1 Física III

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Física III
Trabajo Práctico Nº 6: Aplicaciones técnicas de los fenómenos eléctricos y magnéticos
Objetivos:
1)
Investigar, estudiar y comprender algunas aplicaciones técnicas de los fenómenos
eléctricos y magnéticos.
Desarrollar una explicación1 de algunas aplicaciones técnicas de los fenómenos
eléctricos y magnéticos utilizando algunas de las leyes de la electricidad y del
magnetismo.
Exponer dicha explicación por diferentes medios (oral, audiovisual, experimental, etc)
2)
3)
Desarrollo:
Cada uno de los equipos (grupos) de alumnos del laboratorio de Física III elegirá por lo menos uno
de los temas de una de las dos siguientes listas:
Lista A:
I.
II.
III.
IV.
V.
VI.
VII.
Parlante de bobina móvil
Impresora de chorro de tinta, Impresora láser, Fotocopiadora
Electroimán, campanilla eléctrica (timbre) y telégrafo morse.
Galvanómetros. Instrumentos de medición a bobina móvil.
Llave termomagnética (thermomagnetic switch o cicuit breaker)
Trenes con levitación magnética y/o trenes impulsados magnéticamente
Horno a microondas
Lista B:
VIII.
IX.
X.
XI.
XII.
Micrófono a inducción y Teléfono magnético (transmisión y recepción de voz)
Grabación y reproducción en cinta magnética (audio, video, datos)
Transformador, Bobina de ignición (encendido de automóvil)
Horno y cocina a inducción
Generador de f.e.m alterna y/o Generador de f.e.m continua (Dínamo); Dínamo de disco de
Faraday
XIII. Detector de metales
XIV. Guitarra eléctrica
XV. Medidor de flujo (caudal) por inducción
Cada grupo elaborará una breve presentación que debe incluir necesariamente la explicación1 del
funcionamiento del artefacto. En dicha explicación deben estar expresados claramente los principios
físicos. Es decir, se deben mencionar en forma explícita los fenómenos y leyes involucrados. Es
obvio que la explicación debe estar acompañada por los dibujos, esquemas, gráficos o actividades
experimentales que sean necesarios.
También se deben mencionar las fuentes consultadas: libros, revistas, páginas web, etc.
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Una explicación científica consiste en parte en la descripción de un fenómeno pero además implica la
inclusión de dicho fenómeno dentro del ámbito de una teoría. Esto significa que las leyes de dicha teoría
deben ser premisas de la explicación.
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El informe puede incluir también otros datos de interés como: utilidad práctica del artefacto, año o
época de invención, nombres de los inventores, etc.
Además cada equipo debe desarrollar una presentación en formato Power Point que deberá ser
acompañada por una exposición oral de todos los miembros del equipo.
Esta presentación no debe durar más de 25 minutos y se realizará frente a los demás alumnos de
Física III y de los docentes de la materia. Éstos últimos evaluarán la presentación y calificarán
según una escala cualitativa.
La evaluación se basará fundamentalmente en el siguiente criterio: La relación entre la explicación
elaborada por los alumnos con los contenidos de la materia Física 3 (La mención explícita de las
leyes fundamentales que se aprenden en el curso y la utilización de los conceptos físicos
adecuados)
Recomendación importante: No se aconseja recortar y pegar material bajado de Internet. Muchos
de los temas propuestos están explicados en los libros recomendados en la bibliografía de la
materia. Sí es recomendable usar Internet como fuente de información pero los alumnos deben
saber discriminar entre material puramente informativo y descriptivito de aquel material cuyo nivel
corresponde a la formación de un profesional universitario.
Algunos libros recomendados
Textos universitarios:
GIANCOLI. Física para universitarios. Volumen 2. Prentice- Hall.
KIP. Fundamentos de electricidad y magnetismo. McGraw-Hill. México.1981.
RESNICK-HALLIDAY-KRANE. Física. Volumen 2. CECSA. México. 2003.
SEARS. Fundamentos de Física II. Electricidad y magnetismo. Aguilar. Madrid. 1970.
SEARS-ZEMANSKY-YOUNG-FREEDMAN: Física universitaria. Volumen 2. Addison Wesley.
México. 1999.
