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UNIVERSIDAD DEL VALLE CALIFICACION DEL DOCENTE DATOS Y RESULTADOS

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LABORATORIO DE FÍSICA II CARRERA: INGENIERÍA BIOMÉDICA,ELECTRONICA. GR

GRUPO: B EXPERIMENTO # 6

C

TEMA: BOBINAS EN CIRCUITOS DE CORRIENTE ALTERNA Y CONTINUA SEMESTRE: III/2017 DOCENTE: ING. JAIME MARISCAL P. FECHA DE ENTREGA: 15 -06-2017 Nº

APELLIDOS Y NOMBRES

1.-

AJHUACHO INCA DAVID SILVESTRE

2.-

CORNEJO QUISPE MARIO LUIS

3.-

MARTINEZ SIVILA JHOSUA

4.-

VERA CASTRO BORIS A.

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BOBINAS EN CIRCUITOS DE CORRIENTE ALTERNA Y CORRIENTE CONTINUA RESUMEN El propósito de la experiencia fue medir las corrientes en corriente alterna y continua que se harán variar el núcleo de una bobina paso del nucleó en 3 diferentes paso del nucleó. INTRODUCCION Este laboratorio se realizó según los requerimientos del docente, los cuales nos permitirán medir los voltajes y las corrientes del circuito con corriente alterna y corriente continua y posteriormente valorar la importancia que tienen

OBJETIVOS -

Medir la corriente que fluye en el circuito con la tensión continua aplicada con y sin núcleo de hierro. Medir la corriente que fluye en el circuito con la tensión alterna aplicada con y sin núcleo de hierro.

FUNDAMENTO TEÓRICO

Campo magnético creado por una corriente eléctrica cualquiera Jean Baptiste Biot (1774-1862) y Félix Savart (1791-1841) establecierón poco después de que Oersted (1777-1851) divulgara su experiencia, que al igual que una carga origina un campo eléctrico o una masa un campo gravitatorio, un elemento de corriente genera un campo magnético. Un elemento de corriente es la intensidad que fluye por una porción tangente al hilo conductor de longitud infinitesimal y cuyo sentido es el de la corriente eléctrica (dl→). Su expresión viene dada por I⋅dl→ I⋅dl→=dqdt⋅dl→=dq⋅dl→dt=dq⋅v→ ⇒I⋅dl→=dq⋅v→ La ley de Biot y Savart establece que el campo magnético producido por una corriente cualquiera en un punto P viene determinado por la siguiente expresión: B→=μ0⋅I4⋅π∫ldl→×u→rr2 donde:     

B→ es la intensidad del campo magnético creado en un punto P. μ0 es la permeabilidad magnética del vacío. En el S.I. se mide en m·kg/C2. I es la intensidad de corriente que circula por dl→. En el S.I. se mide en Amperios (A). dl→ vector en la dirección de la intensidad de corriente. En el S.I. se mide en metros (m). u→r es un vector unitario que une el elemento de corriente I⋅dl→ con el punto P donde se mide la intensidad del campo magnético (B→).

Su módulo se puede calcular por medio de la siguiente expresión: B=μ0⋅I4⋅π∫ldl⋅sin αr2

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Campo magnético creado por una corriente eléctrica rectilínea Si en vez de una corriente eléctrica indefinida disponemos de una corriente en línea recta, el cálculo del campo magnético creado por dicha corriente se simplifica enormemente. El valor del campo magnético creado por una corriente rectilínea en un punto P se obtiene por medio de la siguiente expresión: B=μ0⋅I2⋅π⋅R donde:    

B es el valor del campo magnético en el punto P. Su unidad en el S.I. es el Tesla (T). μ0 es la permeabilidad magnética del vacío. En el S.I. se mide en m·kg/C2. I es la intensidad de corriente que circula en línea recta. Su unidad en el S.I. es el Amperio (A). R es la distancia más corta en línea recta desde P hasta la corriente. Su unidad en el S.I. es el metro (m).

