Informe 4 Electricidad y Magnetismo

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CURSO ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO TEMA DIODO ZENER GRUPO HORARIO MESA 1 : 01-T 90G INTEGRANTES SANTIAGO SANTOS, Eder 1213170019 SANTAMARÍA RIVERA, Jons B. 1213120314 QUISPE LLANCA , Brayan 1213110013

PROFESOR Ing.

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a) Observación de líneas de fuerza de campo magnético de imanes permanentes.  b) Reconocimiento y verificación de la relación existente entre corrientes eléctricas y la generación de campos magnéticos. c) Verificación del fenómeno de inducción electromagnética.

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CAMPO MAGNETICO El campo magnético representa una región del espacio en la que una carga una  carga eléctrica puntual de valor q, que se desplaza a una velocidad una velocidad

, experimenta los efectos de una fuerza que

es perpendicular es perpendicular y proporcional tanto a la velocidad v como al campo B. Así, dicha d icha carga percibirá una fuerza descrita con la siguiente ecuación.

Donde: F es la fuerza. v es la velocidad. B el campo magnético o inducción magnética. Nótese que tanto   como   son magnitudes vectoriales por lo l o tanto el producto vectorial resultante  es un vector perpendicular tanto a  como a . El módulo de la fuerza resultante será

La existencia de un campo magnético se pone de relieve gracias a la propiedad (la cual la podemos localizar en el espacio) de orientar un magnetómetro un  magnetómetro (laminilla de acero imantado que puede girar libremente). La aguja de una  brújula,   brújula,  que evidencia la existencia del campo magnético terrestre, puede terrestre, puede ser considerada un magnetómetro.

Un campo magnético tiene dos fuentes que lo originan. Una de ellas es una corriente una  corriente eléctrica de conducción, que da lugar a un campo magnético estático. Por otro lado una corriente de desplazamiento origina un campo magnético variante en el tiempo, incluso aunque aquella sea estacionaria. La relación entre el campo magnético y una corriente eléctrica está dada por la  ley de Ampere. El caso más general, que incluye a la corriente de desplazamiento, lo da la   ley de AmpereMaxwell. CAMPO MAGNÉTICO PRODUCIDO POR UNA CARGA PUNTUAL El campo magnético generado por una única carga en movimiento (no por una corriente eléctrica) se calcula a partir de la siguiente expresión:

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Donde:

Esta última expresión define un  un   campo vectorial solenoide,  solenoide,  para distribuciones de cargas en movimiento la expresión es diferente, pero puede probarse que el campo magnético sigue siendo un campo solenoide. CAMPO MAGNÉTICO PRODUCIDO POR UNA DISTRIBUCIÓN DE CARGAS La inexistencia de cargas magnéticas lleva a que el campo magnético es un  campo solenoide lo que lleva a que localmente puede ser derivado de un potencial un  potencial vector

, es decir:

A su vez este potencial vector puede ser relacionado con el vector  densidad vector  densidad de corriente mediante la relación:

La ecuación anterior planteada sobre

, con una distribución de cargas contenida en un

conjunto compacto, la solución es expresable en forma de integral. Y el campo magnético de una distribución de carga viene dado por:

Para visualizar los Campos que generaban lo imanes permanentes tuvimos que realizar este experimento el cual nos mostró el efecto que producía los imanes. a) Se perforo la cartulina A-4, seguidamente se colocaron los imanes primero uno luego dos para poder ver cuál era su polo sur y norte y que líneas se generaban cuando se colocaban los dos imanes con sus polos. -A continuación imágenes

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 b) Seguidamente se Colocaron los dos imanes permanentes; primero los dos con sus polos cambiados (SUR –  (SUR –  NORTE)  NORTE) luego (NORTE –  (NORTE –  NORTE)  NORTE) y observamos que las líneas que se formaban eran de atracción y repulsión respectivamente. Polos SUR –  SUR –  NORTE   NORTE

Polos NORTE –  NORTE –  NORTE   NORTE

CAMPO MAGNÉTICO DE UNA BOBINA RECORRIDA POR UNA CORRIENTE CONTINUA (ELECTROIMÁN)

Una vez realizado la primera parte se continuó con el experimento y lo que hicimos continuación fue generar un campo y observar con las limaduras de hierro pero esta vez el campo lo originaba una Bobina por donde circulaba una corriente continua.

