informe de induccion electromagnetica

8/17/2019 informe de induccion electromagnetica

1/17

Practica #4: Inducción electromagnética

Objetivo General:

- Comprender 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.

Objetivos Específicos:

1. Comprender cómo 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 fuera electromotri

inducida en la segunda bobina.

Euipos utili!ados:

!enerador de "e#ales $onda sinusoidal%& ca'as de sustitución de resistencias&

bobinas de diferente n(mero de vueltas& barras metálicas& digitaliador )A"C*

+, y detectores de volta'e

Procedimiento:

"Parte $%mero de vueltas variable:

"e arma el circuito de la figura 1& colocando en el canal A y el detector de

volta'e& en la canal A se coloca la bobina primaria $/1% y en el la secundaria $/2%.

"e colocan dos bobinas con igual n(mero de vueltas $0 % de modo que estén

contacto $d %. "e establece en la fuente una frecuencia de 1 3 y m4nimo

volta'e .5n la interface del 6ata"tudio se pulsa la tecla !rabar para iniciar el

registro de datos. /uego se aumenta gradualmente el volta'e de la fuente 7asta el

má8imo permitido por la perilla. Al llegar al tope de la perilla de volta'e& se presiona

la tecla 6etener y se ba'a el volta'e de la fuente al m4nimo. "e cambia la bobina

primaria& por la bobina con 2 vueltas y se repite todo el procedimiento anterior&

en la misma gráfica& de tal forma que se pueda comparar los resultados. )or

(ltimo se repite el procedimiento para la bobina de 19 vueltas y también

cambiando la bobina secundaria y de'ando la primaria en vueltas.


2/17

Figura 1. Circuito de inducción mutua

Fuente. :anual de prácticas de laboratorio de F4sica !eneral ;

"Parte & $%cleo de 'ierro:


3/17

"Parte ( distancia variable:

"e retira la barra metálica y se cambia la bobina primaria por la de 19 vueltas y

la secundaria por la de ;2 vueltas. Con las bobinas en contacto& registre los

datos de inducción en todo el rango de volta'e que proporciona la fuente. "eseparan las bobinas de modo que 6 2 cm y se registran los datos en la

gráfica ."e repite el procedimiento de toma de datos para separaciones de & 9 y +

cómase vuelve a colocar la barra metálica. "e busca la página con una nueva

gráfica y se repite todo lo anterior para las distintas distancias $de a + cm%. ."e

procede a tabular en el programa 58cel lo siguiente> en una columna los valores

de 6 y en otra columna los valores de inducciones 7acen dos con'untos& uno para

el caso sin barra y otro para el caso con barra.

"Parte ) circuito magnético:

"e utilian las bobinas de la parte C& con las bobinas colocadas en cada una de

las configuraciones de la figura ;& se registran todos los datos de inducción en

todo el rango de volta'e que proporciona la fuente

Figura ;> obinas con barras metálicas de diferentes formas> barra 7oriontal& < y

rectangular.

Fuente> :anual de prácticas de laboratorio de F4sica !eneral ;

*arco teórico:

5n la actualidad la mayor4a de aparatos o dispositivos modernos& que abarcan

desde cosas sencillas como taladros eléctricos 7asta dispositivos más comple'os

como lo son las computadoras o los motores eléctricos& tienen en com(n que


4/17

todos están compuestos circuitos eléctricos. "i bien como la palabra lo dice que

son circuitos eléctricos y que por deducción se puede decir que funcionan a base

de electricidad& esta puede ser administrada de varias maneras $seg(n "ears y

?emans@y &21;% menciona> )ara que una corriente fluya en un circuito requiere

de una fuera electromotri y casi siempre se da por un 7ec7o que es una bater4a.

)ero para la gran mayor4a de aparatos electrónicos que se usan en la industria y

en el 7ogar & la fuente de fuera electromotri no es una bater4a & sino una estación

generadora de electricidad & la cual produce energ4a eléctrica convirtiendo otras

formas de energ4a> energ4a potencial gravitacional en una planta 7idroeléctrica &

energ4a qu4mica en una planta termoeléctrica que consume carbón o petróleo y

energ4a atómica en una central nucleoeléctrica & )ero Bcómo se realia esta

conversión de la energ4a /a respuesta es un fenómeno conocido como inducción

electromagnética $p.D,E%. Antes de propiamente mencionar lo que es la

inducción electromagnética 7ay que ver primeramente como fue que se descubrió.