Las líneas de campo creadas por este tipo de corriente son circunferencias concéntricas al conductor y perpendiculares a él. Esto implica que la dirección del campo magnético sea tangente a ellas en cada punto y su sentido venga dado por la regla de la mano derecha. La regla de la mano derecha determina que si usamos el pulgar de dicha mano para indicar el sentido de la intensidad de corriente, el resto de dedos nos indicará el sentido del campo magnético Comprobación Si aplicamos la definición de campo magnético en un punto P creado por una corriente cualquiera, obtenemos que: B→=μ0⋅I4⋅π∫ldl→×u→rr2 Si observamos, el producto vectorial de dl→ y r→ provocará que B→ tenga la dirección perpendicular a tu pantalla orientado hacia dentro. En este caso el módulo se obtiene por medio de la siguiente expresión: B=μ0⋅I4⋅π∫l∣∣∣dl→×u→r∣∣∣r2⇒B=μ0⋅I4⋅π∫lI⋅dl⋅sin αr2 Estudiando de forma gráfica que ocurre con un elemento de corriente cualquiera, podemos representar la situación de la siguiente forma:

De la figura anterior se pueden deducir las siguientes equivalencias: sin α = cos βds=r⋅dβdl=dscos βR=r⋅cos β Por lo que simplificando: dl⋅sin αr2=dl⋅cos βr2=dsr2=r⋅dβr2=cos β⋅dβR Aplicando esta expresión al cálculo del módulo del campo magnético, podemos deducir que:

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B=μ0⋅I4⋅π⋅∫Ldl⋅sin αr2⇒B=μ0⋅I4⋅π⋅R⋅∫+π/2−π2/cos β⋅dβ ⇒B=μ0⋅I4⋅π⋅R⋅[sin β]+π/2−π/2⇒B=μ0⋅I2⋅π⋅ R Campo magnético creado por una corriente eléctrica que circula por una espira El valor del campo magnético en el centro de una espira circular creado por una corriente eléctrica se obtiene por medio de la siguiente expresión: B=μ0⋅I2⋅R donde:    

B es el valor del campo magnético en el centro de la espira C. Su unidad en el S.I. es el Tesla (T). μ0 es la permeabilidad magnética del vacío. En el S.I. se mide en m·kg/C2. I es la intensidad de corriente que circula por la espira. Su unidad en el S.I. es el Amperio (A). R es el radio de la espira. Su unidad en el S.I. es el metro (m).

Las líneas de campo creadas por este tipo de corriente son circunferencias concéntricas en cada punto del conductor, de tal forma que en el centro de la espira el campo magnético es perpendicular a la espira y el sentido se obtiene aplicando la regla de la mano derecha. Recuerda que como hemos dicho antes, la regla de la mano derecha determina que si usamos el pulgar de dicha mano para indicar el sentido de la intensidad de corriente, el resto de dedos nos indicarán el sentido del campo magnético.Independientemente de cual sea el sentido de la intensidad de la corriente eléctrica, las líneas de campo saldrán por una cara de la espira y entrarán por otra. La cara por la que salen recibe el nombre de cara norte y por la que entran cara sur, al igual que ocurre con un imán. Comprobación Aplicando la ley de Biot y Savart, la dirección y sentido del campo magnético en el centro de la espira vendrá dado por el producto vectorial entre dl→ y r→: B=μ04⋅π⋅∫∣∣∣I⋅dl→×r→∣∣∣r3⇒B=μ04⋅π⋅∫I⋅dl⋅r⋅sin 90ºr3 ⇒B=μ0⋅I4⋅π⋅R2⋅∫dl⇒B=μ0⋅I4⋅π⋅R2⋅2⋅π⋅R⇒B=μ 0⋅I2⋅R Principio de superposición del campo magnético El campo magnético cumple lo que se denomina principio de superposición: El campo magnético B→ producido por distintos agentes en un punto del espacio es la suma vectorial de los campos magnéticos producidos por cada uno de ellos individualmente (B→1, B→2, B→3, ..., B→n), de tal forma que: B→=B→1+B→2+B→3+...+B→n LEY DE FARADAY

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Esta ley nos permite calcular el valor de la corriente inducida y se enuncia así: la corriente inducida es producida por una fem inducida que es directamente proporcional a la rapidez con que varía el flujo y al número de espiras del inducido. Según esta ley, si el flujo magnético varía una cantidad finita  en un intervalo de tiempo t la fem media inducida será

  N

 t

donde el  viene dada en voltios,  en weber y t en segundos. El signo negativo viene dado por la ley de Lenz y tiene una importante interpretación física: si convencionalmente tomamos como positivas aquellas fem que dan lugar a corrientes que se mueven en el sentido de la agujas del reloj, vemos que estas corrientes se producen, precisamente cuando hay una variación del flujo decreciente, es decir, negativa. Si la variación de flujo fuese positiva, la fem sería negativa, pues originaría una corriente en sentido contrario al de las agujas del reloj. La fem instantánea será:

