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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD
ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA
GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201424 – NOMBRE DEL CURSO: ELECTROMAGNETISMO
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GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO
201424 –ELECTROMAGNETISMO
Claudia Patricia Castro Rodríguez
(Director Nacional)
Wilmer Ángel Benavides
Acreditador
BOGOTA
MAYO 2015
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2. ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO
Las presentes guías fueron iniciadas en su versión por Juan Evangelista Gómez Rondón
de la UNAD del CEAD de Medellín, y actualizadas en el segundo semestre del año 2015
por Claudia Patricia Castro Rodríguez, Hugo Ismael Rodríguez del CEAD JAG y Juan
Carlos González encargado de laboratorio de la Sede Nacional.
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3. INDICE DE CONTENIDO
Pág.
Características generales:
5
Descripción de Practicas:
Práctica 1
8
Práctica 2
18
Práctica 3
25
Fuentes Documentales
31
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4. LISTADO DE TABLAS
Tabla 1
Experimento 3, unidad 1
14
Tabla 2
Experimento 3, unidad 1
14
Tabla 3
Experimento 2, unidad 3
29
Tabla 4
Experimento 2, unidad 3
29
4.1 LISTADO DE GRÁFICOS Y FIGURAS
Figura 1
Circuito para cargar condensador
10
Figura 2
Circuito para descargar condensador
10
Figura 3
Señal cuadrada de alta frecuencia
10
Figura 4
Circuito actividad experimental actividad 1
12
Figura 5
Circuito actividad experimental actividad 1
12
Figura 6
Circuito alimentado con señal cuadrada
13
Figura 7
Circuito alimentado con señal cuadrada y resistencia
adicional
13
Figura 8
Circuito experimento 3, unidad 1
14
Figura 9
Circuito experimento 1, unidad 2
20
Figura 10
Experimento 2, unidad 2
22
Figura 11
Montaje Faraday
27
Figura 12
Experimento 1, unidad 3
28
Figura 13
Figura montaje bobinas en vacío
28
Figura 14
Montaje bobinas entre núcleo en forma de U
29
Figura 15
Bobinas con núcleo en forma de U
29
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5. CARACTERÍSTICAS GENERALES
Introducción
El electromagnetismo es fundamento en la
revolución de la ciencia y la tecnología que
encontramos en la transformación del día a
día. Hace parte de la física e históricamente
ha sido desarrollada gracias a varios
experimentos que daban
cuenta de los
efectos
eléctricos,
magnéticos
y
electromagnéticos.
Justificación
En la UNAD se propende por la formación de
calidad educativa para los estudiantes, lo
anterior implica el desarrollo de habilidades en
los procesos científicos y tecnológicos de
vanguardia.
El curso permite poder explicar los fenómenos
naturales
relacionados
con
el
electromagnetismo , al igual se pretende que el
estudiante desarrolle la capacidad de analizar
datos experimentales, plantear hipótesis,
contrastar modelos a partir de sus resultados y
comunicar sus conclusiones y observaciones
en informes de laboratorio y a través del
aprendizaje ABP.
Propósitos
Intencionalidades formativas
Contribuir al desarrollo de habilidades de
pensamiento en los estudiantes mediante la
apropiación de nociones, conceptos y
experiencias aplicables a la ingeniería en el
reconocimiento de fenómenos físicos en
procesos teórico- prácticos que rigen las
diferentes
leyes
y
postulados
del
electromagnetismo.
Objetivos
Estudiar los fenómenos naturales relacionados
con el electromagnetismo a partir de
aplicaciones experimentales.
Metas
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Lograr desarrollar habilidades relacionadas
con el manejo del área del electromagnetismo
en el contexto real a partir del aprendizaje
práctico.
Desarrollar en el estudiante una actitud crítica
frente a los conocimientos adquiridos, al
permitirle que experimente con los modelos
teóricos del electromagnetismo mediante la
interacción en los laboratorios presenciales.
Competencias
-El estudiante reconocerá
los principales
conceptos y leyes de la electrostática, campo
eléctrico y potencial eléctrico
así como sus
aplicaciones.
-El
estudiante
aplicaciones
analizara
del
campo
los
conceptos
magnético
y
y
su
influencia en gran cantidad de aparatos o
dispositivos cercanos a todos: brújulas, imanes,
RMN, ciclotrones, motores.
