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• MarcoAntonioApazaRivera

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Transformadores y Máquinas DC Tema :

ELECTROMAGNETISMO

I.

Código : Semestre: Grupo :

OBJETIVO: -

Realizar pruebas a componentes, equipos y sistemas eléctricos.

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Realizar pruebas a imanes naturales y permanentes para determinar su comportamiento.

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Demostrar la ley de Faraday

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Demostrar la ley de Lenz.

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Observar el comportamiento del magnetismo en corriente continua y alterna.

II.

III.

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RECURSOS: -

Dos imanes naturales.

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Limaduras de hierro.

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Una bobina con núcleo de hierro, con yugo superior móvil.

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Un multímetro ac y dc.

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Una brújula.

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Fuente de corriente continua y alterna.

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Cables de conexión.

FUNDAMENTO TEÓRICO: MAGNETISMO Y ELECTROMAGNETISMO La naturaleza y origen del magnetismo aún no han sido explicados completamente, se han formulado varias teorías explicando el fenómeno magnético, pero no ha habido aprobación unánime. En magnesia, antigua ciudad de Asia Menor, se encontraron los imanes naturales o Piedra imán, descubriéndose que estas atraían cuerpos pequeños de hierro, más tarde se le llamo óxido magnético de hierro (Fe304). Históricamente se dice que los fenicios fueron los primeros en aplicar la energía magnética del imán cuando usaron la brújula en sus viajes marítimos comerciales. Siendo así que se usa en la ciencia, industria, navegación aérea y marítima. El magnetismo en la electricidad y la electrónica es fundamental, ya que sin el no sería posible la fabricación de transformadores, motores, generadores, bocinas, audífonos, micrófonos y tantas cosas más que se basan en el magnetismo. IMANES: Se les llaman imanes a las substancias que tienen la propiedad de afectar al hierro, acero, níquel, cobalto, cromo y a otros metales, en menor grado. Pueden ser afectados por atracción o repulsión. Los imanes de dividen en: naturales y artificiales. El imán natural, o piedra imán tiene propiedades magnéticas sin la intervención del hombre, es muy abundante en la naturaleza sobre todo en suelos de antigua formación geológica y es explotado en algunos países como mineral de hierro. Los imanes artificiales, son barras de hierro o acero que adquirieron por medios artificiales propiedades magnéticas. La magnetización artificial se hace por contacto, inducción o bien, por procedimientos eléctricos. Estos imanes son muy usados, dado que conservan su magnetismo. Sin importar la naturaleza del imán, a su alrededor existe un campo magnético, formado por líneas de fuerza imaginarias, se asume que estas líneas salen del polo norte y regresar por el polo sur del imán. Si se juntan dos imanes se observará que polos opuestos se atraen y polos iguales se repelen. PERMEABILIDAD MAGNÉTICA Es la facilidad con que una substancia permite el paso de las líneas de fuerza a través de su masa, en cada substancia magnética la permeabilidad es diferente. La permeabilidad del hierro ofrece

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menos oposición que el aire al paso de las líneas de fuerza, esto permite que puedan construirse con el los audífonos, transformadores, etc. RELUCTANCIA

Figura N°1: Reluctancia

Es la oposición al paso del magnetismo, la reluctancia es el equivalente de la resistencia en una corriente eléctrica. La figura N° 1 muestra algunos ejemplos de reluctancia y la tabla N° 1 muestra una comparación entre la electricidad y el magnetismo: En la electricidad:

En el magnetismo:

Fuerza electromotriz o voltaje (F.E.M.)

