe de proyecto del curso Cálculo Para la Física 2

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Informe de proyecto del curso Cálculo Para la Física 2

(TRABAJO MECÁNICO Y GENERACIÓN DE ENERGÍA)

TRABAJO MECÁNICO Y LA GENERACIÓN DE ENERGÍA EN EL CARRUSEL DE FARADAY

Estudiantes de 3° ciclo de ingeniería Civil, Eléctrica, Industrial, Software UTP

1. RESUMEN:

Este proyecto consiste en realizar el trabajo mecánico y la generación de energía del carrusel de Faraday. Por ello, se planteó como objetivo principal Analizar la ley de Faraday y Lenz al demostrarlos en un simulador del carrusel de Faraday. Asimismo, se planteó como objetivos específicos explicar la ley del Voltaje Generado por un campo magnético y una bobina de cobre , identificar como los generadores eléctricos pueden transformar el trabajo mecánico a energía eléctrica, demostrar en cuanto afecta la aceleración de la rueda a la generación de voltaje (energía), demostrar como la conservación de energía influye en la cantidad de voltaje, comprender las manifestaciones del proceso de inducción magnético y comprobar que ocurre cuando se presenta una variación de flujo magnético. Además, se demostró la conservación y generación de energía mediante el trabajo mecánico, con una revolución por minuto constante. Los cálculos del experimento demostraron que, a más revoluciones ejercidas por un trabajo mecánico, mayor será el voltaje generado. El aumento del flujo genera aumento en el voltaje.

Palabras Claves: Voltaje, conservación de energía, trabajo mecánico, energía eléctrica revolución por minuto.

1. INTRODUCCIÓN:

Este proyecto consiste en demostrar cómo se puede generar voltajes (energía) suficiente para prender un foco led, mediante un sistema de imanes pegados sobre una rueda en el cual aplicaremos un trabajo mecánico sobre una palanca, para este trabajo nos basaremos en la ley de Faraday.

1. Descripción del proyecto.

1. Objetivos.

      Objetivos Generales:

• Analizar la ley de Faraday y Lenz al demostrarlos en un simulador del carrusel de Faraday.

Objetivos Específicos:

• Explicar la ley del Voltaje Generado por un campo magnético y una bobina de cobre.
• Comprender las manifestaciones del proceso de inducción magnético y comprobar que ocurre cuando se presenta una variación de flujo magnético.
• Identificar como los generadores eléctricos pueden transformar el trabajo mecánico a energía eléctrica.
• Demostrar en cuanto afecta la aceleración de la rueda a la generación de voltaje (energía)
• Demostrar como la conservación de energía influye en la cantidad de voltaje.

c. Alcances y limitaciones.

Los alcances que presenta nuestro proyecto para demostrar cómo se genera y conserva la energía mediante un trabajo mecánico, nos apoyaremos en algunos fundamentos teóricos.

Las limitaciones que se presentaron fueron la actual situación del país que no nos permite reunirnos y hacer un proyecto físico, por lo que tendremos que apoyarnos en un simulador sobre la ley de Faraday.

1. MARCO TEÓRICO:

a. Antecedentes del problema:

Se ha realizado un experimento sobre la inducción electromagnética en el laboratorio de la facultad de Física de la Pontifica Universidad Católica de Chile. En este experimento se muestra que, al introducir un imán en el interior de una bobina solenoide formada por un enrollado de alambre de cobre ,que está en movimiento , origina la producción de una fuerza electromotriz (f.e.m. o tensión) en un cuerpo expuesto a un campo magnético variable. Por ello, cuando dicho cuerpo es un conductor y es parte de un circuito cerrado, se produce una corriente inducida. Si se deja de mover el imán no se producirá inducción magnética alguna e indicando que tampoco hay flujo de corriente. Eso demuestra que para que exista inducción magnética y se genere una fuerza electromotriz (FEM) o corriente eléctrica en el enrollado de una bobina. No sólo se debe observar la existencia de un campo magnético, sino que éste se encuentre en movimiento, para lo cual será necesario que el imán se desplace continuamente por el interior del enrollado de la bobina.

La Ley de Faraday realizado por los estudiantes: Olivencia Dapena, Carlos H.; Colón Fuentes, Anthony; Cruz Mercado, ChristianG de la Universidad de Puerto Rico Recinto de Mayagüez. Departamento de física, Laboratorio Física II.        

En este experimento se realizó la inducción de voltajes en una bobina y se observó sus causas. Asimismo, el cambio en flujo magnético a través de la bobina. Utilizaron :1 sensor de campo magnético,1 sensor de corriente,3 Cables ,1 sensor V-1,2 USB likns,1 generador de Potencia,1 solenoide. Primero, conectaron el sensor de voltaje (al sensor USB LINK). Se conectó el USB LINK a uno de los puertos de la computadora.  La computadora reconoció el sensor, lo cual seleccionaron Graph, y escogieron el voltaje. Segundo, Apareció una gráfica de voltaje contra tiempo. Seleccionaron “Setup”, y les apareció una ventana que les mostrará el sensor de voltaje corriente.  Seleccionaron el botón start para empezar a tomar datos por 5 segundos, detuvieron y ajustaron la escala. El sensor no está en general calibrado en 0.000. Además, realizaron el mismo procedimiento cuando el imán está en el centro de la bobina, con el polo norteapuntando hacia abajo. Al realizar el análisis, se pudo observar que, al acercar el imán con el polo norte hacia el solenoide, se producía una corriente eléctrica, donde   la   gráfica   creada   establecía   un voltaje   inducido   negativo, y cuando se alejaba, producía un voltaje positivo. Donde se producía una   corriente, si   éste no   producía   movimiento   la   corriente   eléctrica   es   0A.

b. Definición de términos:

• Inducción electromagnética: enuncia que el voltaje inducido en un circuito cerrado, resulta directamente proporcional a la velocidad con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una dada superficie con el circuito haciendo de borde.
• Trabajo mecánico: Cuando sobre un sistema mecánico se aplica una fuerza neta y esta produce desplazamiento, entonces se dice que esa fuerza efectúa un trabajo mecánico, el cual puede ser positivo si el sistema gana energía o negativo si el sistema pierde energía. 
• Fuerza electromotriz : La fuerza electromotriz o voltaje inducido​​​​ es toda causa capaz de mantener una diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito abierto o de producir una corriente eléctrica en un circuito cerrado. Es una característica de cada generador eléctrico.
• Bobina solenoide: Se denomina solenoide a la bobina que, por su diseño, genera un campo magnético de gran intensidad. Esta bobina, de forma cilíndrica, cuenta con un hilo conductor que está enrollado de forma tal que la corriente provoca la formación de un campo magnético intenso.

c. Conocimientos empíricos

Para la construcción del experimento es importante comprender la ley de Faraday entorno a la electricidad y el magnetismo, teniendo en cuenta los conceptos de fuerza electromotriz , inducción electromagnética. Nuestro enfoque es hacer girar una rueda con la manivela, donde los imanes inducen una fuerza electromotriz, cuya propiedad consiste en atraer metales, que tiene dos polos magnéticos opuestos norte y sur con la bobina que almacena energía en forma de campo magnético.  Cada imán debe estar colocado de manera alterna, debido a que, al mover la manivela, esta genera un movimiento electromotriz, lo cual el campo eléctrico de cada imán provoca que la carga de electrones dentro de la bobina se mueva y aquel movimiento hace que se genere un voltaje hasta el led.

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