Informee de Magnetismo

 

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS  (Uni ver sid si dad del P Pe er ú, Decana de América) 

FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRONICA Y ELECTRICA 

GUÍA DE LABORATORIO DE FISICA III: Practica III: Inducción Magnética y Transformadores Profesor:

Víctor Quiñones Avendaño 

Grupo: A –  A –  Turno:  Turno: 8:00-10:00

Integrantes: Medina Zapata, Luis Andres 18190148 Asmat Rivera, Luis Alberto 18190083 Poma Chamorro, Cielo Celeste Justa. 18190196 Urquizo Moreno, Alfredo Adrián 18190256 Tupac Dávila, Bruno Dario 18190198

06-2019

 

II.

FUNDAMENTO TEORICO:

La inducción electromagnética, es el fenómeno por el cual se produce corriente I en un conductor, debido a las variaciones del flujo magnético que la intercepta. Faraday hacia 1830 descubrió este fenómeno el cual se puede realizar  por la acción de un imán o por la acción de una una corriente. Disponga de una bobina para el caso de la figura fi gura 1.

En (a) el imán se mueve hacia la bobina produciendo una corriente eléctrica, denominada corriente inducida. En (b) el imán está en reposo, re poso, entonces no hay corriente. En (c) el imán se aleja de la bobina induciendo una corriente, pero en sentido contrario al caso (a). Si movemos el imán con mayor rapidez, la corriente será más intensa.

Lo anterior se explica asumiendo que cuando acercamos el polo norte del imán a la bobina, la cantidad de líneas que atraviesan la espira (flujo magnético) aumenta apareciendo una corriente inducida, la que cesa cuando detenemos el imán; es decir, la corriente dura sólo mientras hay variación de campo

 

 

LEY DE LENZ “El sentido de la corriente inducida es tal que tiende a oponerse mediante sus acciones electromagnéticas, a la causa que la produce”.  produce”.  

La corriente inducida I en la bobina es producida por una fuerza electromotriz elect romotriz (fem.) también inducida E. Por lo tanto usando la ley de Lenz podemos definir el sentido de la (fem.) inducida. Así en el ejemplo anterior al introducir el polo norte del imán. Para esto, en el extremo de la espira próximo al imán se debe formar un polo N, cuya repulsión debemos vencer realizando un trabajo que se transforma en corriente eléctrica (polo N frente al polo N). Por el contrario al sacar el imán la corriente inducida crea un campo magnético que atrae al imán, para vencer esta atracción hay que gastar trabajo que se transforma en corriente inducida de sentido contrario al anterior (polo N frente al polo S). Conociendo los polos de la bobina es posible conocer el sentido del corriente que circula sobre él.

FUERZA ELECTROMOTRIZ DE LA CORRIENTE INDUCIDA Experimentalmente Faraday encontró que la fem inducida depende solamente del número de espira de la bobina y de la velocidad vel ocidad con que varía el flujo magnético que la origina.

E =- M dø/dt

 M

: # de espiras

dø : La variación del flujo magnético dt : tiempo en que efectúa la variación

El signo negativo indica que la fem. Obtenida se opone a la variación del flujo que la origina

 

1. 

PROCEDIMIENTO

PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE LOS SOLENOIDES. Conecte el solenoide tal como indica el circuito de la figura 2, manteniendo la  posición relativa del solenoide y compás. Cierre la llave y anote la dirección en el cual el polo norte de la aguja es deflactada. Anote también la dirección de la corriente alrededor de la hélice que constituye el solenoide. (Invierta el sentido de la corriente corrient e y haga las mismas anotaciones.)

EL PRINCIPIO DEL ELECTROIMÁN

Coloque el solenoide en dirección este-oeste del compás de modo que la aguja no esté deflactada más de 10° con respecto al eje del solenoide cuando la llave está   abierta. Cierre la llave y anote la posición. Invierta la corriente y anote la posición de la aguja. Inserte ahora el tornillo de metal en el interior de la bobina. ¿Qué observa? F UERZA E LE CTRO CTROMO MOTRI TRI Z I NDU NDUCI CI DA

Conecte las terminaciones de un solenoide al galvanómetro como muestra la figura 3.

 

Examine la dirección en la cual el alambre de la bobina está arrollada. Induciendo el imán tal como se indica en la figura 3, anote la deflexión del galvanómetro, en cada caso (hacia arriba, hacia abajo y determine de qué modo en la figura fluye la corriente alrededor de la  bobina, es horario o antihorario). Mirando de arriba hacia abajo y moviendo el imán hacia adentro, se observa una deflexión en sentido horario en el galvanómetro,  produciendo lo contrario al alejar el imán. Al cambiar la rapidez del movimiento del imán se produce lo anteriormente pero con mayor intensidad. La polaridad producida en la bobina por la corriente inducida, se hallara con la regla de la mano derecha.