-El estudiante solucionara situaciones en
contexto donde se abordan
las ondas
electromagnéticas y en el fenómeno de la
inducción electromagnética
Denominación de practicas
Práctica 1: campo electrostático, potencial
eléctrico y campo eléctrico en la materia
Práctica 2: campo magnetostático, materiales y
dispositivos magnéticos
Práctica 3: inducción electromagnética y ondas
electromagnéticas
Número de horas
12 horas total (4 horas por práctica)
Porcentaje
34%
Curso Evaluado por proyecto
SI
Seguridad industrial
Cuando se trabaja en el laboratorio eléctrico o
cuando se utiliza equipo eléctrico, observar las
NO (X)
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debidas precauciones de seguridad es tan
importante cómo hacer mediciones exactas.
Existe un riesgo letal y potencial en el ambiente
del laboratorio eléctrico y una falla en los
procedimientos de seguridad, puede hacerlo a
usted o a su compañero de trabajo víctima de
un serio accidente. La mejor forma de evitar
accidentes es reconocer sus causas y ceñirse
estrictamente a los procedimientos de
seguridad establecidos. Una plena conciencia
de los peligros y las posibles consecuencias de
los accidentes, ayuda a desarrollar una propia
motivación para seguir tales procedimientos. El
riesgo más común y serio en el laboratorio de
electricidad es el choque o sacudida eléctrica.
En lo posible utilice instrumentos o
herramientas eléctricas cuyos cables de
alimentación estén provistos de un adecuado
conductor de tierra. • Nunca toque instrumentos
antes de desenergizarlos. • Vista siempre
zapatos y consérvelos secos. Evite pararse en
piso húmedos. no lleve puestos anillos, objetos
de metal, etc. • No maneje instrumentos
eléctricos cuando su piel este húmeda • Nunca
lleve ropa suelta cerca de maquinaria en
movimiento • El uso inadecuado de las pistolas
de soldar puede acarrear graves quemaduras o
incendios. • No altere bruscamente las
conexiones de los devanados de los
transformadores pues se podrían presentar
altos voltajes. • Neutralice el ácido de las
baterías usando agua y sal, pues la mezcla de
ácido y agua empobrece a aquel • evitando
quemaduras y daños.
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6. DESCRIPCIÓN DE PRÁCTICAS
PRACTICA 1- CAMPO ELECTROSTÁTICO, POTENCIAL ELÉCTRICO Y CAMPO
ELÉCTRICO EN LA MATERIA
Tipo de practica
Presencial
Porcentaje de evaluación
Horas de la practica
Temáticas de la práctica
11.4%
4
LEY DE KIRCHHOFF
CIRCUITO RC CON OSCILOSCOPIO
EL CAPACITOR
Propósito(s)
Intencionalidades formativas
Relacionar al estudiante con el concepto de flujo de
campo electrico a través de estructuras materiales en los
circuitos.
Objetivo(s)

Verificar los conceptos de división de voltaje y
división de corriente.
•
Verificar la ley de Kirchhoff.
•
Medir el tiempo característico de un circuito RC
utilizando un osciloscopio
•
Investigar la relación entre el flujo de carga
eléctrica y el tiempo que tarda en almacenarse
energía eléctrica en forma de campo en una
región adecuada, un capacitor.
Meta(s)
Desarrollar habilidades relacionadas con el
campo
electrostático, potencial eléctrico y campo eléctrico en la
materia en el contexto real a partir del aprendizaje
práctico.
Competencia(s)
El estudiante reconocerá los principales conceptos y
leyes de la electrostática, campo eléctrico y potencial
eléctrico así como sus aplicaciones.
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Fundamentación Teórica
CORRIENTE ELECTRICA: Al producirse una diferencia de potencial entre los extrema de
un conductor las cargas negativas del mismo tienden a moverse en sentido contrario al
campo.
SENTIDO DE LA CORRIENTE: contrario al sentido del movimiento real de los
electrones.
INTENSIDAD DE CORRIENTE: Cantidad de corriente que pasa por una sección del
conductor en unidad de tiempo i = ∆Q/∆t obteniéndose como unidades [i] = 1C/1s = 1
Amperio y sus submúltiplos 1mA = 10-3 A 1µA = 10-6 A.
FUENTES DE CORRIENTE ELECTRICA: las fuentes o generadores son dispositivos
capaces de mantener una diferencia de potencial entre dos puntos de un conductor.
