Llaboratorio Electromagnetismo

TRABAJO COLABORATIVO 3

LUIS CARLOS CASTELLANOS HERNADEZ

COD: 87104107

TUTOR:

Fuan Evangelista Gómez Rendón

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

2014

“INDUCCIÒN ELECTROMAGNÈTICA”

OBJETIVO.

Utilizando recursos del medio y mucha consulta y trabajo colaborativo, conocer y socializar, cómo generar corriente eléctrica usando un imán.

COMPETENCIAS A DESARROLLAR

Comprender y socializar el concepto de inducción electromagnética. Valorar la permanente y el trabajo en equipo Estimular la creatividad y el uso de materiales del entorno para experimentar sin tener que realizar grandes inversiones económicas. Desarrollar la capacidad para encontrar relaciones permanentes entre el material estudiado o sugerido y los principios de trabajo industriales.

BÀSICOS.

Por la época de 1831, el inquieto Faraday (uno de los grandes inventores de la humanidad) percibió que, cuando un conductor eléctrico se desplaza en un campo magnético, se genera o se induce en el sistema una corriente eléctrica. En las motos por ejemplo, la volante es un imán y en el interior se tienen tres bobinas regularmente espaciadas; cuando el motociclista prende su móvil las bobinas comienzan 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 hay direcciones privilegiadas en las cuales no se genera corriente o algunas en las cuales se genera un máximo valor. Este fenómeno de generación de corriente eléctrica se denomina “inducción electromagnética” y la corriente generada se conoce como “inducida”. Esta experiencia fue enriquecida significativamente con los aportes 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 electromagnética de Henry-Faraday” y que gobierna el mundo de la inducción. La corriente inducida se genera cuando se presenta un movimiento relativo entre el conductor y el campo magnético; no importa cuál de los dos se mueva. Las centrales hidroeléctricas generan electricidad usando este interesante fenómeno. La fuerza del agua mueve a gran velocidad unas turbinas alrededor de las cuales se tienen poderosos imanes. Esta energía eléctrica es transportada por cables a través de las montañas y es conducida a las ciudades donde es utilizada según la necesidad específica; residencias, empresas, industrias. En el experimento a realizar se dispone de un imán y de un conductor eléctrico y será el movimiento relativo entre los dos el que genera una “corriente inducida”

MATERIALES

• Bobina con núcleo de aire y 50 espiras.

• Bobina con núcleo de aire y de 100 espiras.

• Dos imanes de barra

• Cables, conectores

• Galvanómetro con cero en el centro

• Bobina de una sola espira

PROCEDIMIENTO

1. Conectar la bobina de una sola espira al galvanómetro, como se ilustra en la figura. Introduzca uno de los imanes de barra a través de la bobina y comienza a generar con su mano y en el interior una movimiento armónico simple. Observe cuidadosamente la aguja del galvanómetro y anote sus observaciones.

Observaciones

Con la bobina de núcleo de aire de 1 espira no se logró apreciar el movimiento de la aguja del galvanómetro.

2. Conecte las terminales del galvanómetro a la bobina de 50 espiras. Introduzca el imán dentro de la bobina y repita cuidadosamente la experiencia anterior. Registre sus observaciones y vaya sacando conclusiones.

Observaciones

Con la bobina de núcleo de aire de 50 espiras, logramos observar un movimiento leve en la aguja del galvanómetro.

3. Conecte las terminales del galvanómetro a la bobina de 100 espiras. Introduzca el imán dentro de la bobina y repita cuidadosamente la experiencia anterior. Registre sus observaciones y continúe sacando conclusiones.

Observaciones

Con la bobina de núcleo de aire de 100 espiras, logramos observar el movimiento de la aguja del galvanómetro. De lo cual podemos deducir que entre mayor número de espiras, en nuestra bobina de núcleo de aire se genera un campo eléctrico de mayor intensidad.

4. Repita la experiencia anterior invirtiendo la polaridad del imán de barra y si percibe cambios anote con cuidado sus observaciones.

Observaciones

Al introducir un imán permanente por el interior de la bobina, con el polo norte hacia abajo, la aguja del galvanómetro se desvía hacia la derecha. Pero si invertimos la polaridad del imán e introducimos su polo sur dentro de las espiras de la bobina, veremos que la aguja se desvía hacia el lado contrario, debido a que el sentido del movimiento del flujo de electrones por el alambre de cobre cambia al invertirse la polaridad del imán.

5. Si el diámetro del núcleo se lo permite (en caso contrario rediseñe sus bobinas) una los dos imanes de barra (para generar un imán más fuerte) e introduzca el sistema a la bobina de 100 espiras. Observe el movimiento de la aguja del galvanómetro; ahora genere movimientos armónicos simples y a diferentes frecuencias o velocidades y analice con cuidado el movimiento de la aguja del galvanómetro. Anote una a una sus observaciones y saque conclusiones significativas del proceso.

Observaciones

Al pasar un imán con un campo magnético de mayor intensidad, y al generar velocidad ejerciendo movimiento sobre él, en el núcleo de aire de nuestra bobina de 100 espiras, podemos observar que la aguja del galvanómetro se mueve con mayor rapidez.

Si dejamos de mover el imán no se producirá inducción magnética alguna y la aguja del galvanómetro se detiene en “0”, 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 precisa 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.

ANÀLISIS

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

En la bobina de una espira con núcleo de aire no logramos apreciar el movimiento de la aguja ya que la bobina entre más número de espiras mayor es su inductancia.

2. Explique en lenguaje sencillo sus apreciaciones o implicaciones del movimiento generado en la aguja del galvanómetro cuando el imán se introduce en cada una de las bobinas de 50 y 100 espiras.

Dependiendo de la polaridad del imán, la intensidad de su campo magnético, la velocidad de movimiento ejercido sobre él a través del núcleo de aire de nuestra bobina y el número de espiras de nuestra bobina sea para cada caso 50 o 100 espiras, la aguja del galvanómetro se moverá o marcara con la velocidad según sea el caso.

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:

Cuando movemos un imán permanente por el interior de las espiras de alambre de cobre de una bobina, se induce una fuerza electromotriz (FEM) o flujo de corriente eléctrica producida por el campo magnético que movemos manualmente. Si la velocidad y la frecuencia ejercida en nuestro imán es mayor la aguja del galvanómetro marcara con mayor rapidez.

3.1 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 y proponer explicaciones razonables.

3.2 Tratar de buscar, consultar o sugerir una explicación al fenómeno siguiente: “la aguja del galvanómetro se desvía en una dirección cuando el imán se introduce en la bobina y en la dirección opuesta cuando el imán se saca”.

Un imán permanente y un núcleo de hierro dulce hacen que el campo magnético tenga un valor aproximadamente constante entre los polos y el núcleo. En este espacio hay una bobina rectangular cuyos hilos metálicos son siempre perpendiculares al campo radial, de forma que el ángulo efectivo entre A y B es siempre pi /2. La bobina puede girar sobre un eje que pasa por su centro, y está unida a una aguja que señala sobre una escala graduada en corriente. Un resorte helicoidal ejerce sobre la bobina un torque restaurador proporcional al desplazamiento angular desde la posición e equilibrio correspondiente a corriente cero (donde la aguja marca el cero).

La bobina del galvanómetro, ésta alcanza la posición de equilibrio rotacional

...