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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS SOCIALES Y ADMINISTRATIVAS Física experimental III Práctica #9 “ESTUDIO CUALITATIVO DEL FENÓMENO DE LA INDUCCIÓN MAGNÉTICA Y CORRIENTE ALTERNA” Prof.: Velazco Climaco Jesús Artemio Alumna: Peñaloza Ruiz Sara Ivonne Secuencia 3IM16 28 de octubre de 2009

INTRODUCCIÓN  Ley de inducción de Faraday Considere una espira de alambre conectada a un amperímetro, mientras hay un movimiento relativo entre el imán y la espira que establece una corriente en el circuito. A una corriente de ese tipo la llamaremos corriente inducida puesto que se produce por una fem inducida. La fem instantánea inducida en un circuito es igual a razón de cambio en el tiempo de flujo magnético a través del circuito. Éste es un enunciado de la ley de Faraday de la inducción magnética. El signo de la polaridad de la fem inducida se puede determinar mediante la ley de Lenz: La polaridad de la fem inducida es tal que produce una corriente cuyo campo magnético se opone al cambio en el flujo magnético a través de la espira. O sea, que la corriente inducida tiende a conservar el flujo original a través del circuito. Hay un método más sencillo que se conoce como la regla de Fleming o de la mano derecha para la determinación de la corriente inducida. Esta regla establece que si los dedos pulgar, índice y medio de la mano derecha se mantienen en ángulos rectos entre sí, con el pulgar apuntando en la dirección de la fuerza, el dedo índice apuntando en la dirección del campo magnético y el dedo medio apuntará en la dirección de la corriente convencional inducida. Entre las aplicaciones importantes de los descubrimientos de Faraday, con respecto a la inducción electromagnética, está la construcción de generadores, motores y transformadores.  Corriente alterna En la corriente alterna los electrones del circuito se mueven primero en una dirección, y luego en dirección contraria, alternando de aquí para allá respecto a posiciones relativamente fijas. Esto se hace alternando la polaridad del voltaje en el generador o en la fuente de voltaje. El uso primario de la corriente eléctrica, ya sea corriente directa o alterna, es trasferir la energía silenciosa y flexiblemente, así como de forma conveniente de un lugar a otro.

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La corriente en el hogar es corriente alterna. La corriente en un dispositivo de pilas es corriente directa. Puedes trabajar con estos aparatos en corriente alterna si los conectas a un convertidor de ca-cd. El convertidor usa un diodo, que es un dispositivo electrónico diminuto que funciona como una válvula de una dirección. Como la corriente alterna cambia de dirección cada medio ciclo, pasa por el diodo sólo durante la mitad del primer periodo. La salida es una corriente directa tosca, desconectada la mitad del tiempo. Un capacitor produce un efecto de retardo en los cambios de corriente. Guarda energía en forma electrostática, se opone a cambios de voltaje y aísla los impulsos en la salida.

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DESARROLLO Objetivos   

Detectar la corriente eléctrica inducida en una espira al desplazar un imán hacia su interior. Visualizar una señal de corriente alterna (CA) directamente de un osciloscopio e identificar los diversos tipos de señales existentes. Identificar al diodo como un componente fundamental para transformar una corriente alterna en una corriente continua.

Hipótesis En el experimento de inducción magnética, se genera una corriente eléctrica cuando el imán se mueve dentro de un solenoide. En el experimento de corriente alterna, observaremos diferentes señales de corriente cuando se coloca un capacitor, una resistencia o ambas al mismo tiempo. Material a utilizar Inducción magnética  Imán permanente de herradura  Bobina de 450 vueltas  Medidor universal Phywe  Carátula de -1, 0, +1 amp de C.D. Corriente Alterna  Multímetro digital simple  Diodo  Condensador electrostático de 40μf 450 volts CD  Interruptor de 3 A 125volts  Portafusible con fusible de 1 Ampere (para chasis)  8 conectores con tornillo  Resistencia de 1 Mohm a 1 watt  6 cables para conexión caimán-caimán  2 cables para conexión caimán-banana  Osciloscopio