POTENCIA DE UN GENERADOR: es el trabajo realizado por unidad de tiempo P = W/t =
εQ/t = εi P=εi
Ley de Mallas: Establece que la suma algebraica de las tensiones en una trayectoria
cerrada en una red plana es cero. Esta ley es una consecuencia de la ley de la
conservación de la energía.
Ley de Nodos: Establece que la suma algebraica de las corrientes que concurren a
cualquier nodo de una red plana o no plana es cero. Esta ley expresa simplemente que la
carga eléctrica no se acumula en ningún punto de la red.
El capacitor es un dispositivo que almacena carga eléctrica. Una forma antigua de
un capacitor es el recipiente de Leyden,. Los capacitores están integrados por dos placas
conductoras separadas por aire u otro material aislante, conocido como dieléctrico.
La capacitancia, o capacidad de un capacitor, depende de la naturaleza del material
dieléctrico, el área de las placas y la distancia entre ellas.
*Las figuras 1 y 2 muestran, respectivamente, los circuitos que se usan para cargar y
descargar un condensador a través de una resistencia. Con cualquiera de estos circuitos
se puede medir experimentalmente el tiempo característico τ = RC, utilizando un
voltímetro y un reloj común, siempre y cuando RC sea mayor que unas pocas decenas
de segundos. Para RC más pequeños, se necesita un instrumento con el que se puedan
medir intervalos de tiempo menores que 0,1 s. Tal instrumento puede ser un
osciloscopio. Efectivamente, en la pantalla de un osciloscopio se puede observar como
varía el voltaje a través de las placas del condensador mientras se carga y descargar a
condición de que se tenga un interruptor que se pueda abrir y cerrar alternada y
rápidamente. Tal interruptor se puede lograr alimentando el circuito con una señal
cuadrada, figura 3, de alta frecuencia.
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Figura 1: Circuito para cargar un condensador a través de una resistencia.
Figura 2: Circuito para descargar un condensador a través de una resistencia.
Figura 3: Señal cuadrada de alta frecuencia.
Observe que durante medio periodo se proporciona un voltaje continuo y durante el
medio periodo siguiente el voltaje es cero, es decir la señal actúa como si se tuviera un
interruptor que permite alimentar y suprimir la alimentación del circuito. Este tipo de
señal se puede obtener del generador de funciones con el que trabajo cuando empezó a
familiarizarse con el uso del osciloscopio, y si elige adecuadamente la frecuencia de la
señal podrá ver en la pantalla del osciloscopio cómo se carga y descarga el
condensador.
*Tomado y adaptado de: E. Bautista et al. Electromagnetismo (Guías de laboratorio II.
Electromagnetismo). Universidad Nacional De Colombia. Bogotá, 2001
Descripción de la practica
Experimento 1: Flujo de corriente eléctrica, medición de corriente y diferencia de
potencial, comprobación de la ley Kirchhoff en un circuito.
Experimento 2: Circuito RC y alimentación con la señal de onda cuadrada proveniente
del generador, a través de cuya resistencia interna RG se carga y descarga el
condensador. El voltaje entre placas del condensador se aplica al osciloscopio
Experimento 3: Relación entre el flujo de la carga eléctrica y el tiempo que tarda en
almacenarse la energía en un capacitor.
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Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos)
Generador de ondas
Fuente de voltaje
Osciloscopio
Resistencias
Cables de conexión
Multímetro
Condensadores de diferentes capacitancias
Cronómetro
Software a utilizar en la practica
Ninguno
Seguridad Industrial
Las indicadas en las características generales de la guía
Metodología
Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica.
Forma de trabajo: grupo de máximo 4 estudiantes
Procedimiento:
Experimento 1:
Figura 4
Realice el análisis teórico del circuito de la Figura 4, encontrando la corriente I y los
voltajes a través de todas las resistencias.
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• Realice mediciones prácticas de la corriente I y de los voltajes en todas las resistencias.
• Compare resultados teóricos con resultados prácticos. Explique diferencias (si existen).
• Reemplace la fuente DC de 30 V por una fuente AC (Generador de señales), utilice una
función senoidal a una frecuencia de 60 Hz, repita el procedimiento anterior. Ahora
cambie la frecuencia a 1 Khz y repita nuevamente el procedimiento.
• Compare los resultados a diferentes frecuencias.
¿Existe influencia de la frecuencia para circuitos resistivos?. Explique.