Textos de nivel medio2:
CASTIGLIONI-PERAZZO-RELA. Física 2.Troquel. Buenos Aires. 1983.
FERNÁNDEZ-GALLONI. Física elemental II. Nigar. Buenos Aires. 1971.
HEWITT. Física conceptual. Addison Wesley. Wilmington.1995.
MAIZTEGUI-SÁBATO. Introducción a la Física 2. Kapelusz. Buenos Aires. 1972.
RELA-SZTRAJMAN. Física II. Aique. Buenos Aires. 1999.
Algunas páginas WEB:
http://www.physlink.com/Index.cfm
http://physlink.master.com/texis/master/search/?s=SS&q=electric+guitar
http://www.profisica.cl/menus/menupreguntas.html
http://home.hccnet.nl/t.amerongen/HyperPhysics.htm
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La mayoría de estos libros son fáciles de conseguir, tienen explicaciones simples que un alumno de 2º año
de ingeniería puede ampliar. Además algunos de ellos tienen excelentes dibujos. En algunos casos mucho
mejores que en los textos universitarios
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Ayuda: Para orientar a los estudiantes respecto a lo que se espera de este
trabajo práctico, se incluye en la página siguiente un modelo de informe
escrito sobre una aplicación técnica: El disyuntor diferencial.
Disyuntor diferencial
Este dispositivo permite interrumpir la
corriente eléctrica en una instalación
cuando se producen cierto tipo de
desperfectos. Es particularmente útil para
desconectar el servicio eléctrico cuando una
persona toca accidentalmente un punto de la
instalación produciendo una corriente de
fuga sobre su cuerpo que puede ser
peligrosa.
En condiciones normales la intensidad I1 de
la corriente que “entra” en una instalación
eléctrica, representada en la figura con RL,
será exactamente igual a la intensidad I2 de la corriente que “sale” de la instalación.
Aplicamos la ley de Ohm y obtenemos:
I1  I 2 
220 Volt
RL
Si una persona toca un punto de la instalación cuyo potencial sea de 220 Volt circulará por su
cuerpo una corriente (de “fuga”) de intensidad IF que dependerá de la resistencia R del camino por
el que circulará la corriente. Dentro de su cuerpo, suela del calzado, material del piso, suelo, etc...
En estas condiciones ya no se cumple la igualdad anterior ya que ahora:
I1  I 2  I F
El disyuntor diferencial detecta esta diferencia entre I1 e I2 y provoca la apertura de una llave que
interrumpe el suministro de corriente.
El dispositivo consiste en un núcleo de
material ferromagnético en el cual hay tres
arrollamientos o bobinas. En la figura se ha
representado este núcleo en forma de anillo.
(Podría ser un toroide). Un bobinado está en
serie con el cable de “entrada” de la
instalación y tiene N1 espiras. Es decir la
corriente antes de llegar a RL debe circular
por esta bobina y provocará en el núcleo
metálico
un
campo
magnético
B1
proporcional a I1 como lo predice la ley de
Ampere. La corriente que “vuelve” de RL
antes de “salir” de la instalación debe circular
por la bobina indicada como N2 cuyas espiras
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están arrolladas sobre el núcleo con sentido de rotación inverso al de la primera bobina. La corriente
I2 provocará un campo magnético B2 en el núcleo. En condiciones normales I1 es igual a I2 y por lo
tanto el flujo magnético neto en el interior del núcleo es nulo, ya que N1 = N2. Entonces :
neto   B1  B2  S  0
En esta expresión S es la sección transversal del toroide y se considera que el campo magnético
tiene el mismo valor para cualquier radio dentro del mismo.
Si alguna causa provoca que I1 sea distinta de I2, el flujo magnético pasará en un breve lapso de
tiempo del valor cero a un valor distinto de cero. Según la ley de Faraday, esta variación del flujo
provocará una f.e.m inducida en el bobinad N3:
 
d
dt
Esta diferencia de potencial activa el sistema de apertura de la llave de corte. Como este sistema es
sensible a la diferencia de corriente se lo denomina “diferencial”.
Bibliografía consultada:
QUEL, Eduardo. Física III. Notas sobre electricidad y magnetismo. ITBA. Buenos Aires. 1996
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