/a persona que descubrió esta interacción entre electricidad y magnetismo fue

:ic7ael Faraday& /as e8periencias que llevaron a Faraday al descubrimiento de la

inducción electromagnética pueden ser agrupadas en dos categor4as> e8periencias

con corrientes y e8periencias con imanes. "eg(n $!arc4a& 21;% :enciona que>

5n primer lugar preparó dos solenoides& uno arrollado sobre el otro& pero aislados

eléctricamente entre s4.


5/17

lado y su desplaamiento era tanto mayor cuanto más rápido era el movimiento

del imán entrando y saliendo en el interior de la bobina. /o mismo suced4a cuando

manten4a quieto el imán y mov4a la bobina sobre él..

Fue gracias a estos e8perimentos que se logró a llegar a lo que se conoce como

/ey de Faraday. "eg(n $"ears y ?emans@y& 21;% la ley de inducción establece

que en un circuito la magnitud de la fuera electromotri inducida es igual a la

rapide con que el flu'o magnético a través de este circuito cambia con el tiempo

$p.D9%. 5ste enunciado puede ser simplificado por una segunda ley conocida

como /ey de /en& este aporte fue gracias al cient4fico ruso /en quien reprodu'o

de forma independiente muc7os de los descubrimientos de Faraday. /a ley de

/en seg(n $"ears y ?emans@y& 21;% establece que el flu'o de campo magnético

debido a la corriente inducida se opone al cambio de flu'o que produce a dic7a

corriente inducida. $p.D9E%.

/a representación de la influencia magnética de un imán o de una corriente

eléctrica en el espacio que les rodea mediante l4neas de fuera fue ideada por

Faraday y aplicada en la interpretación de la mayor parte de sus e8perimentos

sobre electromagnetismo. :ediante este tipo de imágenes& seg(n $!arc4a& 21;%

menciona que /a noción de flu'o magnético recoge esa tradición iniciada por

Faraday de representar los campos mediante l4neas de fuera& pero a#ade&

además& un significado matemático. 6e a74 que la inducción electromagnética

traba'a principalmente con lo que se conoce como flu'o magnético& el cual es una

cantidad escalar que indica el n(mero de l4neas de campo magnético que crua

una superficie.

/a corriente alterna se caracteria porque su sentido cambia alternativamente con

el tiempo. 5llo es debido a que el generador que la produce invierte

periódicamente sus dos polos eléctricos& convirtiendo el positivo en negativo y

viceversa& muc7as veces por segundo.. G a su ve seg(n $=#a@i& 21% 5n las

primeras e8periencias de Faraday las corrientes inducidas se consegu4an variando

el campo magnético H no obstante& es posible provocar el fenómeno de la


6/17

inducción sin desplaar el imán ni modificar la corriente que pasa por la bobina&

7aciendo girar ésta en torno a un e'e dentro del campo magnético debido a un

imán. 5n tal caso el flu'o magnético var4a porque var4a el ángulo. asados en lo

anterior y usando la definición de flu'o magnético se puede deducir que este puede

variar ya sea cambiando el área limitada por el conductor& variando la intensidad

del campo magnético o variando la orientación entre ambos dada por el ángulo& lo

cual se tratara de demostrar más adelante. 5s gracias a todo esto 'unto que se

derivan dos aplicaciones que se conocen como el alternador y la dinamo.

5l alternador seg(n $0atureeduca& 2D% consiste en una espira plana que gira a

velocidad angular constante en el seno de un campo magnético uniforme creado

por imanes permanentes. /os e8tremos de la espira están conectados a dos

anillos que giran solidariamente con esta.


7/17

norte o sur creando en ella como una especie de código de barras formado por

onas imantadas& algo as4 como peque#os imanes. "eg(n la polaridad de cada

part4cula serán ceros o unos a la 7ora de leer esa banda. Cuando se 7ace pasar la

tar'eta a través del lector de tar'eta& la banda en movimiento ba#a los circuitos del

lector con un campo magnético variable que induce corrientes en los circuitos.

5stas corrientes transmiten la información de la banda al banco del titular de la

tar'eta. .