El campo magnético

Corriente

Corriente magnética o líneas de fuerza

Resistencia

Reluctancia

ELECTRO MAGNETISMO La corriente eléctrica produce un campo magnético alrededor del conductor, la intensidad de este depende del número de amperios de la corriente; cuanto más fuerte sea la corriente, más fuerte será el campo magnético. Aprovechando este fenómeno, podemos hacer un electroimán, si enrollamos un alambre en forma de bobina (espiral) con núcleo de aire, le aplicamos una corriente eléctrica, las líneas de fuerza no serán tan intensas, obviamente por la reluctancia del aire. Si en cambio le colocamos un núcleo de hierro, las líneas de fuerza serán más intensas y esto generará un campo magnético más intenso y se convierte en un electroimán. Si sabemos la polaridad de la corriente que se le aplica, y la dirección del embobinado, podemos determinar la polaridad de un electroimán, se coloca la mano derecha, tal y como lo haríamos si en realidad tomáramos el electroimán, el pulgar indicará el polo sur, los otros dedos indicarán la dirección de la corriente aplicada. INDUCCIÓN MAGNÉTICA LEY DE FARADAY: Esta indica que siempre que se mueve un alambre a través de las líneas de fuerza de un campo magnético, se genera en este (alambre) una corriente eléctrica, misma que es proporcional al número de líneas de fuerza cortadas en un segundo.

LEY DE AMPERE: La Ley de Ampere indica, que la línea integral de un campo magnético en una trayectoria arbitrariamente elegida es proporcional a la corriente eléctrica neta adjunta a la trayectoria.

LEY DE LENZ: En todos los casos de inducción electromagnética, el voltaje inducido hará que la corriente circule en un circuito cerrado en una dirección tal que el campo magnético originado por esta corriente se oponga a la causa que la produce.

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IV.

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PROCEDIMIENTO Advertencia: ¡En esta etapa se manejarán voltajes peligrosos! ¡No haga ninguna conexión cuando la fuente esté conectada! ¡La fuente debe desconectarse después de hacer cada medición!.

Advertencia: Usar lentes de seguridad durante su permanencia en el Taller

Advertencia: Usar botas de seguridad durante su permanencia en el Taller

Campo magnético y líneas de fuerza: 1. Rocíe limaduras de hierro sobre una placa acrílica transparente y aproxime uno de los polos del imán natural por el lado opuesto de la placa. 2. Esquematizar y describir el fenómeno mostrado. ............................................................................ ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ............................................................................ ........................................................................... 3. Ahora aproxime por el lado opuesto de placa acrílica los dos polos del imán, esquematice y describa lo observado. ............................................................................ ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ........................................................................... ...........................................................................

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........................................................................... ............................................................................ ........................................................................... 4. ¿Qué propiedad muestran las líneas magnéticas ya que se debe la forma de su trayectoria? ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... Determinación de la polaridad: 5. Empleando la brújula, determine la polaridad de un imán. 6. ¿Cuál es el fundamento empleado para determinar la polaridad del imán? ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... 7. Armar el circuito mostrado en la figura Nº 2. 8. Aplique 10 V dc al electroimán y con esto determine la polaridad del electroimán.

Figura N° 2: Polaridad del electroimán

9. Luego invierta la polaridad de la fuente, vuelva a verificar la polaridad del electroimán, y describa lo observado. ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... Tensión inducida:

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Advertencia: ¡En esta etapa se manejarán voltajes peligrosos! ¡No haga ninguna conexión cuando la fuente esté conectada! ¡La fuente debe desconectarse después de hacer cada medición!.

10. Con un voltímetro de doble polaridad conectado a una bobina con núcleo de aire (figura 3), sométala a la influencia del imán permanente con un movimiento en vaivén, tanto con el polo norte como el polo sur.

Figura N° 3: Demostración de la ley de Faraday

11. ¿Cómo demuestra este experimento la ley de Faraday? ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... Efecto de la reluctancia: 12. Armar el circuito mostrado en la figura 4 y alimente por uno de sus extremos con 0,5 A en corriente alterna y haga mediciones del voltaje inducido en el lado secundario del transformador, con y sin el yugo superior.

Figura N° 4: Efecto de la reluctancia en el voltaje

13. ¿A qué se deben las diferencias en las lecturas acusadas por el voltímetro? ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................