• Usando de nuevo la configuración de la Figura 1 deseamos que la corriente I sea
aproximadamente 84 mA, qué valor de resistencia se debe colocar en paralelo para
obtener este valor?
• Haga un desarrollo teórico y posteriormente compruebe los resultados prácticamente.
Figura 5
• Tenemos un circuito como el mostrado en la Figura 5 y deseamos que la potencia
absorbida por la resistencia R1 sea de 1*10-4 W, suponga que en la caja con la
interrogación se encuentran dos resistencias, qué valor y como deben estar conectadas
para cumplir con las especificaciones de potencia de R1? Realice un montaje práctico y
realice mediciones.
Experimento 2:
1. Arme el circuito que muestra la figura 6. El circuito se alimenta con la señal de
onda cuadrada proveniente del generador, a través de cuya resistencia interna
RG se carga y descarga el condensador. El voltaje entre placas del condensador
se aplica al osciloscopio.
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Figura 6: Circuito alimentado con una señal cuadrada.
2. Utilice un condensador de 0,1µF. Escoja la escala de tiempo del osciloscopio que le
permita observar un periodo de carga y descarga del condensador. Tenga en cuenta que
la forma de la señal debe mostrar que tanto la carga como la descarga del condensador
sean efectuado completamente.
3. Una forma de medir el tiempo característico de un circuito RC con osciloscopio
consiste en lo siguiente: teniendo la señal de descarga en la pantalla, mida el tiempo que
transcurre mientras el voltaje entre las placas del condensador se reduce a la mitad de su
valor inicial. Este tiempo se llama tiempo medio y se designa por tm se relaciona por
medio de la expresión: τ = 1,44 tm Ahora determine el τ del circuito a partir de su medida
del tiempo medio. Deduzca la relación τ = 1,44 tm.
4. Utilice condensadores de otras capacitancias para medir RG.
5. ¿Cuál es el valor de la resistencia interna RG del generador de funciones?
6. Incluya en el circuito una resistencia como muestra la figura 7
Figura 7: Circuito alimentado con una señal cuadrada y resistencia adicional.
7. Al circuito se le ha adicionado la resistencia R.
8. ¿Cuál es el valor de la resistencia a través de la cual se carga y descarga ahora el
condensador? Explique.
9. Mida el tiempo característico de este circuito como se explicó en el paso 3.
10. Compare el valor que obtiene con el que predice la teoría.
11. Conecte ahora condensadores en serie y en paralelo y utilice lo que ha aprendido en
esta práctica para verificar los equivalentes de conexiones en serie y en paralelo.
Experimento 3:
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Figura 8
1. Arregle el circuito como muestra la figura 8. El amperímetro, el capacitor y la
batería deben conectarse en el orden adecuado. Vea las marcas + y - en los
componentes del circuito. La placa positiva del capacitor debe conectarse a
la terminal positiva de la batería. Si las conexiones se invierten, el capacitor
puede dañarse. Las resistencias no tienen extremo + o -. Registre en la tabla 1 el
voltaje de la batería y el valor del capacitor.
2. Con un compañero de práctica tomando el tiempo y otro leyendo y registrando los
valores de corriente, encienda la fuente de poder y empiece a tomar las
lecturas. En el instante que se enciende la fuente, circulará una gran
corriente.
3. Tome lectura de la corriente cada cinco segundos, el primer dato se toma
5 segundos después de encender la fuente, hasta que sea demasiado pequeña
para medirla. Estime sus lecturas del amperímetro con la mayor precisión
posible. Registre las lecturas en la tabla 2.
4. Apague la fuente de poder. Empleando una pieza de cable conecte ambos
extremos del capacitor para descargarlo.
5. Reemplace la resistencia de 27k por la resistencia de 10k
6. Repita los pasos 1 al 3 con el resistor de 10k. Registre las lecturas en la tabla 2.
Tabla 1
Voltaje (V)
Capacitancia (µF)
Resistencia 1
Resistencia 2
Tabla 2
Resistencia 1
Tiempo (s)
0
Voltaje en C Resistencia 2
Voltaje en C
con R1
con R2
Corriente
Corriente
(mA)
(mA)
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5
10
15
20
25
30
35
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
100
105
110
115
120
1.
Describa con sus palabras ¿Por qué la corriente inició en un valor máximo
y descendió hasta cero mientras el capacitor se estaba cargando?
2.