*tro uso que la mayor4a de población le da a la inducción electromagnética pero

no se dan cuenta es en los transformadores& 5stos seg(n $Arboit& 211%


8/17

Figura > Armado de un transformador de inducción electromagnética

Fuente> !oogle

)or (ltimo la inducción electromagnética as4 como se indicó al principio está en

prácticamente todos los aparatos que conllevan circuitos eléctricos como

!eneradores &:otores &:icrófonos &Jransformadores & )arlantes &)astillas de

guitarra eléctrica & Ciertas estufas eléctricas & obinas de televisores& aparatos de

carga de los celulares y de las computadores & motores eléctricos & etc.

+rabajo Previo

,- (alcule el auto inductancia de un solenoide largo . recto

"i suponemos que el solenoide es muy largo y estrec7o& el campo esapro8imadamente uniforme y paralelo al e'e en el interior del solenoide& y es nulo

fuera del solenoide. 5n esta apro8imación es aplicable la ley de Ampere.

Con la siguiente región>

)ara determinar el campo magnético& aplicando la ley de Ampere& tomamos un

camino cerrado AC6 que sea atravesado por corrientes. /a circulación es la

suma de cuatro contribuciones& una por cada lado.

/a contribución a la circulación del lado A es cero ya que son perpendiculares& lo

mismo ocurre en el lado C6. 5n el lado 6A la contribución es cero& ya que el

campo en el e8terior al solenoide es cero. 5n el lado C& el campo es constante y

paralelo al lado. "i 7ay 0 espiras en la longitud / del solenoide en la longitud 8

7abrá 08K/ espiras por las que circula una intensidad i. )or tanto& la ley de AmpLre

se escribe para el solenoide>


9/17

/- Indiue la relación entre la inductancia mutua . las inductancias de dos

solenoides cercanos

"e llama inductancia mutua al efecto de producir una fuera electromotri en una

bobina& debido al cambio de corriente en otra bobina acoplada. /a fuera

electromotri inducida en una bobina se describe mediante la ley de Faraday y su

dirección siempre es opuesta al cambio del campo magnético producido en ella

por la bobina acoplada. 5sto comparándolo con la inductancia de dos solenoides

es que es e8actamente lo mismo ya que uno de los solenoides es que produce la

inductancia en el otro usando los principios mencionados anteriormente.

0- 12ué ocurre con la auto inductancia de un solenoide cuando se le

introduce una barra de material ferromagnético3 12ué efectos tiene sobre el

segundo solenoide3

/os materiales ferromagnéticos se caracterian por ser siempre metálicos y su

intenso magnetismo& un e'emplo de los materiales ferromagnéticos con el 7ierro& el

cobre y el n4quel. 5s debido a ese intenso magnetismo que al introducirlo a un

solenoide va a provocar una auto inductancia mayor que si se le metiera un

material magnético com(n& de igual manera en el segundo solenoide como lo

indica la de ley de /en como el flu'o se opone a la corriente inducida si este

aumenta entonces el flu'o en el segundo solenoide disminuye.

4- 12ué es un transformador3 12ué tipos de transformadores a.3 1(u5l es

la relación de transformación3

"e denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o

disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna& manteniendo la

potencia


10/17

/os tipos de transformador son los de aislamiento& de alimentación& trifásico& de

pulsos& de l4nea& con diodos divididos& impedancia& electrónico& toroidal y de grano

orientado

/a relación de transformación indica el aumento o decremento que sufre el valor

de la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada& esto quiere decir& la

relación entre la tensión de salida y la de entrada.

6- 12ué es un circuito magnético3 12ué es la reluctancia3

"e denomina circuito magnético a un dispositivo en el que las l4neas de fuera del

campo magnético están canaliadas a través de un material generalmente

ferromagnético& lo que 7ace que el campo magnético se fluya& casi

e8clusivamente& por dic7o material

/a reluctancia magnética de un material o circuito magnético es la resistencia que

éste posee al paso de un flu'o magnético cuando es influenciado por un campo

magnético.