  N

d . dt

Cuando

  0 , es decir, cuando no hay t

variación de flujo en el transcurso del tiempo, la fem es cero y no hay corriente en el inducido. impedancia (Z) En los circuitos de corriente alterna (AC) los receptores presentan una oposición a la corriente que no depende únicamente de la resistencia óhmica del mismo, puesto que los efectos de los campos magnéticos variables (bobinas) tienen una influencia importante. En AC, la oposición a la corriente recibe el nombre de impedancia (Z), que obviamente se mide en Ω. La relación entre V, I, Z, se determina mediante la "Ley de Ohm generalizada".

donde: - I: intensidad eficaz en A - V: tensión eficaz en V. - Z: impedancia en Ω. La impedancia puede calcularse como:

donde: - Z: impedancia en Ω. - R: resistencia en Ω. - X: reactancia en Ω. Se puede demostrar que los tres componentes (R, X, Z) se relacionan mediante un triángulo rectángulo. Aplicando el Tª de Pitágoras o relaciones trigonométricas, se pueden obtener muchas más fórmula que relacionen R, X y Z.

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En la siguiente tabla puede verse un resumen del valor de impedancia de cada tipo de receptor en AC.

METODO EXPERIMENTAL EQUIPOS Y MATERIALES 1. Tablero para circuito. 2. Una bobina de 600 espiras. 3. Un núcleo en U con yugo. 4. Dos multímetros. 5. Una fuente de alimentación de C.A y C.C. 6. Cables de experimentación. PROCEDIMIENTO a) Armar el circuito de la figura. b) Llevar a cabo mediciones de corriente y tensión, con la tensión continua aplicada: o Co una bobina sin hierro. o Solamente con el núcleo de hierro introducido (yugo). o Con el núcleo en U y yugo atornillado. Con los valores hallados elaborar tablas de la hoja de datos. c) Llevar a cabo la medición de corriente y tensión con la tensión alterna aplicada como en el inciso a. d) DATOS Y RESULTADOS DATOS

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UNIVERSIDAD DEL VALLE SUBSEDE LA PAZ INGENIERÍA BIOMEDICA INGENIERIA ELECTRONICA CORRIENTE CONTINUA a) b) c)

Voltaje

CORRIENTE ALTERNA a) b) c)

Voltaje

[v]

4.73 4.82 4.84

[v]

3.67 6.76 7.37

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Corriente [A] 0.41 0.42 0.42

Resistencia [ ] 11.54 11.48 11.52

Corriente [mA] 1 0.5 0.1

Resistencia [ ] 3 670 13 520 73 700

CUESTIONARIO 1 En base de V e I determinar R y Z luego registrar en tablas A una corriente continua aplicada IMPEDANCIA. Z=V/I[Ω] CORRIENTE Voltaje Corriente Impedancia z [v] CONTINUA [A] [ ] a) 4.73 0.41 11.54 b) 4.82 0.42 11.48 c) 4.84 0.42 11.52 CORRIENTE Voltaje Corriente Impoedancia z [v] ALTERNA [mA] [ ] a) 3.67 1 3 670 b) 6.76 0.5 13 520 c) 7.37 0.1 73 700 2 cuál es la diferencia que ejerce el núcleo de la bobina en la corriente que fluye en el circuito. En el caso de la corriente continua aumenta la corriente significativamente a medida que se aumenta en el núcleo los componentes mencionados en el experimento a diferencia de que en corriente alterna es menor se mide en milis y va disminuyendo a medida que se añaden componentes al núcleo. 3. determinar la inductancia en los 3 montajes En Bolivia la frecuencia es 50.1 hz con ello Vo/io=wL entonces L = vo/iow Por ello V 3.67V vo 6.68V i 1mA io 0.58 A L = 11.65 H V6.76V vo 6.81V I 0.5mA io 0.59 A L= 42.9 H V 7.37V vo 6.84V I 0.1mA io 0.59 A L =234.1 H 4 Investigar aplicaciones de la teoría de los transformadores. Transformador elevador/reductor de tensión Son empleados en las subestaciones de la red de transporte de energía eléctrica, con el fin de disminuir las pérdidas por efecto Joule. Debido a la resistencia de los conductores, conviene