 

FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA ENTRE DOS CIRCUITOS Alinee dos solenoides de modo que sus ejes estén paralelos y los enrollamientos estén en la misma dirección, como se indica en la figura 4.

El solenoide conectado a una pila se denomina primario o inductor i nductor y el otro es el secundario o inducido. Con la llave cerrada mover la bobina primaria hacia atrás o hacia adelante como se hizo con el imán. Si la aguja del galvanómetro se reflecta demasiado reduzca la corriente en el  primario. Observe las direcciones de la corriente en el secundario y haga los diagramas similares al mostrado en cada uno de los diagramas debe indicar lo siguiente:

1) La dirección de la corriente en el primario 2) La dirección del movimiento del primario (hacia secundario) 3) La dirección de la corriente inducida en el secundario.

o desde

el

¿Qué sucedería si en lugar del primario se mueve el secundario?

Con la bobina primaria cerca de la secundaria, varíe la corriente en el primario  bruscamente, abriendo o cerrando el circuito. Observe la amplitud relativa de la deflexión de la aguja del galvanómetro. Registre sus observaciones en dos diagramas de un amanera similar a la sugerida anteriormente mostrando en estos casos cuando la llave ha sido cerrada y cuando ha sido abierta.

 

Transformadores Es una de las más importantes aplicaciones técnicas de la inducción. 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. Los transformadores sólo se pueden operar básicamente con corriente alterna. Entre las funciones que cumplen se encuentran:

Transmisión de energía Un transformador puede transportar energía, con pocas pérdidas, de un nivel de tensión a otro. Adaptación de tensión Un transformador convierte tensiones, es decir, transforma tensiones en otras mayores o menores.

Principio del transformador

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. Igualmente, de modo análogo se habla de:   

  Tensión primaria u1 y secundaria u2    Corriente primaria1 y secundaria i2     Número de espiras del devanado primario n1 y del secundario n2 

Los transformadores tienen como diversas formas. E En n enlos pequeños transformadores monofásicos, el que se muestra el ejemplo, ambos devanados se encuentran arrollados en un sólo lado del núcleo de hierro. Con esto se logra que el flujo magnético generado por una bobina se transmita casi por completo a la otra  bobina. Las líneas de campo se encuentran prácticamente dentro del núcleo, la dispersión es mínima y el circuito magnético se cierra a través de los otros lados exteriores. Si por el devanado primario circula una corriente, debido a la l a variación del flujo magnético en el tiempo, en el devanado secundario se inducirá una tensión. La relación entre las dos tensiones corresponderá a la existente entre el número de espiras de los devanados. Las corrientes, al contrario, tienen una relación r elación inversamente proporcional a la de los devanados:

Comportamiento

 

  El transformador no se puede considerar de ningún modo como un componente ideal, carente de dispersión y pérdidas. En la práctica se determinan pérdidas que se manifiestan en el calentamiento del transformador. Las causas de esto son:  

   

Pérdidas en los devanados debidas a la resistencia del alambre de cobre Pérdidas en el hierro debidas a corrientes parásitas y pérdidas por histéresis, causadas por la inversión magnética del hierro

Para reducir estas pérdidas, el núcleo del transformador se construye de capas de chapas individuales, aisladas entre sí. Esto evita considerablemente la formación de corrientes parásitas. La chapa del transformador se construye de material magnético ma gnético suave, con una curva de histéresis angosta. Las pérdidas resistivas son la causa especial de que la tensión secundaria del transformador con carga no permanezca constante, sino que descienda. Este Est e fenómeno se aprecia más en los transformadores pequeños, que poseen devanados de alambre de cobre delgado.

 

 

CUESTIONARIO: 1.  ¿Qué relación observa usted entre la conducta de un solenoide por el que pasa corriente y un imán de barra? Cuando las cargas eléctricas se mueven crean a su alrededor un campo m magnético. agnético. Al pasar la corriente eléctrica por un hilo las brújulas se orientaban perpendicularmente al hilo, de forma que las líneas del campo magnético son circunferencias concéntricas con el hilo. Si aahora hora el hilo por el que pasa la corriente se enrolla en forma de hélice para formar un solenoide el campo  producido por las distintas espiras se suma para dar un campo que sigue el eje del solenoide. Tenemos así prácticamente un imán con sus polos Norte y Sur en los ex extremos tremos de la hélice. Si dentro de ese solenoide metemos una un a barra de hierro (u otro material ferromagnético) los dominios magnéticos del hierro (en última instancia, los átomos de hierro) se orientan todos de acuerdo con ese campo magnético y se refuerzan los efectos y no hace falta que la corriente pase  por el hierro para que se produzca el campo magnético, basta con que el campo magnético pase  por el hierro para que sus dominios se orienten y se convierta en un imán, tal condición que se denomina saturación. Cuando el núcleo se satura, un mayor aumento de la corriente sólo  provocará un incremento relativamente pequeño del campo magnético. En algunos materiales, algunos dominios pueden realinearse por sí mismos. En este caso, parte del campo magnético original persistirá incluso después de que se retire la corriente, haciendo que el núcleo se comporte como un imán permanente. Este fenómeno, llamado remanencia, se debe a la histéresis del material.

