FUERZA ELECTROMOTRÍZ INDUCIDA (F

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Curso Electricidad y Magnetismo
PRÁCTICA DE LABORATORIO: LEY DE INDUCCIÓN LECTROMAGNÉTICA
(Ley de Faraday - Henry)
1. OBJETIVOS:
 Determinar la relación entre la magnitud de la fuerza electromotriz inducida (f.e.m) y
las variables involucradas en la ley de inducción electromagnética de Faraday – Hernry,
como: Corriente en el primario I, Número de vueltas Np , ángulo  (entre el vector área del
secundario, el campo magnético del primario) y el área A de la bobina secundaria.
 Observar y cuantificar la f.e.m. inducida en una bobina localizada dentro de un campo
magnético B variable producido por la circulación de corriente en un arreglo de bobinas de
Helmholtz.
2. PREINFORME
2.1.Resumen de la siguiente base teórica:
 Conceptos de campo magnético y Flujo magnético
 Fenómeno de inducción electromagnética (Ley de Faraday – Henry) y Ley de Lenz.
 Campo magnético generado por la corriente que circula en una bobina circular, a una
distancia b de su centro. (ver capitulo33 y 34 del texto guía1).
 Voltajes pico - pico, voltaje efectivo rms , intensidad de voltaje
2.2. Modelo de cálculo:
 Utilizando la ecuación (1), como aproximación para el campo magnético generado por
una corriente eléctrica que circula a través de las bobinas de Helmholtz, encontrar las
ecuaciones de trabajo, aplicando la ley de inducción electromagnética, que le permitan
determinar la fuerza electromotriz inducida en función de la variación de flujo, la corriente
y las condiciones físicas de las bobinas, (ver ecuación 2, para valor de ángulo () fijo).
BZ 
0 N i 8
a5
 
1
3

2
d B
dt
0.72 o N i
a
Weber
 Tesla
m2
(1)




A o N p N s  cos 


  0,72
I o cos t  (2)
a






Halliday David y Otros . Física Volumen 2 , Edit CECA, 5ª edición
2
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3. MATERIALES Y EQUIPO:




Bobinas de Helmholtz
Osciloscopio de 2 canales y puntas de
prueba
Fuente de Voltaje alterno V A.C.
Brújula