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a) Con la ayuda de una Bobina, un amperímetro y una fuente DC tuvimos que armas dicho sistema (VER FIG).

 b) Una vez armado encendimos la fuente y regulamos hasta obtener una intensidad de corriente de 0.25A este experimento primero se realizó sin la barra de Hierro.

Se observa que el Campo Generado es demasiado pequeño y muy débil. c) Una vez efectuado es paso anterior se colocó la barra de hierro y vemos como el campo es más intenso.

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d) Lo que a continuación hicimos es analizar la bobina con uno de los imanes para saber cuál es el sentido de la corriente y que polo generaba la bobina.

Observamos y Decimos Así, cuando el polo el  polo norte de un imán se aproxima a una espira, la corriente inducida circulará en un sentido tal que la cara enfrentada al polo norte del imán sea también Norte, con lo que ejercerá una acción una acción magnética de repulsión sobre el imán, la cual es preciso vencer para que se siga manteniendo el fenómeno de la inducción. Inversamente, si el polo norte del imán se aleja de la espira, la corriente inducida ha de ser tal que genere un polo Sur que se oponga a la separación de ambos. Sólo manteniendo el movimiento relativo entre espira e imán persistirán las corrientes inducidas, de modo que si se detiene el  el   proceso de acercamiento o de separación cesarían aquéllas y, por tanto, la fuerza magnética entre el imán y la espira desaparecería.

V.

CUESTIONARIO 1) Defina los siguientes conceptos: Un campo magnético es una descripción matemática de la influencia magnética de las corrientes las corrientes eléctricas y de los materiales los materiales magnéticos.  El campo magnético representa una región del espacio en la que una carga una carga eléctrica puntual de valor q, que se desplaza a una  velocidad , experimenta

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los efectos de una fuerza una fuerza que es perpendicular y proporcional tanto a la velocidad v como al campo B. Es un cuerpo o dispositivo con un campo un campo magnético (que atrae o repele otro imán) significativo, de forma que tiende a juntarse con otros imanes (por ejemplo, con  campo magnético terrestre). terrestre). Puede ser natural o artificial. El electroimán es un tipo de imán en el que el  campo magnético se produce mediante el flujo de una corriente una  corriente eléctrica, desapareciendo eléctrica, desapareciendo en cuanto cesa dicha corriente. son sustancias que al aplicarle un campo magnético externo, sus espines se alinean en la misma dirección y sentido que el campo aplicado. Estos materiales poseen una imanación permanente. se denomina permeabilidad magnética a la capacidad de una sustancia o medio para atraer y hacer pasar a través de ella  campos magnéticos, la magnéticos, la cual está dada por la relación entre la inducción la  inducción magnética existente y la intensidad la intensidad de campo magnético que aparece en el interior de dicho material.  es el proceso mediante el cual campos magnéticos generan campos eléctricos. Al generarse un campo eléctrico en un material conductor, los portadores de carga se verán sometidos a una fuerza y se inducirá una corriente eléctrica en el conductor. .- Para un medio dado, el vector intensidad del campo magnético, es el cociente que resulta de la densidad del flujo magnético entre la permeabilidad magnética del medio. 2)

El origen del campo magnético en general no está bien definido aún; lo que se sabe es que se observó que había atracción entre varios tipos de piedra naturales, en un pueblo de magnesia de allí su nombre magneto.

Para la construcción de imanes permanentes se utilizan aleaciones de acero-, tungsteno, acero-cobalto, acero al titanio, hierro-níquel-aluminio-cobalto, etc.

Los imanes temporales son de gran utilidad para la construcción de núcleos para electroimanes, motores, generadores y transformadores. En este caso se emplea la chapa de hierro aleada, por lo general, de silicio.

El primer electroimán construido utilizaba una herradura una  herradura de caballo de caballo como núcleo ferromagnético, y fue inventado por el inglés William inglés  William Sturgeon, en Sturgeon, en el año 1825. año 1825. En su construcción suele utilizarse hierro como núcleo, y un conductor de cobre recubierto por material aislante, como barniz o plástico. La fuerza que ejerza el

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electroimán sobre algún objeto está directamente relacionada con la corriente que circule por el conductor, además del número de vueltas del mismo