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Procedimiento Inducción magnética 1) Ensamble el dispositivo mostrado en la figura. 2) Observe la lectura del medidor universal, acerque el imán a la bobina, observe y registre el movimiento de la aguja indicadora del medidor universal. 3) Ahora aleje el imán de la bobina, observe y registre el movimiento de la aguja indicadora del medidor universal. 4) Repita los procedimientos 2 y 3, pero ahora conserve fijo el imán y efectúe los movimientos con la bobina. Especifique la condición necesaria para que se observe el movimiento de la aguja indicadora del instrumento universal. Corriente alterna 1) Con los componentes de que dispone, construya el circuito de la figura. 2) Con el voltímetro que mide valores RCM de tensión alterna, mida entre los puntos c y d. 3) A partir de ese valor, calcule el valor pico. 4) Calcules el valor pico a pico de la tensión de la fuente. 5) Obtenga el valor medio de un ciclo senoidal de la tensión de la fuente. 6) El circuito de la figura representa un rectificador de media onda. 7) En el circuito de la figura que ya construimos en el punto a conecte el medidor con escala para tensión de corriente directa entre los puntos a y b. Sabemos que esta lectura es el valor medio de una onda rectificada con rectificador de media onda en un periodo, compárela con el ato obtenido en el inciso (5). 8) Conecte en el circuito en los puntos c y d de la figura anterior, el condensador de 40μf y sin ponerle carga al circuito, es decir, dejando su salida abierta, mida entre los puntos c y d como en la siguiente figura. 9) Mida la tensión de salida con la escala de CD adecuada. Si este valor lo duplica, a que valor corresponde de los obtenidos entre los mismos puntos a y b. 10) Con el osciloscopio analice la forma de onda entre los puntos a y b del circuito, dibújela. Desconecte el condensador y conecte la resistencia 1 megaohm entre los puntos c y d, vea la forma de la onda, dibújela. Dejando la resistencia de 1 megaohm y conectando nuevamente el condensador entre los puntos c y d, observa con el osciloscopio el potencial entre esos mismos puntos.

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Resultados

Inducción magnética Cuando el imán se mueve hacia la espira conectada al amperímetro, la aguja de este se desvía como en la tabla 1, lo cual indica que una corriente I se induce en la espira. Cuando el imán permanece estacionario no se mueve la aguja indicadora, no se induce ninguna corriente en la espira, incluso cuando el imán se encuentra dentro de la espira. Cuando el imán se mueve y se aleja de la espira, la aguja indicadora del amperímetro se desvía en dirección opuesta a cuando el imán entró, lo cual indica que la corriente inducida es opuesta a la que se presentó cuando el imán entró. Si el imán se sostiene de forma fija y la espira se mueve ya sea acercándose o alejándose del imán la guaja indicadora también se mueve. Imán Verde Rojo Entra Derecha Izquierda Sale Izquierda Derecha Tabla 1. Movimiento de la aguja indicadora.

Corriente alterna VRCM=Vcd=3.2V Valor pico: 𝑉𝑚 = √2𝑉𝑅𝐶𝑀 = √2(3.2 𝑉) = 4.5255𝑉 Valor pico a pico: 𝑉𝑝𝑝 = 2𝑉𝑚 = 2(4.5255𝑉) = 9.051𝑉 Valor medio: 𝑉𝑝𝑟𝑜𝑚 = 0.318𝑉𝑚 = (0.318)(4.5255𝑉) = 1.4391𝑉

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Vab=Vprom=0 Circuito con el condensador de 40μf. VRCM=Vcd=3.6V Si duplicamos este valor nos da el voltaje completo que entra al sistema. Valor pico: 𝑉𝑚 = √2𝑉𝑅𝐶𝑀 = √2(3.6 𝑉) = 5.0912𝑉 Valor pico a pico: 𝑉𝑝𝑝 = 2𝑉𝑚 = 2(5.0912𝑉) = 10.1824𝑉 Valor medio: 𝑉𝑝𝑟𝑜𝑚 = 0.318𝑉𝑚 = (0.318)(5.0912𝑉) = 1.619𝑉

Forma de onda que entra al sistema

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Circuito con resistencia (puntos cd)

Circuito con capacitor (puntos cd)

Circuito con resistencia y capacitor (puntos cd)

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CONCLUSIONES En el experimento de inducción magnética podemos observar cuando movemos un imán dentro de una bobina inducimos una corriente eléctrica I. Cuando el imán está dentro de la bobina pero sin movimiento no hay corriente eléctrica. En el experimento de corriente alterna observamos los diferentes tipos de onda cuando se conecta una resistencia o un condensador. El diodo convierte la corriente alterna en corriente directa, que es el que nos permite utilizar los aparatos electrónicos en la casa.

BIBLIOGRAFÍA FÍSICA Serway, Raymond Thomson 6a edición P.: 623-625 FÍSICA CONCEPTUAL Hewitt, Paul Pearson 9ª edición P.: 444, 445 FÍSICA Gutierrez Aranzeta, Carlos Larousse 2ª edición P.: 160

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