Fenómenos electromagnéticos

Objetivos Experimentales:
• Verificar la definición de campo magnético.
• Describir el comportamiento del campo magnético generado por imanes y líneas de corriente, utilizando el
concepto de líneas de fuerza.
• Verificar la ley de Faraday−Lenz.
• Determinar experimentalmente la ecuación fundamental del transformador.
Introducción:
Los estudios cualitativos y cuantitativos del magnetismo entregan como resultado una interacción entre
cuerpos del tipo atractiva−repulsiva e inversa al cuadrado de la distancia de una forma muy similar a la
interacción eléctrica, con la diferencia que la configuración elemental es un dipolo magnético.
Oersted establece que toda corriente eléctrica genera un campo magnéticopermitiendo conocer y entender las
propiedades magnéticas de las sustancias. La expresión matemática que interpreta esta relación se denomina
Ley de Biot−Savart:
B(r)= o * # idl x r Tesla
4 # R2
La fuerza generada por la interacción magnética viene dada por la siguiente ecuación: F= qV x B, por lo tanto,
en una línea de corriente se generan fuerzas que responden a la siguiente expresión:
F= " dF= " idl x B
La ley de Faraday−Lenz establece: la variación de flujo magnético en el tiempo genera una f.e.m. inducida en
la espira. Dicha f.e.m. tiene sentido opuesto a la causa que lo produce, es decir,
f.e.m.: = −d
dt
Una aplicación de la ley de Faraday−Lenz es un transformador, que se conoce como una máquina o
dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la amplitud de una señal alterna sin pérdida apreciable
de potencia; consta de dos circuitos denominados primario y secundario acoplados magnéticamente por un
núcleo de hierro.
Según Faraday, el voltaje primario V1= −N1d y el voltaje secundario V2= −N2d dt
dt
están relacionados de acuerdo a: V1/V2=N1/N2 considerando que d es constante. dt
Materiales:
• Brújula magnética.
• Imanes permanentes.
• Limaduras de Hierro.
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• Panel demostrativo de conductores.
• Cables de conexión punta−punta y punta−perro.
• Bobinas de 1000 y 5000 espiras.
• Galvanómetro de cero central.
• Fuentes de poder Alterna y Continuas.
• Núcleo de hierro.
• Dos voltímetros y dos amperímetros AC (reemplazados por dos multitesters).
• Osciloscopio.
• Puntas de prueba para el osciloscopio.
• Soporte universal con barra y resorte.
Montaje Experimetal:
Experimento 1: Determinar campos magnéticos de imanes permanentes.
(dibujo)
Experimento 2: Verificar interacción magnética.
(dibujo)
Experimento 3: Determinar campos magnéticos de una línea de corriente.
(dibujo)
Experimento 4: Ley de Faraday−Lenz.
(dibujo)
Experimento 5: Transformador.
Procedimiento Experimental:
Experimento 1: Después de colocar las limaduras de hierro sobre un papel, y además poniendo un imán con
sus polos norte y sur bien determinados por medio de la brújula, vimos cómo se comportaban las limaduras y
luego de eso procedimos a intercambiar la posición del imán, además de hacerlo interactuar con otro imán que
pusimos primero con los polos opuestos y luego con los polos iguales.
Experimento 2: En este experimento se hicieron los siguientes pasos:
• Se conectó el osciloscopio a la toma de corriente (220 V), y con eso se generó una señal centrada del haz y
se tuvo que ajustar hasta que se obtuvo un punto.
• Luego, con un imán, se rotó alrededor del haz del osciloscopio para ver como se movía el punto generado
por el instrumento.
Experimento 3:
• Se colocó la brújula paralela al conductor horizontal, luego de eso se conectó a la batería de 6 V. Se repitió
el experimento invirtiendo el sentido de la corriente.
• Se esparcieron limaduras de hierro alrededor del conductor vertical y luego se conectó la batería.
• Después, se colocaron limaduras de hierro, pero esta vez sobre la espira y el solenoide. Se conectó a la
batería y se obtuvieron diversos espectros generados por el campo magnético.
2
• Simultáneamente a la parte 3, acercamos la brújula a los extremos de la bobina, para poder determinar la
polaridad del electroimán.
Experimento 4:
• Conectamos el galvanómetro de cero central a la bobina de 1000 espiras, según lo mostrado en la sección
Montaje Experimental. Luego acercamos un imán a la bobina y observamos cómo variaba el
microamperímetro.
• Después, cambiamos el imán por un electroimán generado por una bobina conectada a la batería y
repetimos el mismo procedimiento anterior.
• Acercamos una brújula a los procedimientos anteriores.
• Después de eso, conectamos el galvanómetro de cero central en los bornes de la bobina de 1000 espiras, y
tambien con la interfaz del PC, Luego introducimos una bobina para ver como variaba la línea del
computador (que actuaba como osciloscopio).
• Sacamos la bobina de 1000 espiras y la cambiamos por una de 5000 espiras . Hicimos el montaje del
soporte universal con un resorte apoyado en él al cual le unimos el iman, para luego dejar que libremente
oscilara. De ahí movimos el imán para ver el efecto de inducción en el galvanómetro y el PC.
Experimento 5:
• Ensamblamos las bobinas de 1000 y 5000 espiras mediante un núcleo de hierro y logramos armar un
transformador.
• Luego conectamos el tranmsformador a una fuente de voltaje AC a la bobina que actuaba como primaria.
Luego procedimos a medir voltajes y corrientes en el primario y el secundario, colocando una resistencia de
carga en la bobina secundaria.
Mediciones:
Voltaje Bobina Primaria
Voltaje Bobina Secundaria (Volt)
(Volt)
0.00
0.01
0.23
0.49
0.70
0.95
1.26
1.56
1.91
2.25
2.47
0.00
0.15
1.20
2.42
3.49
4.69
6.23
7.66
9.38
11.08
12.13
Corriente Bobina Primaria
Corriente Bobina Secundaria (mA)
(mA)
0.118
0.458
0.806
0.022
0.083
0.147
3
1.125
1.446
1.835
2.6
3.0
3.65
3.9
0.206
0.265
0.340
0.491
0.597
0.742
0.779
4