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14. Al mismo circuito aplique 5 Vdc y mida la tensión inducida en el secundario. ¿se induce voltaje en el secundario?¿Porqué? ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... Ley de LENZ: 15. Armar el circuito mostrado en la figura 5 y alimente la bobina con 0,5 A en corriente alterna y observe el anillo de cobre.

Figura N° 5: Demostración de la ley de Lenz

19. ¿Qué sucede con el anillo de cobre? ¿Cómo demuestra esto la ley de Lenz? Este empieza a hacer movimientos verticales de arriba hacia abajo y viceversa. El anillo de cobre al ser un material diamagnético se repele al flujo magnético, cuando pasa un corriente por el bobinado se crea otra corriente que anula el flujo magnético volviéndolo 0. IV- CUESTIONARIO 1- ¿Qué es la permeabilidad magnética? se le denomina permeabilidad magnética a la capacidad de una sustancia o medio para atraer y hacer pasar a través de ella campos magnéticos, la cual está dada por la relación entre la inducción magnética existente y la intensidad de campo magnético que aparece en el interior de dicho material.

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La magnitud así definida, el grado de magnetización (magnetización no permanente) de un material en respuesta a un campo magnético, se denomina permeabilidad absoluta y se suele representar por el símbolo μ:

2- ¿En qué consiste la ley de Ampere, enuncie la ecuación de su ley y explique? La ley de Ampere establece que, para cualquier trayecto de bucle cerrado, la suma de los elementos de longitud multiplicado por el campo magnético en la dirección de esos elementos de longitud, es igual a la permeabilidad multiplicada por la corriente eléctrica encerrada en ese bucle.

Nos ayuda a determinar el campo magnético de un material o materiales conductores 3- ¿En qué consiste la regla de Fleming del electromagnetismo? ¿Haga una gráfica? Es una ley utilizada en el electromagnetismo que determina el movimiento de un conductor que está inmerso en un campo magnético o el sentido en el que se genera la fuerza dentro de él. Para obtener el sentido de la fuerza, se toma el dedo índice de la mano (izquierda) apuntando a la dirección del campo magnético que interactúa con el conductor y con el dedo corazón se apunta en dirección a la corriente que circula por el conductor, formando un ángulo de 90 grados. De esta manera, el dedo pulgar determina el sentido de la fuerza que experimentará ese conductor.

4- ¿Dar la definición de los siguientes conceptos? Material diamagnético: Materiales que poseen una susceptibilidad negativa. En estos materiales, el campo se ve reducido por efecto de la magnetización inducida, que se opone al campo externo. Para casi todos los diamagnéticos

y puede aproximarse

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Material Paramagnético. Materiales o medios cuya permeabilidad magnética es similar a la del vacío. Estos materiales o medios presentan en una medida despreciable el fenómeno de ferromagnetismo. Los materiales paramagnéticos sufren el mismo tipo de atracción y repulsión que los imanes normales, cuando están sujetos a un campo magnético. Sin embargo, al retirar el campo magnético, la entropía destruye el alineamiento magnético, que ya no está favorecido energéticamente. Es decir, los materiales paramagnéticos son materiales atraídos por imanes, pero no se convierten en materiales permanentemente magnetizados. Material antimagnético: ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... Ferritas: Las ferritas son materiales cerámicos ferromagnéticos (sólo la alfa), compuestos por hierro, boro y bario, estroncio o molibdeno. Las ferritas tienen una alta permeabilidad magnética, lo cual les permite almacenar campos magnéticos con más fuerza que el hierro. Las ferritas se producen a menudo en forma de polvo, con el cual se pueden producir piezas de gran resistencia y dureza, previamente moldeadas por presión y luego calentadas, sin llegar a la temperatura de fusión, dentro de un proceso conocido como sinterización. Mediante este procedimiento se fabrican núcleos para transformadores, inductores/bobinas y otros elementos eléctricos o electrónicos.

V.

OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________

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