informe 9 fisica 3.docx

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, Decana de América)

FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA, MINERA, METALURGICA, GEOGRAFICA Y CIVIL ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MINAS

INFORME TEMA:

Electromagnetismo e inducción magnética CURSO

:

LABORATORIO DE FISICA III

PROFESOR ALUMNOS

: :

-

Vento Flores Jaime Jara Rios Javier Castillo Roque Gustavo Huaranga Yantas Brayan Esleyter M. Riveros Ramirez

LIMA – PERÚ

2015

ÍNDICE Pág.

Laboratorio de Física III

INTRODUCCIÓN ……………………………………………………………………………… MONTAJE EXPERIMENTAL

02

………………………………………………………………… 02 CONCLUSIONES ………………………………………………………………………………

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BIBLIOGRAFIA ………………………………………………………………………………….. 13

UNMSM – FIGMMG – Ing. Minas

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Laboratorio de Física III

INTRODUCCION: En este laboratorio en la primera parte se pondrá en práctica el uso de los transformadores que

Se puede encontrar en todos los tamaños, como transformador de alta tensión, en la transmisión de energía, o como transformador de baja tensión, prácticamente, en todos los aparatos que se alimentan con la tensión de la red. Por lo general, los transformadores constan de devanados acoplados magnéticamente. Se diferencia entre el devanado primario, es decir, el que consume potencia eléctrica, y el devanado secundario, es decir, el que entrega potencia eléctrica. En la segunda parte se hablara sobre los relés magnéticos que es un dispositivo electromecánico. Funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes. En la última parte se hablara sobre los interruptores magnéticos, se observará el funcionamiento de un interruptor de láminas. Para esto se montará un circuito eléctrico con una lámpara, que se encenderá y apagará por medio de un interruptor de láminas cuando un campo magnético actúe sobre el interruptor. 1. Transformador sin núcleo y con núcleo

Se estudiará la transmisión de energía en un transformador con y sin núcleo de hierro y se conocerá el efecto importante que tiene dicho componente.

Monte el siguiente arreglo experimental.

Abra el instrumento virtual generador de funciones pulsando sobre la imagen del instrumento. Realice los siguientes ajustes:

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

Forma de la curva SINUS



Frecuencia en 500Hz

Laboratorio de Física III



Amplitud 1:1 y 100%

Active el botón POWER y observe la luminosidad de la lámpara. Apague de nuevo el botón POWER del generador de funciones. Pulse a continuación STEP2, en la animación, y complemente el transformador, como se indica, con el núcleo de hierro.

Conecte de nuevo el generador de funciones y observe la luminosidad de la lámpara. ¿Cómo se comporta la lámpara en el devanado secundario de un transformador con y sin núcleo?  Con el núcleo, la lámpara se enciende. ¿En el transformador, qué influencia ejerce un núcleo de hierro sobre la transmisión de energía?  El núcleo de hierro procura un buen acoplamiento magnético entre el devanado primario y secundario.  La mayor parte de las líneas del campo magnético pasan por el interior del núcleo de hierro,  Gracias al núcleo de hierro, el flujo magnético generado por el devanado primario se conduce a través del secundario. 2. Relación de trasformación Se aplicará una tensión alterna al transformador; se medirá con el voltímetro la amplitud de las tensiones primarias y secundarias y se calculará la relación de transformación. Monte el siguiente arreglo experimental: UNMSM – FIGMMG – Ing. Minas

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Abra el instrumento virtual voltímetro A pulsando sobre la imagen. Realice los siguientes ajustes: 

Rango: 5 V, DC



Display digital



Conmutador giratorio en RMS (valor eficaz)

Abra el instrumento virtual voltímetro B pulsando sobre la imagen. Realice los siguientes ajustes: 

Rango: 2 V, DC



Display digital



Conmutador giratorio en RMS (valor eficaz)

Abra el instrumento virtual generador de funciones pulsando sobre la imagen. Realice los siguientes ajustes: 

Forma de la curva SINUS



Frecuencia 50Hz



Amplitud 1:1 y 25%

Conecte el generador de funciones accionando el botón POWER Leímos ambos instrumentos y transferimos los valores: Voltímetro A: tensión primaria UPRIM = 1.79 V. Voltímetro B: tensión secundaria USEC = 0.75 V. UNMSM – FIGMMG – Ing. Minas

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Variamos el número de espiras del transformador n1 = 400, n2 = 200. La animación STEP2 muestra la manera de hacerlo.

Leímos ambos instrumentos y transferimos los valores: Voltímetro A: tensión primaria UPRIM = 1.78 V. Voltímetro B: tensión secundaria USEC = 0.78 V.

Calculamos: Tensión primaria/ tensión secundaria: UPRIM / USEC= 2.282 Espiras del primario/ espiras del secundario n1 / n2= 2

¿Cuál afirmación sobre la relación de transformación del transformador es correcta?