7esultados

Parte :

!rafica 1> obinas con n(mero de vueltas variable


11/17

Parte &:

!rafica 2> obinas con n(cleo de 7ierro

Parte (:

!rafica ;> obinas con distancia variable


12/17

Parte ):

!rafica > obinas con barra 7oriontal& en forma de u y rectangular

n5lisis de resultados:

)ara la parte A del e8perimento que consist4a en ver el comportamiento de lainducción cuando a las bobinas se les cambiaba el n(mero de vueltas y se

acomodaban como se indica en la figura 1& como se puede apreciar en la

fotograf4a>

Figura . Circuito de inducción mutua


13/17

Jomada por *viedo& 219

5n la gráfica 1 & se nota que a mayor n(mero de vueltas en una bobina mayor es

la inducción electromagnética en ellas y esto concuerda bien con la parte teórica

porque seg(n $"ears y ?emans@y & 21; % la inducción en una bobina va a

aumentar si se aumenta el n(mero de vueltas esto debido a que el campo

magnético de estas viene dado por B= μ 0∗ N ∗ I

2a $p.D;;%& por lo que por

deducción de la ecuación si se aumenta el n(mero de vueltas el campo aumenta &

si el campo aumenta el flu'o magnético también y a su ve por ley de Faraday-

/en la corriente inducida lo 7ace de igual manera H todo lo anterior se comprobó

usando tanto bobinas de 2 vueltas & vueltas 7asta las 19 vueltas . G a su

ve para este mismo e8perimento como se iba aumentando la corriente basados

en la ecuación de campo magnético de las bobinas entonces la inducción

electromagnética deb4a aumentar y esto se dio de esa manera como se nota en la

gráfica 1 en la que se puede notar como conforme se aumenta la corriente la

inducción aumenta .

)ara la parte del e8perimento consist4a en ver que le suced4a a la inducción si

se introduc4a una barra de 7ierro en medio de las bobinas & como bien ya se

mencionó en la parte de traba'o previo los materiales ferromagnéticos tienden a

tener un intenso magnetismo y que entre estos materiales se encuentra el 7ierro H

y a su ve como se mencionó en el marco teórico la inducción electromagnética

tiende aumentar si se aumenta la cantidad de campo magnético presente ya que

este aumenta el flu'o magnético por lo que basados en esto es de esperarse

entonces que al introducir la barra de 7ierro la inducción sea muc7o mayor y como

se aprecia en la gráfica 2 la inducción en las bobinas con barra de 7ierro creció demanera bastante acelerada por lo que confirma a su ve tanto los conceptos de

inducción como el de ferromagnetismos .

/a parte C del e8perimento consist4a en ver que le sucede a la inducción pero

modificando la distancia entre las bobinas & "eg(n $"ears y ?emans@y &21; % Al

comprimir una bobina para reducir el área transversal se detecta corriente & de


14/17

igual manera se detecta si se aumenta el área transversal$p.D,D % & con este

enunciado se deduce que al estar cambiando las distancias el flu'o va a cambiar

ya que el campo no va a ser uniforme & como se ve en la gráfica ; efectivamente si

se cambiaban las distancias entre las bobinas también cambia la inducción

producida entre ellas y se nota a su ve como conforme se aumenta la distancia la

inducción se 7ace más peque#a esto se debe seg(n la ley de /en en $"ears y

?emans@y& 21;% dice que la dirección de cualquier efecto de inducción

electromagnética es tal que se opone a la causa del efecto$p.D9E% & por lo que con

este enunciado se deduce que si la distancia aumenta entonces la inducción 7ace

lo contrario ósea disminuye .

)or ultimo para la parte 6 del e8perimento consist4a en modificar el área

transversal entre las bobinas con barras de 7ierros como se mostró en la figura ; &

seg(n $"ears y ?emans@y &21;% que tanto cuando se deforma o se aumenta el

área transversal esta tiende a producir inducciones electromagnéticos en

proporción a la cantidad que se aumenta o disminuya & en la gráfica se aprecia

como cuando las bobinas estaban en forma rectangular su inducción fue

muc74simo menor que cuando solo se le aumento el área con una barra peque#a

de 7ierro esto se debe a que& como se mencionó anteriormente tanto en la ley de

/en y basados también en la ecuación de campo de las bobinas dada

anteriormente & entre más se aumente el área entonces se produce un flu'o

inverso por lo tanto disminuye la inducción . )ara todos los e8perimentos

anteriores es importante destacar que estos no están libres de fuentes de error &

una de ellas es que los aparatos electrónicos como computadoras y celulares

producen campos magnéticos los cuales pudieron 7aber alterado de alguna forma

los resultados finales de cada parte del e8perimento y otra posible fuente de error

que puede estar presente es que los equipos yKo sensores estén descalibradas

por lo que alteran también los resultados finales sin embargo esta fuente de error

es muy poco probable porque se revisaron que los equipos estuvieran en buen

estado antes de iniciar la practica .