Analice los datos obtenidos con las dos resistencias. Explique la función de la
resistencia en el circuito.
3. Empleando los datos de la tabla 2, dibuje dos gráficas para la corriente eléctrica
como una función del tiempo. Trace una curva continua.
4. Encuentre el área entre la curva y el eje del tiempo representa la carga
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almacenada en el capacitor, tiempo en que se considera se ha cargado
completamente. Puede realizarse mediante el dibujo de vario triángulos que
aproximen el área. Note que la corriente está en mA, por lo que éstos
deben convertirse a amperes utilizando 1 mA = 1 x 10
-3
A. Tal vez deba
tenerse en cuenta que i = dq/dt ¿Cuál es la carga eléctrica estimada para el
capacitor con el resistor de 27 k y con el de 10 k?
5. Calcule la capacitancia del capacitor C=q/V empleando el valor para la carga
eléctrica de la pregunta anterior y la diferencia de potencial medida de la fuente
de poder.
6. Compare el valor determinado en la pregunta anterior con el valor indicado por
el fabricante y que usted anotó en la tabla 1. Los capacitores electrolíticos tienen
grandes tolerancias, con frecuencia del orden del 50%, por lo que es posible que
exista una considerable diferencia. Encuentre el error relativo entre los dos
valores.
Describa la curva de corriente eléctrica contra tiempo.
Qué conclusiones y observaciones puede usted deducir de esta experiencia.
Describa cómo a un circuito RC (un circuito que incluye una resistencia y un
capacitor), capaz de cargarse y descargarse a una rapidez específica y constante,
podría dársele algún uso. Este sistema tiene enormes aplicaciones; consultar.
Sistema de Evaluación
Realización de la práctica, presentación y sustentación de informe de laboratorio
Informe o productos a entregar
Informe de laboratorio según formato
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Rúbrica de evaluación
Retroalimentación
En la segunda sesión
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PRACTICA No. 2 – MAGNETISMO, CAMPO MAGNETICO Y MATERIALES
MAGNETICOS
Tipo de practica
Presencial
Porcentaje de evaluación
Horas de la practica
Temáticas de la práctica
Intencionalidades formativas
11.4%
4
Magnetismo, campo magnético y materiales magnéticos
Propósito(s)
Relacionar al estudiante con el concepto de campo
magnetostático, materiales y dispositivos magnéticos
Objetivo(s)
Analizar y comprender las características del campo
magnético generado en diferentes sistemas
Meta(s)
Desarrollar habilidades relacionadas con el manejo de
campo magnetostático, materiales y dispositivos
magnéticos.
Competencia(s)
El estudiante reconocerá los principales conceptos del el
campo magnetostático, materiales y dispositivos
magnéticos.
Desarrollar la capacidad para encontrar relaciones
permanentes entre el material estudiado o sugerido y los
principios de trabajo industriales.
Fundamentación Teórica
Experimentando con corrientes eléctricas que se transportaban en diversos
alambres, Christian Oersted percibió que la aguja de una brújula se
desviaba cuando se acercaba al conductor eléctrico. Este sencillo pero
profundo experimento mostraba la relación íntima entre el campo eléctrico
y el campo magnético y desde ese instante la humanidad comenzó a
escuchar el término “electromagnetismo”. Esta deflexión sugiere la existencia
de un campo magnético en el lugar.
De igual manera, la dirección del
campo magnético puede determinarse usando la regla de la mano derecha: si
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el pulgar derecho apunta en dirección de la corriente, los dedos apuntan en la
dirección del campo magnético
Si cogemos un pedazo de alambre y formamos con él una espira (un
camino cerrado para la corriente) y además permitimos que una corriente
eléctrica circule por ella, aparece un campo magnético alrededor de la
espira.
Un electroimán puede formarse enrollando un alambre aislado
(con laca o con caucho) que conduce corriente eléctrica alrededor de un
núcleo de hierro dulce.
El alambre enrollado al hierro varias veces forma una bobina. La bobina
genera un campo magnético como el de un imán permanente.
Una
bobina de alambre enrollado alrededor de un núcleo con material ferromagnético se llama solenoide.
