Ley de Faraday Lenz. Ingeniería Civil Industrial

Facultad de Ingeniería[pic 1][pic 2]

Ingeniería Civil Industrial

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Resumen

La  experiencia realizada consistió en dos partes, la primera en observar lo que ocurría al introducir un imán en una bobina, mediante movimientos relativos y usando ambos polos, todo esto con el fin de analizar y definir qué es lo que sucedía. La segunda actividad en primera instancia consistió en poner una de las bobinas en el transformador, y ésta conectada a una fuente de corriente alterna(la que llamaremos bobina primaria), y en el otro lado del transformador ir variando las bobinas(bobina secundaria) con el fin de calcular el voltaje o fem de salida. En segunda instancia consistió en dejar fija la bobina secundaria, e ir variando la primaria, también con el fin de determinar el voltaje de salida del circuito. Los objetivos de la experiencia fueron, en primer lugar, verificar la ley de Faraday Lenz, con respecto a las conclusiones que fueron sacadas de la parte 1, y en segundo lugar la aplicación de la ley de inducción de Faraday a un transformador de dos bobinas, esto para la parte 2 del laboratorio.

Finalmente fueron cumplidos los objetivos planteados para esta experiencia, ya que en la primera parte se verifico la ley de Faraday Lenz, ya que se encontró la relación entre los polos magnéticos, además de la con la que introdujeron los imanes. Y en el caso de la segunda parte se encontró la relación funcional entre el voltaje de salida y la diferencia de espiras entre bobinas (primaria y secundaria), ya sea para el primer o el segundo caso.

Introducción

En el presente informe se llevó a cabo el desarrollo de la experiencia N°5 en el laboratorio de electromagnetismo; el cual se realizó se dividió en una parte análisis y otra más práctica.

La primera parte consistió en conectar un amperímetro a una de las bobinas que estaban disponibles( 400, 800, 1600 y 20000 espiras), para luego introducir un imán dentro de ella, haciendo movimientos distintos para los dos polos, para posteriormente analizar lo que ocurre en este caso.

Luego  en la segunda parte de esta experiencia se dejó  una bobina fija en el transformador, conectada a una fuente de corriente alterna(a la cual llamaremos bobina primaria),  y otra bobina en el extremo contrario(bobina secundaria). En otras palabras, en esta primera parte de la actividad número 2 de la experiencia, se tendrá N (número de espiras) y la Fem (símbolo fem) fijos (lo que sería la entrada del voltaje), variando las bobinas secundarias, con el fin de obtener el voltaje o fem de salida. La segunda parte consta de dejar fija la bobina secundaria, con su respectiva fem, e ir variando la bobina primaria, para ver determinar en este caso cual será el voltaje.

Marco teórico

Faraday buscó por años la forma de producir electricidad a partir de un campo magnético, lo cual logró en 1831.

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Figura 1: formas de producir electricidad a partir de un campo magnético.

Como se puede ver en la Figura 1, hay dos formas de producir electricidad mediante el uso de un campo magnético. La primera, es utilizando un imán que a partir de la variación de del campo magnético, genera electricidad por un breve lapso de tiempo. El segundo caso, utiliza una bobina primaria conectada a una fuente de poder, y una bobina secundaria cerrada con un Galvanómetro (G), para medir la intensidad de corriente. Al encender la fuente, Faraday pudo ver corriente en la bobina secundaria por un breve lapso de tiempo.

A partir de estos experimentos, dieron paso a la Ley de Faraday que relaciona la variación del flujo magnético a través de un circuito, con la fuerza electromotriz que se induce en él. Es decir, si el flujo del campo magnético que atraviesa un circuito cambia en el tiempo, se genera fem. Entonces, se dice que:

Donde N es el número de espiras de la bobina,  el flujo magnético del circuito y B el campo magnético.[pic 7]

El signo negativo viene dado por la Ley de Lenz, que dice que la corriente inducida en una espira está en la dirección que creará un campo magnético opuesto al cambio en el flujo magnético en el área encerrada por la espira.

Esta ley tiene aplicación en los transformadores, utilizando una bobina primaria con  espiras y una bobina secundaria con , de la cual se tiene la relación:[pic 8][pic 9]

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Esta aplicación sólo es válida para circuitos con corriente alterna, ya que, si se genera un voltaje variable en el tiempo en la bobina primaria, sucederá lo mismo en la bobina secundaria, debido al flujo magnético entre éstas. Ésta relación se establece como:

• Dónde: Vs= Corresponde al voltaje secundario del transformador.

             Vp= Corresponde al voltaje primario del transformador.

Además de estas definiciones, se debe saber que el voltaje eficaz se define como:

Donde  es la media cuadrática del voltaje y  es la amplitud del voltaje alterno que llega desde la fuente de poder.[pic 14][pic 15]

Objetivo General

• Verificar la Ley de Faraday Lenz y luego aplicarla a un transformador de dos bobinas.

Objetivos Específicos

• Analizar y explicar que sucede con la fem inducida de acuerdo a la velocidad y polo con que se introduce dentro de la bobina.
• Explicar físicamente el suceso.
• Determinar y analizar la relación entre el voltaje de salida y las bobinas en dos casos, primero variando la segunda bobina y dejando la primera constante, y viceversa.
• Interpretar ambos resultados, y comparar la pendiente de los respectivos gráficos.

Desarrollo Experimental

Materiales

• Fuente de Voltaje AC
• Bobinas con 400, 800, 1600 y 2000 espiras, PHYWE.
• Multitester, DT9501.
• Imán en forma de barra.
• Cables tipo Caimán.
• Led amarillo

Procedimiento Experimental

Para la realización de la parte I de esta experiencia:

• Primero se conectó la fuente de  voltaje alterno y se utilizó con 7,62 [volt] de alimentación, este potencial fue el utilizado para nuestro transformador y corresponde a la fem 1, es decir voltaje primario del transformador; cabe mencionar que el voltaje primario es el que se mantiene fijo durante toda la experiencia.
• Luego se identificó la bobina primaria a utilizar en la experiencia I, la cual fue de 400 espiras, esta se mantuvo fija y en el transformador se fue cambiando la bobina secundaria; 4 veces, a modo de que posteriormente se pudiese  calcular el voltaje secundario de cada combinación entre NS y NP (fijo), respectivamente, a continuación en la tabla N°1 se muestran los datos tomados en el transformador, para la experiencia N°1.

Tabla N°1: “Datos con NP  y VP  fijos en el transformador”

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