(onclusiones


15/17

1. "e logró comprobar los enunciados teóricos de las leyes de Faraday y de /en

ya que la inducción si vario cuando se modificaba la distancia& la corriente o el

área transversal.

2. "e logró comprobar que si se aumenta el n(mero de vueltas de una bobina la

inducción crece debido a la ecuación de su campo magnético

;. "e logró demostrar que los materiales ferromagnéticos producen magnetismos

intensos y por ende aumentan considerablemente la inducción electromagnética

. "e observó que al aumentar la distancia entre bobinas la inducción disminuye

por ley de /en

,. "e logró demostrar que el aumentar o disminuir el área transversal si cambia los

valores de inducción electromagnética.

(uestionario

,- 12ué relación e8iste entre las caídas de voltaje en las bobinas cuando se

encuentran en contacto3

/a relación es que si no e8iste volta'e entonces no circula corriente y por ende no

se produce inducción electromagnética en ninguna bobina.

/- 12ué relación e8iste entre las caídas de voltaje en las bobinas cuando se

cambie el n%mero de vueltas en el primario3 19 en el secundario3

"ucede lo mismo que ya se mencionó independientemente de si se aumenta o no

el n(mero de vueltas al no 7aber corriente circulando por ninguna bobina entonces

no e8iste inducción electromagnética entre ellas.

0- 12ué función desempea la barra de metal en cuanto a las caídas de

voltaje3

5n este caso si bien no 7ay circulación de corriente& la barra de metal en este caso

de 7ierro al ser ferromagnético produce un campo magnético muy grande y si va a

producir inducción electromagnética eso s4 solo cuando esta se encuentre en

movimiento ya que si esta en reposo la inducción sigue siendo nula.


16/17

4- 1(ómo varía el voltaje en la bobina / con la distancia de separación entre

las bobinas3

Al 7aber más separación entre las bobinas entonces la inducción en la segunda

bobina va a tender a ser menor por ende le llega menor volta'e.

6- 1;e puede decir ue las bobinas act%an como un transformador3

E8pliue-

"e pude decir que si act(an como un transformador ya que como se ve en el

marco teórico tanto en la figura ; espec4ficamente cuando las bobinas están con

forma de rectángulo y en la figura que es la forma de un transformador & se

puede notar como son muy similares entre si además como también se menciona

en el marco teórico en un transformador


17/17

=#a@i& '. $21%. F="=CA05J Mpágina NebO =nducción electromagnética. Pecuperado de>

7ttp>KKNNN.fisicanet.com.arKfisicaKelectrodinamicaKap;Qinduccion.p7p Mel 2+ de abril del

219O.

"ánc7e& f. $21%. andas :agnéticas Mpágina NebO =nducción y las bandas magnéticas.

Pecuperado de>

7ttp>KKNNN.lavidacotidiana.esKcomo-funcionan-las-tar'etas-con-banda-magneticaK Mel 2+ de

abril del 219O.

Ioltium. $2+%. =nducción Mpágina NebO Aplicaciones de la =nducción electromagnética.

Pecuperado de>

7ttp>KKNNN.voltimum.esKarticulos-tecnicosKaplicaciones-induccion-electromagnetica Mel 2+

de abril del 219O.

0atureeduca& $2D%. F4sica Mpágina NebO 5lectricidad. Pecuperado de>

7ttp>KKNNN.natureduca.comKfisQelecQmagnet+.p7p Mel 2+ de abril del 219O.

Arboit& :. $211%. Jransformadores eléctricos Mpágina NebO )rincipio de funcionamiento del

transformador. Pecuperado de>

7ttp>KKNNN.geocities.NsKelectricidadarboitKtransfo.pdf Mel 2+ de abril del 219O.
http://www.fisicanet.com.ar/fisica/electrodinamica/ap03_induccion.phphttp://www.fisicanet.com.ar/fisica/electrodinamica/ap03_induccion.php

informe de induccion electromagnetica

Documents