Laborotario, el ladrón de joule

Laboratorio:

El ladrón de Joule

Integrantes: Vasti Lefiqueo Vicente Riquelme Curso: 4°JMC Fecha de entrega: 25/08/2016 Subsector: Física Profesora: María Eugenia González

Índice: Portada Índice Objetivo Introducción Marco teórico Hipótesis Desarrollo experimental     

Materiales Procedimiento Observaciones Fotografías Resultados

Análisis Conclusión Bibliografía

Página 1 Página 2 Página 2 Página 2 Página 3 Página 4 Páginas 4 y 5     

Página 4 Página 4 Página 4 Página 5 Página 5

Página 6 Página 6 Página 7

Objetivo: Construir un objeto que represente el ‘ladrón de joule’, investigar sobre él, comprender su funcionamiento y elaborar un informe que explique el funcionar de este objeto fundamentada mente y responder una serie de incógnitas acerca de este mismo

Introducción: El problema a investigar es este informe es si es posible encender un led con un voltaje de entrada menor que el necesario, en otras palabras, ver si es posible prender un led de 2 volt con una pila de 1,5 volt y de poderse realizar tal hazaña con este circuito, explicar por qué fue posible prenderlo siendo que el voltaje era menor que el necesitado. El informe también mostrará cómo se construyó el ladrón de joule y responderá una serie de preguntas que explicarán como el objeto realiza su función.

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Marco teórico: ⃗⃗ Campo magnético 𝑩 •

⃗ en una región del espacio si una carga que se mueve ahí experimenta una fuerza Existe un campo magnético 𝐵 (diferente a la fricción) debida a su movimiento en la práctica se detecta por el efecto que produce en una brújula.  La intensidad del campo magnético se mide en una unidad llamada tesla (T) ⃗ es el gauss (G), donde 𝟏𝑮 = 𝟏𝟎−𝟒 𝑻  En el sistema c.g.s. la unidad de ⃗𝑩

El Toroide •

Es un ‘anillo’ de material ferromagnético que posee un material conductor que da vueltas circularmente alrededor de él (espiras).

•

El toroide tiene en su interior un campo magnético que forma una serie de círculos concéntricos. La fuerza que tenga este campo magnético dependerá del número de espiras que tenga el toroide en su cuerpo. En el exterior del toroide su campo magnético es nulo. La obtención del campo magnético interior del toroide es un buen ejemplo de la ley del alcance de la Ley de Ampere. La corriente delimitada por la línea de puntos, es exactamente el número de vueltas por la corriente en cada una de ellas. Por lo tanto la ley de Ampere nos da el campo magnético por:

• •

 Los toroides son dispositivos muy útiles que se utilizan en las telecomunicaciones, dispositivos médicos, instrumentos musicales, en cabezales de cinta, en los tokamaks, etc.

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Hipótesis: Según como se ve a simple vista no será posible prender el led, debido a que el voltaje de la pila es solo de 1,5 volt y el que necesita el led es 2 volt (hacen falta otros 0,5 volt para prenderlo), por lo que hará falta que se coloque otra pila en serie para que se pueda prender el led.

Desarrollo Experimental: Materiales:        

Cautín (Con estaño y pasta para soldar) 2 pilas AA 2 trozos de 1mt de cable de distinto color 1 led de 2 volt blanco 1 transistor 2n2222 1 resistencia de 1kΩ Toroide de ferrita Tester

Procedimiento: 1. Enrollar al toroide dos cables de distinto color (de forma intercalada) alrededor del toroide (dando 10 vueltas con cada uno), dejar un cable más largo con el que se darán 5 vueltas más. Dejar un trozo de cacle con el que se darán aproximadamente 20 vueltas más. 2. Unir las dos piezas con que se comenzó y soldar estas dos a un cable, el que irá al polo positivo de la fuente (la pila AA) 3. El cable con las vueltas adicionales se unirá al polo positivo del led y al transistor, el cable más corto que aún está libre se unirá al resistor y el resistor a la ‘patita’ intermedia del transistor, la salida restante del transistor se unirá al polo negativo del led y al polo negativo de la pila de 1,5 volt. o Todas las uniones deben soldarse, menos la del cable más largo (porque posteriormente se darán más vueltas con él) 4. Medir voltajes de salida y comprobar si el led puede prende con la pila de 1,5 volt. 5. Luego dar 5 vueltas más al toroide con el cable que quedo más largo y medir el voltaje, repetir dos veces más este proceso y registrar los voltajes.