 El número de espiras Las tensiones se comportan casi de igual manera que…. correspondiente ¿Por qué razón, la tensión de salida es menor que lo esperado de acuerdo con la relación entre el número de espiras de los devanados?

 Porque el flujo magnético de dispersión hace que disminuya el flujo del devanado secundario.  Porque el núcleo desarmable tiene un entrehierro muy grande, y esto hace que se presente flujo de dispersión.

3. Transformador de carga

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Se aplicará una carga a un transformador y se medirá la tensión del secundario, mientras se aumenta la carga. Los valores medidos se anotarán en una tabla y se representarán gráficamente. Monte el siguiente arreglo experimental.

Abra el instrumento virtual voltímetro A pulsando sobre la imagen. Realice los siguientes ajustes:  Rango: 5 V, DC  Display digital  Conmutador giratorio en RMS (valor eficaz)

Abra el instrumento virtual voltímetro B pulsando sobre la imagen. Realice los siguientes ajustes:  Rango: 2 V, DC  Display digital  Conmutador giratorio en RMS (valor eficaz)

Abra el instrumento virtual generador de funciones pulsando sobre la imagen. Realice los siguientes ajustes:  Forma de la curva SINUS  Frecuencia 50Hz  Amplitud 1:1 y 40%

Conecte el generador de funciones accionando el botón POWER. UNMSM – FIGMMG – Ing. Minas

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Cargue el transformador con los valores de resistencias indicados en la tabla. En la animación sólo se muestra el primer caso, esto es, una carga de 100  Los otros casos se obtienen conectando en serie y en paralelo las dos resistencias de 100  . El valor 9999 representa el caso a circuito abierto, es decir, sin carga. El valor de 10  se obtiene aproximadamente con la lámpara. Lea los valores medidos en el voltímetro B y anótelos en la tabla.

Compare los valores medidos representados en su diagrama con la siguiente selección. ¿Cuál diagrama es correcto?

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¿Cuál afirmación sobre un transformador es correcta?  La tensión de salida aumenta cuando la carga resistiva disminuye. Cuestionario sobre el transformador 1

¿En qué se distinguen el devanado primario y el secundario del transformador? Responda.

 El devanado primario consume potencia. 2

¿Cómo se comportan la tensión y la corriente en un transformador por cuyo devanado primario circula corriente alterna? Responda.

 Las tensiones primaria y secundaria se comportan de igual manera que el número correspondiente de espiras de los devanados.  Las corrientes primaria y secundaria se comportan de manera inversa al correspondiente número de espiras de los devanados. 3

Los transformadores no son componentes ideales en la práctica mencione los problemas que presentan.    

Calentamiento debido a las pérdidas Pérdidas en el hierro del núcleo debido a corrientes parásitas. Pérdidas en los devanados debido a la resistencia del alambre de cobre. Mal acoplamiento entre los devanados debido a la dispersión.

4 En un transformador con carga resistiva ¿Qué ocurre con la tensión?  La tensión del secundario disminuye. I.

RELEES MAGNÉTICOS

1. Fundamento Teórico En 1837, cuando Samuel Morse pudo hacer funcionar su telégrafo de registro de señales, desarrollado con el electroimán creado por J. Henry en 1824, fue el momento en el que nació el relé. Su nombre se deriva del francés y al comienzo se utilizó en las comunicaciones para la retransmisión de mensajes, de modo similar a las estaciones de relevos (relais) propias de la época en que el correo era transportado por diligencias tiradas por caballos. En la era de los bits y los Bytes se podría pensar que los relés electromecánicos estarían pasados de moda. Pero en la realidad, hoy en día se fabrican más relés que nunca antes. El relé es, en principio, un conmutador que, con una corriente eléctrica de muy baja potencia, acciona contactos conmutadores que pueden conectar potencias mayores.

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Los relés existen en muchas formas: 

estable o monoestable (regresan a la posición inicial)



biestables, conocido también como conmutador de control remoto



con diferentes cantidades de contactos de conmutación



relés temporizadores (excitación o des excitación con retardo)