Las líneas de campo magnético en torno a los devanados de alambre
son conectadas por el núcleo: el resultado es un gran imán
Descripción de la practica
Campo magnético generando campo eléctrico, campo magnético alrededor de un alambre
recto y largo, campo magnético generado por una bobina
Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos)
Experimento 1:
Experimento 2:
Software a utilizar en la práctica u otro tipo de requerimiento para el desarrollo de la
práctica
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Ninguno
Seguridad Industrial
Las indicadas en las características generales de la guía
Metodología
Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica: Conceptos de magnetismo.
Forma de trabajo: Colaborativo
Procedimiento:
Experimento 1
Conectar la bobina de espira al amperímetro. Introduzca uno de los imanes de barra
a través de la bobina y comienza a generar con su mano y en el interior una
movimiento armónico simple. Observe cuidadosamente los cambios de valor en el
amperímetro y apunte sus observaciones.
Figura 9
Conecte las terminales del amperímetro a la bobina de 50 espiras. Introduzca el
imán dentro de la bobina y repita cuidadosamente la experiencia
anterior. Registre sus observaciones y vaya sacando conclusiones.
Conecte las terminales del amperímetro a la bobina de 100 espiras. Introduzca el imán
dentro de la bobina y repita cuidadosamente la experiencia anterior. Registre sus
observaciones y continúe sacando conclusiones.
Repita la experiencia anterior invirtiendo la polaridad del imán de barra y si percibe
cambios apunte con cuidado sus observaciones.
Si el diámetro del núcleo se lo permite (en caso contrario rediseñe sus
bobinas) una los dos imanes de barra (para generar un imán más fuerte) e introduzca el
sistema a la bobina de 100 espiras. Observe el movimiento de la aguja del amperímetro;
ahora genere movimientos armónicos simples y a diferentes velocidades y analice con
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cuidado el valor en el amperímetro. Apunte una a una sus observaciones y saque
conclusiones significativas del proceso.
1. Explique en lenguaje sencillo sus apreciaciones del movimiento generado
en la aguja cuando el imán se introduce en la bobina de una espira:
2. Explique en lenguaje sencillo sus apreciaciones o implicaciones del
movimiento generado en la aguja del galvanómetro cuando el imán se
introduce en cada una de las bobinas de 50 y 100 espiras.
3. Explique en lenguaje sencillo sus apreciaciones e implicaciones del
movimiento generado en la aguja cuando sistema de imanes se introduce en
cada una de las bobinas y se mueve a diferentes frecuencias o velocidades:
1. Finalmente dejar el sistema de imanes en reposo y mover a
diferentes velocidades cada una de las bobinas alrededor del sistema de
los imanes; sacar conclusiones de los registros conservados y
proponer explicaciones razonables.
2. Tratar de buscar, consultar o sugerir una explicación al fenómeno
siguiente:
“la aguja del galvanómetro se desvía en una dirección cuando el
imán se introduce en la bobina y en la dirección opuesta cuando el
imán se saca”.
3. Encuentre los factores que afectan directamente la “F.E.M” (fuerza
electromotriz) generada en un sistema de inducción y explique la influencia
en la generación del voltaje inducido de cada uno de ellos
Experimento 2. Campo magnético alrededor de un alambre recto y largo.
1. Coloque el cartón en el borde de una mesa de laboratorio. Atraviéselo con
el cable de manera que pase perpendicularmente por un agujero en el centro
del cartón, como muestra la figura. Ponga el soporte de tal forma que el
alambre pueda enrollarse en las pinzas y baje por el soporte hasta el
amperímetro, después conéctelo a la terminal positiva de la fuente de
poder. La parte del alambre que se encuentra debajo del cartón debe
continuar verticalmente por lo menos 10cm (0.1m) antes de prolongarse
por la mesa hasta la terminal negativa de la fuente de poder. Verifique la
polaridad apropiada de la fuente de poder y del amperímetro cuando conecte
los alambres.
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Figura 10
2. Active la fuente de poder y genere una corriente de 500mA (0.5A). Coloque
la brújula al lado del alambre. Debe tenerse mucho cuidado con esta
experiencia puesto que el alambre puede recalentarse si se deja la
corriente circulando por mucho rato.
Desplace la brújula lentamente
alrededor del alambre para trazar el campo magnético. Registre sus
observaciones y haga un dibujo del campo magnético generado alrededor del
alambre.
3. Invierta las conexiones de la fuente de poder de modo que la corriente
circule en dirección opuesta. Accione la fuente de poder y dibuje ahora la
dirección del campo magnético alrededor del alambre, empleando la
brújula.