Los electroimanes se usan en muchas situaciones en las que se necesita un campo magnético variable rápida o fácilmente. Muchas de estas aplicaciones implican la deflexión de haces de partículas cargadas, como en los casos del tubo de rayos catódicos y el espectrómetro de masas. Los electroimanes son los componentes esenciales de muchos interruptores, siendo usados en los frenos y embragues electromagnéticos de los automóviles. En algunos tranvías, los frenos electromagnéticos se adhieren directamente a los raíles Se usan electroimanes muy potentes en grúas para levantar pesados bloques de hierro y acero, y para separar magnéticamente metales en chatarrerías y centro de reciclado Los trenes de levitación magnética usan poderosos electroimanes para flotar sin tocar las vías sobre las que circulan. Los electroimanes se usan en los motores eléctricos rotatorios para producir un campo magnético rotatorio y en los motores lineales para producir un campo magnético itinerante que impulse la armadura. Aunque el platino es el mejor conductor de la electricidad, el cobre es el usado más a menudo debido a su bajo coste, y a veces se emplea aluminio para reducir el peso. También en el motor eléctrico.

Las limaduras de hierro son trozos de hierro de hierro muy pequeños que tienen el aspecto de un polvo oscuro brillante. Muy a menudo se utilizan en demostraciones científicas para mostrar la dirección de un campo un campo magnético. Los materiales ferromagnéticos que muestran saturación, tales como el hierro, están compuestos de regiones microscópicas llamadas dominios llamadas  dominios magnéticos que actúan como pequeños imanes pequeños imanes permanentes. Antes de que un campo magnético externo sea aplicado al material, los dominios se encuentran orientados al azar. Sus pequeños campos magnéticos apuntan en direcciones aleatorias y se cancelan entre sí, de modo que el material no produce un campo magnético global neto. Cuando se aplica un campo de magnetización externo H al material, lo penetra y causa la alineación de los dominios, provocando que sus pequeños campos magnéticos roten y se alineen paralelamente al campo externo, sumándose para crear un gran campo magnético que se extiende hacia fuera del material. Esto es llamado magnetización. llamado  magnetización. Cuanto  Cuanto más fuerte sea el campo magnético externo, mayor será la alineación de los dominios. El efecto de saturación ocurre cuando ya prácticamente todos los dominios se encuentran alineados, por lo que cualquier incremento posterior en el campo aplicado no puede causar una mayor alineación.

La “Regla de la mano derecha” permite determinar la polaridad que adquiere el núcleo metálico de un electroimán cuando se encuentra energizado. Para ello será necesario observar la forma en que se encuentran enrolladas las espiras de alambre de cobre sobre el núcleo y cuál es la polaridad de la fuente de fuerza de  fuerza electromotriz (FEM) que le suministra la corriente la corriente eléctrica para energizarla. Seguidamente, y aplicando la “Regla

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de la mano derecha”, se puede determinar qué polo adquirirá el electroimán  en cada uno de sus extremos. La forma en que se encuentran enrolladas las vueltas de alambre de cobre que envolviendo al núcleo metálico del electroimán para formar una bobina, unido al sentido del recorrido de la corriente eléctrica a través de las espiras de ese alambre (asumiendo el sentido convencional de recorrido de la corriente), determina qué polo magnético se creará en cada uno de sus extremos. En (1) de esta figura podemos observar que las vueltas del alambre comienzan a enrollarse desde la izquierda y por encima del núcleo de hierro (de color gris), mientras que el polo positivo (+) de la batería también se encuentra conectado al extremo izquierdo del alambre. Por tanto, en este ejemplo el polo norte “N” se formará en ese extremo izquierdo, mientras que en el derecho se formará el polo sur “S”. En (2) la batería se encuentra conectada a la fuente de suministro eléctrico de la misma forma que en (1), pero las vueltas del alambre de la bobina se han enrollado también desde la izquierda, pero comenzando a envolver el núcleo a partir de la parte trasera. Como se puede observar, los polos magnéticos en esta ocasión aparecen invertidos con relación a (1). Contrariamente en (3) y (4) es la conexión de la batería la que se ha invertido con relación a (1) y (2) y, como se puede observar, los polos magnéticos del núcleo del electroimán varían también según la forma en que se encuentran enrolladas en cada caso las vueltas de la bobina. La polaridad que adquiere un electroimán es importante porque, aplicada al motor de corriente de corriente directa, determina directa, determina el sentido de giro del rotor de acuerdo con la forma en que se encuentra enrollado el alambre a su núcleo, teniendo en cuenta también la polaridad de la batería que lo energiza.  Al contrario de lo que ocurre con los imanes permanentes, el campo magnético y la polaridad de los electroimanes con núcleo de silicio (del tipo diamagnético), mantienen la imantación únicamente cuando la bobina se encuentra conectada a la corriente eléctrica, tal como ocurre con el núcleo del rotor de un motor. Una vez que la bobina del electroimán se desconecta de la corriente, el núcleo metálico pierde la imantación y su poder de atracción o repulsión magnética. En algunas aplicaciones específicas como, por ejemplo, interruptores magnéticos de acción retardada, se emplean electroimanes con núcleo metálico del tipo “paramagnético” debido a que pueden mantener un “magnetismo remanente” por un corto período de tiempo después que se desenergizan.