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transportar la energía eléctrica a tensiones elevadas, siendo necesario reducir nuevamente dichas tensiones para adaptarlas a las de utilización. Transformador de aislamiento Proporciona aislamiento galvánico entre el primario y el secundario, de manera que consigue una alimentación o señal "flotante". Suele tener una relación 1:1. Se utiliza principalmente como medida de protección, en equipos que trabajan directamente con la tensión de red. También para acoplar señales procedentes de sensores lejanos, en equipos de electromedicina y allí donde se necesitan tensiones flotantes entre sí. Transformador de alimentación Pueden tener una o varias bobinas secundarias y proporcionan las tensiones necesarias para el funcionamiento del equipo. A veces incorporan fusibles que cortan su circuito primario cuando el transformador alcanza una temperatura excesiva, evitando que éste se queme, con la emisión de humos y gases que conlleva e, incluso, riesgo de incendio. Estos fusibles no suelen ser reemplazables, de modo que hay que sustituir todo el transformador. Transformador trifásico Tienen tres bobinados en su primario y tres en su secundario. Pueden adoptar forma de estrella (Y) (con hilo de neutro o no) o de triángulo (Δ) y las combinaciones entre ellas: Δ-Δ, Δ-Y, Y-Δ y Y-Y. Hay que tener en cuenta que aún con relaciones 1:1, al pasar de Δ a Y o viceversa, las tensiones varían. Transformador de pulsos Es un tipo especial de transformador con respuesta muy rápida (baja autoinducción) destinado a funcionar en régimen de pulsos. Transformador de línea o flyback Es un caso particular de transformador de pulsos. Se emplea en los televisores con TRC (CRT) para generar la alta tensión y la corriente para las bobinas de deflexión horizontal. Además suele proporcionar otras tensiones para el tubo (Foco, filamento, etc). Transformador con diodo dividido Es un tipo de transformador de línea que incorpora el diodo rectificador para proporcionar la tensión contínua de MAT directamente al tubo. Se llama diodo dividido porque está formado por varios diodos más pequeños repartidos por el bobinado y conectados en serie, de modo que cada diodo sólo tiene que soportar una tensión inversa relativamente baja. La salida del transformador va directamente al ánodo del tubo, sin diodo ni triplicador. Este tipo de transformador se emplea para adaptar antenas y líneas de transmisión (tarjetas de red, teléfonos...) y era imprescindible en los amplificadores de válvulas para adaptar la alta impedancia de los tubos a la baja de los altavoces. Si se coloca en el secundario una impedancia de valor Z, y llamamos n a Ns/Np, como Is=-Ip/n y Es=Ep.n, la impedancia vista desde el primario será Ep/Ip = -Es/n²Is = Z/n². Así, hemos conseguido transformar una impedancia de valor Z en otra de Z/n². Colocando el transformador al revés, lo que hacemos es elevar la impedancia en un factor n². Estabilizador de tensión Es un tipo especial de transformador en el que el núcleo se satura cuando la tensión en el primario excede su valor nominal. Entonces, las variaciones de tensión en el secundario quedan limitadas. Tenía una labor de protección de los equipos frente a fluctuaciones de la red. Este tipo de transformador ha caído en desuso con el desarrollo de los reguladores de tensión electrónicos, debido a su volumen, peso, precio y baja eficiencia energética. Transformador híbrido o bobina híbrida

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Es un transformador que funciona como una híbrida. De aplicación en los [teléfono]s, tarjetas de red, etc. Balun Es muy utilizado como balun para transformar líneas equilibradas en no equilibradas y viceversa. La línea se equilibra conectando a masa la toma intermedia del secundario del transformador. Transformador electrónico Posee bobinas y componentes electrónicos. Son muy utilizados en la actualidad en aplicaciones como cargadores para celulares. No utiliza el transformador de núcleo en sí, sino que utiliza bobinas llamadas filtros de red y bobinas CFP (corrector factor de potencia) de utilización imprescindible en los circuitos de fuente de alimentaciones conmutadas. Transformador de frecuencia variable Son pequeños transformadores de núcleo de hierro, que funcionan en la banda de audiofrecuencias. Se utilizan a menudo como dispositivos de acoplamiento en circuitos electrónicos para comunicaciones, medidas y control. Transformadores de medida Entre los transformadores con fines especiales, los más importantes son los transformadores de medida para instalar instrumentos, contadores y relés protectores en circuitos de alta tensión o de elevada corriente. Los transformadores de medida aíslan los circuitos de medida o de relés, permitiendo una mayor normalización en la construcción de contadores, instrumentos.

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BIBLIOGRAFIA Jou D., Llebot J.E. y Pérez G.C., Física para ciencias de la vida, McGraw-Hill. http://www.monografias.com/trabajos63/transformadores/transformadores2.shtml http://www.cifp-mantenimiento.es/e-learning/index.php?id=1&id_sec=7

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