Registra tus observaciones y has un dibujo del campo magnético
alrededor del alambre
Experimento 3. El Campo magnético generado por una bobina.
1. Consiga alambre con laca o encauchetado (para evitar corto eléctricos entre
espiras) y enróllelo cuidadosamente alrededor de un núcleo (un pedazo
de varilla de hierro o de acero) y pele intencionalmente las puntas del
dispositivo (acabas de realizar una bobina conocida como un solenoide)
2. Conecte las dos puntas peladas de la bobina a la fuente de poder.
Genere una corriente de 100mA (se puede colocar una resistencia de
protección entre la fuente y la bobina para evitar calentamientos o cortos
eléctricos).
3. Acerque la bobina a un conjunto de clips colocados aleatoriamente y
analice cuántos son capturados por el dispositivo.
Apaga la fuente y
anota tus observaciones. Actívale nuevamente y describe lo que percibes;
estás experimentando con un electroimán (consulta sobre este término).
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4. Quita
intencionalmente
el
núcleo
(la
barrita
donde
enrollaste
el
alambre)
y repite la experiencia anterior. Trata de sacar interesantes
conclusiones.
5. Trata de determine la polaridad del electroimán generando una corriente en
la fuente de poder y pasando una brújula varias veces por la bobina.
ANÁLISIS
1. ¿Qué relación encuentras entre la corriente que transporta un
conductor y el campo magnético que se genera a su alrededor?
2. Consultar y profundizar en la regla de la mano derecha y aplicarla y realizar
el diagrama de los parámetros involucrados en el estudio de la corriente
eléctrica que pasa por un alambre recto para generar un campo magnético.
3. ¿Qué efecto magnético tiene el cambiar la intensidad de la corriente
eléctrica que pasa por un conductor eléctrico?
4. ¿Qué factores determinan la capacidad de un electroimán? ¿Qué tan
determinante es la naturaleza de su núcleo?
5. Los imanes de barra son muy conocidos y fáciles de adquirir
comercialmente. Encuentre relaciones y diferencias entre un “electroimán” y un
“imán de barra”.
6. Analizar la forma y la intensidad de los campos magnéticos generados por
dos solenoides uno con núcleo de aire y otro con núcleo de material
ferro magnético, cuando sus terminales se conectan a una fuente de poder.
7. Cuando un conductor eléctrico se sumerge en un campo magnético se
genera sobre él una fuerza magnética; consultar efectos y propiedades.
Simultáneamente se presenta un torque (torca) sobre el alambre, consultar efectos,
propiedades y aplicaciones cotidianas de este fenómeno.
Sistema de Evaluación
Realización de la práctica, presentación y sustentación de informe de laboratorio
Informe o productos a entregar
Informe de laboratorio según formato
Rúbrica de evaluación
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Retroalimentación
En la tercera sesión
PRACTICA No. 3 – INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA
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Tipo de practica
Presencial
Porcentaje de evaluación
Horas de la practica
Temáticas de la práctica
Intencionalidades formativas
11.2%
4
inducción electromagnética
Propósito(s)
Relacionar al estudiante con el concepto y aplicación de
la inducción electromagnetica
Objetivo(s)
Analizar y comprender las características de la inducción
electromagnética.
Meta(s)
Desarrollar habilidades relacionadas con el manejo de la
inducción electromagnética
Competencia(s)
El estudiante reconocerá los principales elementos
referentes al concepto de inducción electromagnéticaComprender y socializar el concepto de inducción
electromagnética.
Fundamentación Teórica
Por la época de 1831, el inquieto Faraday (uno de los grandes inventores de la
humanidad) percibió que, cuando un conductor eléctrico se desplaza en un campo
magnético, se genera o se induce en el sistema una corriente eléctrica. En las
motos por ejemplo, la volante es un imán y en el interior se tienen tres bobinas
regularmente espaciadas; cuando el motociclista prende su móvil las bobinas
comienzan a girar a gran rapidez y entonces se induce en ellas una corriente que sirve,
por ejemplo, para prender la farola (gratis, no necesita batería para ello).
Después de repetir y de analizar la experiencia varias veces se percibe que hay
direcciones privilegiadas en las cuales no se genera corriente o algunas en las
cuales se genera un máximo valor. Este fenómeno de generación de corriente
eléctrica se denomina “inducción electromagnética” y la corriente generada se
conoce como “inducida”. Esta experiencia fue enriquecida significativamente con los
aportes de Henry y de Lenz, quienes desde lugares muy lejanos entre sí,
contribuyeron a sacar la ley que lleva por nombre la “ley de inducción
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electromagnética de Henry-Faraday” y que gobierna el mundo de la inducción.