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Si existe, Al someter un material ferromagnético a un campo magnético intenso, los dominios tienden a alinearse con éste, de forma que aquellos dominios en los que los dipolos están orientados con el mismo sentido y dirección que el campo magnético inductor aumentan su tamaño. Este aumento de tamaño se explica por las características de las paredes de Bloch, que avanzan en dirección a los dominios cuya dirección de los dipolos no coincide; dando lugar a un monodominio. Al eliminar el campo, el dominio permanece durante cierto tiempo. El núcleo concentra el campo magnético, que puede entonces ser mucho más fuerte que el de la propia bobina y dependiendo de la histéresis del material, el campo permanecerá más o menos tiempo después de cesar la corriente del electroimán.

Se denomina temperatura de Curie (en ocasiones punto de Curie) a la temperatura la  temperatura por encima de la cual un cuerpo ferromagnético cuerpo  ferromagnético pierde su magnetismo, su magnetismo, comportándose  comportándose como un material puramente paramagnético puramente paramagnético .

El material del núcleo del imán (generalmente hierro) se compone de pequeñas regiones llamadas dominios magnéticos que actúan como pequeños imanes . Antes que la corriente en el electroimán este activada, los dominios en el núcleo de hierro están en direcciones al azar, por lo que sus campos magnéticos pequeños se anulan entre sí, el hierro aún no tiene un campo magnético de gran escala. escala. Cuando una corriente pasa a través del alambre envuelto alrededor de la plancha, su campo magnético penetra en el hierro, y hace que los dominios giren, alineándose en paralelo al campo magnético, por lo que sus campos magnéticos diminutos se añaden al campo del alambre, creando un campo magnético que se extiende en el espacio alrededor del imán. imán . Cuanto mayor es la corriente que pasa a través de la bobina de alambre, más dominios son alineados, aumentando la intensidad del campo magnético. Finalmente, todos los dominios estarán alineados, nuevos aumentos en la corriente sólo causan ligeros aumentos en el campo magnético: este fenómeno se denomina saturación. Cuando la corriente en la bobina está desactivada, la mayoría de los dominios pierden la alineación y vuelven a un estado aleatorio y así desaparece el campo. Sin embargo en algunos la alineación persiste, ya que los dominios tienen dificultades para perder su dirección de magnetización, dejando en el núcleo un imán permanente débil. Este fenómeno se llama histéresis y el campo magnético restante se llama magnetismo remanente. La magnetización residual del núcleo se puede eliminar por desmagnetización.

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VI.

CONCLUCIONES



Entendemos que los imanes forman campos pero con gran intensidad esto lo hemos visto gracias a las limaduras de hierro



En este trabajo me pude dar cuenta lo que significa el fenómeno de electromagnetismo, sus usos, su historia y los científicos que lo han estudiado por años.

VII.

RECOMENDACIONES

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Utilizar con más cuidado los instrumentos de laboratorio puesto que un mal uso podría dañarlos y quedar inhabilitados.



Mantener el taller con gran g ran cuidado, orden y limpieza puesto que uno de estos materiales podría dañar algunos equipos.



Al momento de realizar un experimento como el que presentamos en este informe ser muy precavidos al momento de utilizar la Bobina ya que el cable que se usa es demasiado frágil.

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VIII.

BIBLIOGRAFIA

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Serway Volumen II (Electricidad y magnetismo/ Magnetismo  –   inducción electromagnética)

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Problemas resueltos de Electricidad y Magnetismo E.T.S.I.T. “Universidad de Las Palmas de Gran Canaria”.

PAGINAS WED (REFERENCIALES)



http://es.wikipedia.org/wiki/Inducci%C3%B3n_electromagn%C3%A9tica



http://www.monografias.com/trabajos72/campo-magnetico/campomagnetico.shtml#ixzz2jjv0d3mm



http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/magnet/induccion.html