 

2

2. Mencione por lo menos dos reglas prácticas para determinar la polaridad de un solenoide que lleva corriente eléctrica. Por fuera del solenoide las líneas magnéticas van del polo nort nortee al polo sur, y viceversa por dentro del esto puede detectarse por medio de una brújula. Para saber la polaridad de un solenoide con corriente se aplica la siguiente regla, llamada de manera que los dedos curvados apunten en sentido de la circulación de la corriente (Sentido convencional de + a --); El pulgar extendido apuntara en el sentido del campo interno del polo sur al polo norte. Si en vez de considerar el sentido convencional se considera el real (de –  (de –  a  a +), la regla anterior se aplicará con la mano izquierda.

  Por aplicación de la regla de Ampere.



  Por la regla de la palma de la mano derecha.



 



Se introduce la barra en el e l extremo Norte y si el solenoide está en Norte el sentido de la corriente es antihorario, cuando se saca la barra su extremo cambia de Norte a Sur se  produce corriente en sentido horario.

 



La corriente eléctrica aumenta cuando los polos son iguales, y esta disminuye cuando los  polos son diferentes.

3. ¿Qué efecto produce la inserción de una varilla metálica en el interior de una bobina

que lleva una corriente eléctrica? ¿Cómo sería la configuración de las líneas de fuerza magnética?  Al conectar el solenoide a una batería, la corriente que circula por sus espiras establece un campo magnético en puntos tanto del interior como la parte exterior de la bobina, el campo magnético de un solenoide muestra una configuración muy parecida a la de un imán en forma de  barra es decir posee las mismas propiedades magnéticas de un imán.

 

2 Al acercar el extremo del solenoide al polo sur de imán y aplicando la regla de la mano derecha a una espira del otro extremo del solenoide, determinará el sentido del campo magnético en su interior, si el extremo es Norte las líneas de inducción son salientes y por consiguiente el

extremo donde se acercó el imán es el polo Sur entonces el imán será repelido al acercar su polo sur a dicho extremo del solenoide. 4. Usando la ley de Lenz indique el sentido de la corriente y la polaridad en el solenoide

de la figura 3 cuando el imán se aleja.   Cuando se nueve un imán hacia la espira en reposo, se induce una corriente en la dirección mostrada. Esta corriente inducida genera su propio campo, que se dirige a la derecha dentro de la espira, para contrarrestar la disminución del flujo externo. Cuando se aleja el imán de la espira conductora en reposo, se induce una corriente en la dirección mostrada.

5. De la figura 4 con la llave ccerrada errada y con la idea de que el flujo magnético en el secundario aumenta o disminuye a medida que acercamos o alejamos el primario. Anuncie una regla para determinar la polaridad en el inducido. Se puede observar la aparición de una fuerza electromotriz inducida en un circuito. En el momento en que se cierra la llave se establece una corriente en la bobina del primario y el galvanómetro indica la existencia de una corriente inducida en la bobina secundaria. En tanto la llave permanezca cerrada, y exista una corriente constante en el p primario rimario no se observará corriente inducida en el secundario. La corriente que circula por la espira primaria puede ser variada por medio de una resistencia ajustable y cuando esto sucede el campo de inducción magnética producida por una corriente también varía, por lo tanto también también es variable el flujo magnético que atraviesa la espira secundaria induciéndose de este modo una fuerza electromotriz.

 

2

CONCLUSIONES: Con lo desarrollado y observado en esta práctica de laboratorio, nuestro grupo llegó a las siguientes conclusiones: A través de un cable por donde circula corriente eléctrica, también produce un campo magnético.

Una bobina en el cual se hace circular corriente eléctrica, llega a comportarse como un imán y se puede identificar su polo norte y sur. Hemos observado el comportamiento de los imanes temporales (tal es el caso del hierro) que se comportan como tales solo cuando reciben la influencia de otro campo magnético. La ley de inducción nos dice que podemos generar corriente eléctrica a través de un campo magnético. Se observó en los experimentos que la corriente eléctrica puede generar a través de un campo magnético VARIABLE. La polaridad que toman los electroimanes al ser conectados viene determinada por la regla de ampere, la intensidad magnética puede no modificarse con variar la intensidad de corriente de oxidación. La inducción electromagnética nos indica que al mover un imán junto a un circuito se engendra en este una corriente. La intensidad de la corriente inducida es tanto tan to mayor cuanto más rápido es el movimiento del imán. En todo circuito cerrado, colocado en un campo magnético de modo que este atravesado por un flujo variable se engendra una corriente inducida cuyo sentido es tal que engendra líneas de fuerza que tienden a oponerse a las variaciones de flujo.

 

2 Al aumentar el flujo el número de líneas de fuerza que atraviesa la espira aumenta.