La corriente inducida se genera cuando se presenta un movimiento relativo entre
el conductor y el campo magnético; no importa cuál de los dos se mueva. Las
centrales hidroeléctricas generan electricidad usando este interesante fenómeno.
La fuerza del agua mueve a gran velocidad unas turbinas alrededor de las cuales se
tienen poderosos imanes. Esta energía eléctrica es transportada por cables a
través de las montañas y es conducida a las ciudades donde es utilizada según la
necesidad específica; residencias, empresas, industrias.
En el experimento a realizar se dispone de un imán y de un conductor eléctrico y
será el movimiento relativo entre los dos el que genera una “corriente inducida”.
La ley de inducción de Faraday establece que la fem es directamente proporcional al
cambio en el tiempo del flujo magnético que atraviesa el circuito. La ley anterior puede
ser escrita de forma matemática de la siguiente manera.
Donde
es el flujo magnético a través de la superficie. En el caso de un inductor de N
vueltas de alambre, la ecuación anterior se transforma en
Descripción de la practica
La corriente inducida se genera cuando se presenta un movimiento relativo entre
el conductor y el campo magnético- Ley de Faraday
Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos)
4 Bobinas (diferente número de espiras)
1 núcleo y barra ferromagnéticos s
1 Generador de señales
1 Osciloscopio
Software a utilizar en la practica
Ninguno
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Metodología
Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica: campos eléctricos y magnéticos
Forma de trabajo: Colaborativo
Procedimiento:
Figura 11
Experimento 1
Conecte una bobina (primaria Bp) con una resistencia( R=100 Ω) en serie a un generador
de funciones y una segunda bobina(secundaria Bs) a un osciloscopio como muestra la
fig 8 . Aplique una tensión senoidal a BP con una frecuencia de 100 HZ. Visualice en el
osciloscopio la señal generada en Bs.
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Figura 12
Describa sus observaciones en la señal obtenida bajo las siguientes condiciones:
1. Al variar la frecuencia en el generador sin modificar la distancia entre las bobinas
2. Al aumentar la distancia entre BP y Bs para una misma frecuencia
3. Al introducir un núcleo de material ferromagnético al interior de las bobinas
4. Al rotar una bobina un ángulo de 90o con respecto a la otra, es decir que sus ejes
queden perpendicularmente.
5. Al cambiar la señal del generador por una señal triangular.
6. Realice un análisis y conclusiones a los resultados obtenidos anteriormente.
Experimento 2
Se propone realizar mediciones del voltaje (Vs) que se generan en BS cuando se aplica
una diferencia de potencial (VP) en BP. Utilice bobinas de diferente número de espiras.
Tome medidas de diferencias de potencial y registre los valores obtenidos para los
siguientes casos:

Bobinas en vacío (fig 13)
Figura 13 Montaje bobinas en vacío
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VP
VS
Tabla 3
#espiras en BP______________

#espiras en BS___________
Colocando entre las bobinas un núcleo en forma de U (Fig 11)
Figura 14 Montaje Bobinas entre núcleo en forma de U Figura 15 Bobinas con núcleo en
forma de U
VP
VS
Tabla 4
#espiras en BP______________
#espiras en BS___________
Realice graficas de VS contra VP con los valores obtenidos experimentalmente para los
dos casos.
Realice un análisis de los resultados obtenidos
A partir del análisis realice las respectivas conclusiones.
Sistema de Evaluación
Realización de la práctica, presentación y sustentación de informe de laboratorio
Informe o productos a entregar
Informe de laboratorio según formato
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Retroalimentación
Al finalizar la sesión
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7. FUENTES DOCUMENTALES
Resnick-Halliday-Krane: Física volumen II, 4a edición, CECSA. S. M. Lea, J. Buerke, La
naturaleza de las cosas vol II, International Thomson Editores.
R. P. Feynman. Lectures on Physics, Tomo II, Fondo Educativo Latinoamericano.
F. Sears, M. Zemanski y H. D. Young, Física Universitaria, volumen 2, Addison Wesley
Serway R, Jewett J. (2008). Physics for
USA: Thomson higher education.
scientists and engineers. (seventh edition)