Juego de bobinas secundarias
Reóstato
Amperímetro para corriente A.C.
Conectores
4. METODOLOGÍA:
El procedimiento se divide en dos partes. En la primera se pretende verificar la influencia
que los cambios en la amplitud de corriente que circula por el primario, generan en el valor
del voltaje inducido en la bobina secundaria y cuyo comportamiento en el tiempo se vera en
la pantalla del osciloscopio. En La segunda parte para un valor fijo de corriente a.c, se
estudia la influencia de la posición angular del secundario con respecto al primario.
5. MONTAJE BÁSICO
Figura 1.
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Recomendaciones:
 Verificar que la conexión de las bobinas de Helmholtz sea en serie.
 Hacer rigurosamente las conexiones que se recomiendan en el diagrama eléctrico.
 Teniendo en cuenta el valor de la resistencia de las bobinas de Helmholtz, haga un
cálculo del valor de corriente que circularía por el circuito en el momento de cerrar el
interruptor, para que no trabaje con valores que perjudiquen la integridad de los equipos.
 El amperímetro siempre debe conectarse en serie, su profesor debe verificar todas las
conexiones, antes de prender fuentes y cerrar interruptores.
 Usar siempre el interruptor, tratando de evitar el calentamiento exagerado de las
bobinas y reostatos.
 Anote todos los datos que aparecen en las bobinas de Helmholtz, luego los necesitará
para los cálculos.
5.2 DIAGRAMA ELÉCTRICO:
Bobinas de
Helmholtz
R
Fuente de voltaje
Alterno
A
Figura 2.
6. PROCEDIMIENTO
6.1 Corriente en el primario variable y demás parámetros constantes.
 Haga el montaje básico que se ilustra en la figura 1 y verifique de acuerdo al diagrama
eléctrico (figura 2), que las conexiones estén correctas.
 Escoja la bobina con sección transversal de área pequeña, y úsela como bobina
secundaria, ubíquela entre las bobinas de Helmholtz, con un ángulo de cero grados.
Conecte a través de la punta de prueba esta bobina al canal 1 del osciloscopio y use el canal
2 para la señal de voltaje del primario.
 Realice variaciones de corriente, desde 0,5 hasta 3,5 A (pero tenga siempre presente la
capacidad máxima en corriente de la fuente con la que esté trabajando). Recuerde que un
amperímetro da valor efectivo de corriente (rms); por tanto la amplitud de la corriente Io se
debe hallar multiplicando el valor efectivo por 2 . Para cada uno de los valores de
corriente haga lecturas de voltaje y frecuencia en el osciloscopio y llene la tabla 1. Tenga
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presente que con el osciloscopio sólo puede leer voltaje pico a pico y amplitud del voltaje
Vo
 El osciloscopio proporciona la variación en el tiempo de la fem inducida, para obtener
el voltaje rms; debe anotar el valor de pico (Vo) o máximo de la senoidal y dividirlo por
2 . Lo puede verificar usando el voltímetro el cual brinda directamente el voltaje rms.
 Repita todo lo anterior para otra bobina secundaria de área transversal mayor y lleve los
datos a la tabla 2. El objetivo ahora es encontrar el número de espiras de una bobina
6.2 valor fijo de corriente en el primario, variación en la posición angular del
secundario:
 Conservando el circuito anterior, fije un valor de corriente de 2 A, en el primario.
 Para una bobina secundaria determinada, obtenga el valor de la fuerza electromotriz
para cada una de las siguientes posiciones angulares:  = (0, 15, 30, 45, 60, 75, 90) grados,
en sentido horario. Lleve los datos a la tabla 3.
6.3. De manera cualitativa identifique la influencia del área transversal del secundario con
respecto al flujo, al menos para otros 2 valores. Haga lo mismo para ver la dependencia del
número de espiras en el secundario.
7.0 INFORME: Debe presentarse en informe tipo artículo (ver formato)
En los ítems 3 y 4 deben incuirse las respuestas a las siguientes preguntas según
corresponda.
 Compare los valores de amplitud del voltaje inducido obtenido por la ecuación de
trabajo y el medido con el osciloscopio. ¨¿Cómo son estos valores?
 Promedio los voltajes inducidos experimentales y halle el error relativo porcentual en
relación al valor obtenido con el modelo de cálculo, para cada valor de corriente en el
primario.
 Analice los valores de resistencia corriente en le primario reportada por el amperímetro
y la calculada aplicando la ley de Ohm. Que encuentra en esta comparación y como puede
justificar los resultados hallados?
 Reporte el valor del número de espiras encontrado para la bobina secundaria
desconocida, con su respectivo error y diga cuál fue la precisión de esta medida.
 Con los datos de la tabla 3, grafique la f.e.m. inducida en función del ángulo. Analice y
describa sus conclusiones al respecto.
 Por qué se selecciona como corriente para el primario una corriente alterna?.
 Enuncie algunas aplicaciones del fenómeno de inducción electromagnética.
 Justifique por qué la conexión de las bobinas de Helmholtz debe ser en serie.
TABLA 1. Voltaje inducido en el secundario en función de la corriente eléctrica en el
primario
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I máx de la fuente (A) = _____ Área transversal de la bobina secundaria (m2) =
_______
Número de espiras bobina del secundario Ns = _____ Posición angular  = _____
Resistencia Eléctrica en el circuito primario ______
Frecuencia en la Bobina primaria ______
Frecuencia en la Bobina Secundaria
_____
BOBINA PRIMARIA
BOBINA SECUNDARIA
Irms (A) IO (A) Vo (v) Vrms (v) Voi (v) Vrmsi (v) Fem i (v)*
ERROR RELATIVO
PORCENTUAL
Irms = Corriente en las bobinas de Helmholtz
IO =
Amplitud de la corriente en las bobinas de Helmholtz (Corriente pico)
Vo =
Amplitud de voltaje o voltaje pico
Voi =
Amplitud de voltaje inducido en el secundario
Vrmsi = Voltaje efectivo inducido en el secundario (medido con el osciloscopio)
F.e.m.i = Voltaje inducido obtenido por cálculos teórico (ecuación de trabajo)
TABLA 2. Cálculo del número de espiras de una bobina a partir de la femi (Otra
bobina secundaria)
I máx de la fuente (A) = _____ Área transversal de la bobina secundaria (m2) =
_______
Número de espiras bobina del secundario Ns = _____ Posición angular  = _____
Resistencia Eléctrica en el circuito primario ______
BOBINA PRIMARIA
Irms (A)
IO (A)
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
BOBINA SECUNDARIA
Voi (v)
Vrmsi (v)
Ns
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1.20
1.40
1.60
1.80
2.00
TABLA 3. Cálculo del número de espiras de una bobina a partir de la femi
I máx de la fuente (A) = ______
Área transversal del secundario (m2) =_____
Espiras del secundario Ns = _____ Corriente en el Primario Ip (A) =
Vpp (v) Vrms (v) Fem (v)

0
+15
-15
+30
-30
+45
-45
+60
-60
+75
-75
+90