Observaciones:     

A modo de prueba se coloca una pila y el led (sin el ladrón), como se esperaba el led no prendió, con dos pilas en serie, si lo hizo. Una vez construido el circuito y conectada la pila de 1,5 volt el led si prende y registra 2,11 volt de salida Dando 5 vueltas más (10 adicionales en total) da un voltaje de 2,21 volt Dando otras 5 vueltas más (15 adicionales en total) da un voltaje de 2,29 volt Dando, finalmente, 5 vueltas más (20 adicionales en total) da un voltaje de 2,35 volt

 Se deduce que a mayor cantidad de vueltas del cable más largo, mayor es la cantidad del voltaje de salida

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Desarrollo Experimental: Fotografías: 1 pila, marcando 1,5 volt

2 pilas, marcando 3 volt

1 Pila , conectada directamente al led, marca 1,52 volt (led apagado)

Ladron de joule con una pila, marca 2,11 volt (led encendido)

Resultados: N° de pilas en serie

N° de vueltas adicionales Voltaje de del cable más largo entrada

Voltaje de salida

Estado del led (Encendido o Apagado)

(alrededor del toroide) 1

0 (directamente, sin el circuito)

1,5

1,5

Apagado

1

5

1,5

2,11

Encendido

1

10

1,5

2,21

Encendido

1

15

1,5

2,29

Encendido

1

20

1,5

2,35

Encendido

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Análisis: 1. ¿Qué sucede al aumentar el número de vueltas al alambre de mayor longitud? R: Al aumentar el número de vueltas del cable de mayor longitud, alrededor del toroide, aumenta el voltaje de salida del circuito, haciendo posible que se pueda prender el led, con lo que se puede deducir que a mayor número de vueltas alrededor del toroide, mayor es el voltaje de salida.

2. ¿Qué sucede si conectas directamente el led a los terminales de la pila? ¿Enciende o no? ¿Por qué? R: Al conectarlo directamente a una pila no enciende, no prende debido a que el voltaje de la pila es solo de 1,5 volts y el necesario para prender el led es de 2 volts, por lo que hacen falta 0,5 volts más para poder prender el led.

3. ¿Cuántas pilas AA en serie se necesitan para encender el led? R: Todo depende del voltaje del led, en este caso se necesitarían dos pilas debido a que el voltaje de cada pila AA es de 1,5 volt y al estar en serie se suman (en total 3 volt), y el voltaje necesario del led es de 2 volt, por lo que el led debería prender con dos pilas en serie, sin necesidad de este circuito (el circuito del ladrón de joule)

4. ¿Qué función cumple la resistencia y el transistor en el circuito? R: La función que cumple la resistencia en el circuito es mantener un voltaje estable y dentro del límite del transistor, en pocas palabras, evitar una subida de tensión para que no se queme el transistor. Y la función del transistor es funcionar de amplificador de voltaje y corriente, la corriente se utiliza para formar un campo magnético alrededor del toroide (así se disipa) y el voltaje se ‘utiliza’ para realizar algún trabajo, en este caso, prender el diodo led

5. ¿Están en condiciones de validad su hipótesis? ¿Por qué? R: No, porque solo se necesitó una pila AA y el circuito para prender el led, debido a que el circuito aumentó el voltaje de salida hasta más de 2 volt, pudiendo encender el led, con una pila de 1,5 volt.

Conclusión En el desarrollo de este laboratorio se descubrieron las propiedades que posee el toroide (su campo magnético nulo en su zona exterior) y la función que cumple el transistor en este circuito (aumentar el voltaje), también se pudo comprobar que si es posible aumentar el voltaje, gracias al ladrón de joule y que el voltaje depende del cantidad de vueltas que se le den a los cables alrededor del toroide, ya que a mayor cantidad de vueltas, mayor es el voltaje de salida, lo que se pudo comprobar gracias al led, que necesitaba más de 2 volt para prender y que solo con la pila de 1,5 no prendió, pero con el ladrón de joule conectado si lo hizo, incluso marcó un voltaje de más de 2 volt.

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Bibliografía 

Información sobre el ladrón de joule http://ingenio-triana.blogspot.cl/p/ladron-de-julios.html

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Información del marco teórico sobre el toroide http://es.slideshare.net/Patty-15/solenoide-y-toroide

 Algunos datos sobre el campo magnético y unidades del campo magnético provienen del documento en moodle http://moodle.lboriente.cl/mod/resource/view.php?id=1359

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