para diferentes tensiones de mando



para diferentes corrientes de conmutación

El principio de un relé es bien sencillo. Pulse el botón ON de la animación y observe lo que sucede. Sobre un aislante (verde) y un núcleo de hierro se encuentra arrollada una bobina. Si al conectar el relé, la corriente circula por la bobina, se genera un flujo magnético, cuyas líneas transcurren básicamente a través del núcleo de hierro. El circuito magnético se cierra a través del hierro exterior y la armadura que se puede ver arriba. El campo magnético produce una fuerza de atracción sobre una armadura. En la armadura se encuentran los contactos de conmutación fijados con aislante. La armadura es móvil y la fuerza de atracción magnética la desplaza hacia la bobina con núcleo de hierro. Los contactos se accionan debido al movimiento de la armadura, el circuito eléctrico principal se cierra y la lámpara se enciende. De la misma manera se puede construir un interruptor o un conmutador. Al suspenderse la corriente de excitación, en los relés monoestables, la fuerza de un resorte procura que el contacto retorne a su posición inicial. 2. Conectar el Relee Se aplicará una tensión al devanado de excitación del relé. Con el contacto de conmutación se encenderá una lámpara en el circuito eléctrico principal. Monte el siguiente arreglo experimental. Abra y cierre varias veces la última conexión y observe lo que sucede (también dentro del relé). ¿Qué sucede después de que el relé se conecta a la tensión de alimentación?  El relé emite un sonido de “clic”  La lámpara se enciende  El inducido con los contactos se mueve

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3. Punta de Inducción Se conectará y desconectará el relé y se observará lo que sucede al desconectarlo. A continuación se repetirá el experimento con el diodo de vía libre y se advertirá la diferencia. Monte el siguiente arreglo experimental. Abra y cierre varias veces la conexión con la alimentación de tensión de 5V y observe el comportamiento de la lámpara fluorescente. Nota: La lámpara se utilizará solamente como indicador de "alta tensión". La lámpara se enciende sólo a aprox. 110 V, por debajo de esta tensión permanece oscura. ¿Cómo se comporta una lámpara de efluvios conectada en paralelo al devanado excitador del relé?  Se ilumina al momento de desconectar la tensión ¿Cuál es la razón para que la lámpara conectada en paralelo al devanado de excitación del relé se ilumine brevemente?  Autoinducción al desconectar la corriente  Disipación de la energía electromagnética almacenada  La tensión es mayor a 110 v por un breve instante Incluya el diodo de vía libre y repita el experimento. La animación muestra la manera en que se debe conectar el diodo por medio de un puente; pulse sobre el botón con el diodo para observarlo.

 ¿Cómo se comporta una lámpara de efluvios conectada en paralelo al devanado de excitación del relé con diodo de vía libre?  No se enciende nunca ¿Cuál es la razón de la ausencia de una punta de inducción al desconectar un relé con diodo de vía libre?  La corriente puede continuar circulando brevemente en el devanado de excitación  Disipación de la energía electromagnética almacenada en el circuito del diodo de vía libre

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4.Experimento de interruptor de láminas Se observará el funcionamiento de un interruptor de láminas. Para esto se montará un circuito eléctrico con una lámpara, que se encenderá y apagará por medio de un interruptor de láminas cuando un campo magnético actúe sobre el interruptor. Monte el siguiente arreglo experimental. Saque de su soporte los dos imanes permanentes. Pase uno de los imanes cerca del interruptor de láminas y observe el comportamiento del interruptor cuando se pasa el imán en diferentes posiciones, como se describe a continuación: 

Vertical: polo norte hacia abajo



Vertical: polo sur hacia abajo



Horizontal: polo norte hacia la izquierda



Horizontal: polo sur hacia la izquierda

¿Cuáles afirmaciones sobre los puntos de conmutación se confirman con el experimento? a) Si un polo pasa cerca del interruptor de láminas, aparece un punto de conmutación. b) Si el imán pasa horizontalmente, cerca del interruptor de láminas, aparece un punto de conmutación. c) Si el imán pasa horizontalmente, cerca del interruptor de láminas, aparecen dos puntos de conmutación. d) Si un polo pasa cerca del interruptor de láminas, aparecen dos puntos de conmutación.

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2.- ¿Relaciona el interruptor de láminas con mayor sensibilidad (incluso con distancias mayores) cuando se acerca el imán vertical u horizontalmente? Explique detalladamente

 En el experimento se pudo observar que es más sensible al acercar el imán horizontalmente. 5

Cuestionario

El polo sur de un imán pasa delante del interruptor de láminas. 1. ¿Cuántos puntos de conmutación aparecen?  Aparecen dos puntos de conmutación. 2. ¿Qué aplicaciones tiene el interruptor de láminas (reed)?  El interruptor de láminas tiene las siguientes aplicaciones: - Registro de posiciones sin contacto. - Miniinterrruptores encapsulados que puedan operar en ambientes difíciles.

II.

BIBLIOGRAFIA

 Física. Electricidad para estudiantes de Ingeniería. Notas de clase. Darío  Castro. Ediciones Uninorte.  SEARS, Francis W. ZEMANSKY, Mark W, YOUNG; Hugh D; FREEDMAN, Roger A; física universitaria con física moderna. Undécima edición, México: Pearson Educacion 2005  PAUL TIPLER Volumen 2  Electromagnetismo de SADIKU

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