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Laboratorio de Física III FS-0411

Reporte: Inducción Electromagnética Grupo: 01

Objetivos: El objetico general es que le estudiante comprenda el concepto básico de la ley de inducción de Faraday en el caso de campos magnéticos variantes en el tiempo y generados por una bobina. 1. Comprender como las corrientes eléctricas variantes en una bobina pueden inducir corrientes variantes en otra bobina que no está conectada a la primera. 2. Apreciar el efecto de una barra ferromagnética sobre la fem inducida en la segunda bobina. Marco teórico: Trabajo previo: 1. Calcule la auto inductancia de un solenoide largo y recto. La inducción magnética, o densidad de flujo, a de un solenoide largo y recto por el que circula una corriente I, se puede calcular a partir de

μI /2 πd .

2. Investigue la relación entre la inductancia mutua M y las inductancias L1 y L2 de dos solenoides cercanos. La relación se da en que al estar dos solenoides cercanos y al ser ambos inductores, se producirán autoinductancias L1 y L2 para cada uno de ellos y una inductancia mutua M entre ambos solenoides. 3. Investigue qué ocurre con la autoinductancia de un solenoide cuando se le introduce una barra de un material ferromagnético. ¿Qué efectos tiene esto sobre la fem inducida en el segundo solenoide? Al introducir un material ferromagnético en un solenoide no afectara la autoinductancia del mismo, sin embargo al generar este un campo magnético sobre el solenoide si habrá un cambio de fem inducida sobre el segundo solenoide. 4. ¿Qué es un transformador? ¿Qué tipos de transformadores hay? ¿Cuál es la relación de transformación? Transformador: dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. Tipos de transformadores: 1. Elevadores 2. Variables 3. De aislamiento 4. De alimentación

La relación de transformación nos indica el aumento o decremento que sufre el valor de la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada, es decir por cada volt de entrada cuantos volteos hay en la salida del transformador. 5. ¿Qué es un circuito magnético? ¿Qué es la reluctancia? Circuito magnético: consiste en un material de gran permeabilidad de sección sustancialmente uniforme y en el cual queda confinado, principalmente, el flujo magnético. Reluctancia: resistencia que ofrece un circuito al flujo magnético. Procedimiento: Parte A: Número de vueltas variable. 1. Arme el circuito como lo indica la figura 2 del manual. 2. Coloque las bobinas de forma N1 = N2 = 400 vueltas, a una distancia 0 cm. 3. Frecuencia de 1k Hz y mínimo voltaje. Resistencia primario = 2kΩ y secundario = 1k Ω. 4. Aumente gradualmente el voltaje hasta el máximo y anote las mediciones del multímetro, realice las gráficas correspondientes. 5. Repita los pasos anteriores para D= 2 cm, 4 cm, 6 cm y 8 cm. Parte B: Núcleo de hierro. 6. Inserte la barra metálica como se ve en la figura 3 y repita los pasos 1 a 4. 7. Realice las gráficas y solicite un ajuste lineal. Equipo: 1. Generador de onda seleccionada para ondas sinusoidales. 2. Dos cajas de sustitución de resistencias. 3. Inductores. 4. Barras metálicas. 5. Un digitalizador de señales. 6. Dos detectores de voltaje.

Resultados: Sin Barra. Gráfica 1.

0 cm f(x) = 0.05x - 0.03 R² = 0.99

Gráfica 2.

2 cm

f(x) = 0.04x - 0 R² = 0.98

Gráfica 3.

4 cm f(x) = 0.02x - 0 R² = 0.92

Gráfica 4.

6 cm

f(x) = 0.01x - 0.01 R² = 0.84

Gráfica 5.

8 cm f(x) = 0.01x + 0.02 R² = 0.58

Gráfica 6.

V2 SIN BARRA f(x) = - 0x + 0.04 R² = 0.55

Con Barra Gráfica 7.

0 cm f(x) = 0.14x - 0.06 R² = 0.99

Gráfica 8.

2 cm f(x) = 0.11x - 0.07 R² = 1

Gráfica 9.

4 cm f(x) = 0.09x - 0.06 R² = 0.99

Gráfica 10.

6 cm f(x) = 0.06x - 0.02 R² = 0.99

Gráfica 11.

8 cm

f(x) = 0.04x + 0.01 R² = 0.98

Gráfica 12.

SIN BARRA

f(x) = - 0x + 0.06 R² = 0.2

Análisis: Conclusiones:

Cuestionario: 1. ¿Qué relación existe entre las caídas de voltaje en las bobinas cuando se encuentran en contacto? Al ser dos bobinas con la misma cantidad de vueltas, el voltaje tiende a aumentar de forma constante en ambas bobinas, es decir la caída de voltaje posee el mismo valor para ambas como se muestra en la gráfica 1, donde se puede ver que la pendiente aumenta de forma equitativa en ambos ejes. 2. ¿Qué relación existe entre las caídas de voltaje en las bobinas cuando se cambie el número de vueltas en el primario? ¿Y en el secundario? Para el caso del gráfico 1, se observa que al cambiar la bobina primaria por otra con un número de vueltas diferente, esta genera un cambio en la caída de voltaje tanto en ella misma como en la bobina secundaria, tendiendo a aumentar de forma proporcional, es decir a mayor número de vueltas mayor caída de voltaje. En el gráfico 2, donde lo que se cambia es la bobina secundaria, se observa que esta afecta mayormente sobre si misma que sobre la bobina primaria. 3. ¿Qué función desempeña la barra de metal en cuanto a las caídas de voltaje? La barra de metal cumple la función de aumentar de forma lineal la caída de voltaje a un valor mayor que el doble que cuando lo hace sin la presencia de la misma. 4. ¿Cómo varía el voltaje en la bobina 2 con la distancia de separación entre las bobinas? En el gráfico, se observa que al ir aumentando la distancia, entre mayor sea la misma la caída de voltaje tiende a cero o a ser constante en la bobina dos. 5. ¿Se puede decir que las bobinas actúan como un transformador? Explique. Sí, porque estas al recibir corriente AC de la fuente la bobina uno la transforma y se la pasa a la bobina dos convertida en DC.

6. Explique por qué varía el voltaje en la bobina 2 al cambiar la forma de la barra metálica. ¿Con cuál configuración se da el mejor fenómeno de inducción? ¿Por qué? El voltaje en la bobina 2 varia al cambiar la forma de la barra metálica debido a que al ser un material magnético aumenta la inductancia, por ejemplo al utilizar la barra de forma rectangular el cambio de voltaje va ser menor que cuando se utiliza en forma de U esto debido a que el flujo magnético va ser más rápido en la de forma U.

Bibliografía: Ramírez, A. 2016. Manual de prácticas. San José, Costa Rica; UCR. Serway, R., & Jewett, J. (2008). Física para ciencias e ingenierías. México: Cengage Learning Editor’s. Serway, R, Physics for Scientists and Engineers, Saunders College Publishers, 3rd Edición. Recuperado el 20 de Enero de 2016, de http://depa.fquim.unam.com/amyd/archivero/FEM_y_electro_DC_7447.pdf.