ANILLOS DANZANTES

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ANILLOS DANZANTES Carlos Andrés Ordoñez, Astrid Carolina Ordoñez, Diego Fernando Sarmiento, Andrés Fernando Rúales [email protected] , [email protected], [email protected] , [email protected] Facultad de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones Ingeniería de Sistemas, Ingeniería Automática, Ingeniería Electrónica Laboratorio de Electromagnetismo Universidad del Cauca Popayán Abstract: En el laboratorio se estudió el comportamiento que tienen los anillos de diferentes materiales producida por inducción electromagnética para comprobar la Ley de inducción de Faraday. Al realizar esta práctica se necesitó una bobina con núcleo de hierro saliente, una fuente de voltaje AC, anillos metálicos de distintos materiales y un cable con una bombilla //Keywords: anillos, campo magnético, multímetro, bobina, fuente de voltaje, bombillo. 1. INTRODUCCION El propósito principal de este laboratorio es encontrar las diferencias básicas entre los fenómenos producidos por las cargas estacionarias que producen campos eléctricos y las cargas móviles que producen campos magnéticos. Además de estudiar los campos eléctricos que se originan de los campos magnéticos variables. Queremos entender las deducciones hechas por Michael Faraday a través de

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ANILLOS DANZANTESCarlos Andrs Ordoez, Astrid Carolina Ordoez, Diego Fernando Sarmiento, Andrs Fernando [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]

Facultad de Ingeniera Electrnica y Telecomunicaciones Ingeniera de Sistemas, Ingeniera Automtica, Ingeniera Electrnica Laboratorio de ElectromagnetismoUniversidad del Cauca Popayn

Abstract: En el laboratorio se estudi el comportamiento que tienen los anillos de diferentes materiales producida por induccin electromagntica para comprobar la Ley de induccin de Faraday. Al realizar esta prctica se necesit una bobina con ncleo de hierro saliente, una fuente de voltaje AC, anillos metlicos dedistintos materialesy uncablecon una bombilla

//Keywords: anillos, campo magntico, multmetro, bobina, fuente de voltaje, bombillo.

1. INTRODUCCION

El propsito principal de este laboratorio es encontrar las diferencias bsicas entre los fenmenos producidos por las cargas estacionarias que producen campos elctricos y las cargas mviles que producen campos magnticos. Adems de estudiar los campos elctricos que se originan de los campos magnticos variables.

Queremos entender las deducciones hechas por Michael Faraday a travs de sus experimentos que lo llevaron a formular la ley que lleva su nombre.Esta ley seala que la magnitud de la fuerza electromotriz inducida es igual a la tasa de cambio con respecto al tiempo del flujo magntico a travs del circuito.Estudiaremos el caso en que una fuerza electromotriz inducida puede producirse en un lazo cerrado de alambre cuando este se mueve en un campo magntico y adems las diferencias en la induccin sobre aros de diferente material.

2. MARCO TEORICO

2.1 Induccin electromagntica y Ley de Induccin de Faraday.

Casi todos los dispositivos o maquinas modernas tiene circuitos elctricos en su parte central. Se sabe que se requiere una fuerza electromotriz (fem) para que fluya una corriente en un circuito, casi siempre se toma como fuente de fem una batera, pero en la inmensa mayora de los dispositivos elctricos que se utilizan la fuente de fem no es una batera sino una estacin generadora de electricidad. Las estaciones de este tipo producen energa elctrica convirtiendo otras formas de energa por medio de un fenmeno conocido como induccin electromagntica: si el flujo magntico a travs de un circuito cambia, se induce una fem y una corriente en el circuito.

La induccin electromagntica nos dice que un campo magntico que vara con el tiempo acta como una fuente de campo elctrico, as como tambin un campo elctrico que vara con el tiempo acta como fuente de campo magntico.El principio central de la induccin electromagntica es la ley de Faraday. Esta ley relaciona la fem inducida con el flujo magntico variable en cualquier espira, incluso en un circuito cerrado.

2.2 Ley de Induccin de Faraday

El elemento comn de todos los efectos de induccin es el flujo magntico cambiante a travs de un circuito. Con respecto a un elemento infinitesimal de rea dA en un campo magntico B el flujo magntico dOb a travs del rea ser: (Figura 1)

El flujo magntico total a travs de un rea finita es la integral de esta expresin sobre el rea:

Figura 1. Flujo magntico a travs de un elemento de rea dA.

Por lo tanto la ley de Induccin de Faraday establece que la fem inducida en una espira cerrada es igual al negativo de la rapidez de cambio con respecto al tiempo del flujo magntico a travs de la espira. Esta relacin es vlida ya sea que el flujo de cambio se deba a un campo magntico cambiante, al movimiento de la espira o a ambas cosas.

3. METODO EXPERIMENTAL

Materiales y Equipo:

1) Bobinado con ncleo de hierrosaliente.2) Variac.3) Anillos de diferente material(Aluminio, Bronce, Cobre)4) Tambor metlico.5) Arrollamiento con bombilla.6) Cable en espiral con extremos libres.

Realizamos el montaje de acuerdo a lo establecido en la gua de laboratorio.4. RESULTADOS

Anillo de aluminio: levito hasta la mitad del ncleo (aprox 10cm) al aplicar al circuito un voltaje de 85V. Al acercarle el tambor metlico este empieza a girar, se pudo observar que entre ms cerca del anillo ms rpida era su velocidad de giro. Al retirar el anillo de aluminio del montaje se pudo notar que este estaba caliente.Sucede lo mismo con el anillo de cobre: levita aplicando un voltaje de 115v, se calienta ms que el anillo de aluminio, y la velocidad de giro del tambor es mayor.

Con el anillo de bronce se aplic 130v y el anillo no levit, el tambor tampoco gir, pero de igual forma si se calent.El anillo de bronce no levit debido a que este material posee pocos electrones libres por lo cual su energa cintica es menor implicando que necesita mayor voltaje para levitar, pero esto no significa que en el no haya corriente, notndose as en el calentamiento que present al igual que los dems anillos.Con el alambre enrollado, se pudo observar que se genero una chispa dbil cuando la tensin en el variac era de 70 V y cuando se aumento la tensin a 100V se genero una chisma ms notoria.

Con la bombilla se pudo observar que entre mayor voltaje suministre a la fuente, mayor corriente circula por el alambre que contiene la bombilla y mayor es la luminosidad reflejada en ella.

Se pudo observar tambin entre ms cerca de la bobina mayor es la corriente que circula, es decir que entre ms nos acercamos al extremo superior del ncleo saliente de hierro menor es la corriente que circula a travs de los anillos

5. ANALISIS DE RESULTADO

Levitacin de anillos y tambor giratorio

Se insertaron anillos de diferentes materiales (aluminio, cobre y bronce) de a uno en el ncleo de hierro y se observaron distintos fenmenos. En el anillo de aluminio al aplicar al circuito un voltaje de 85V el mismo levita en la mitad del ncleo de hierro y el tambor gira moderadamente, en el anillo de cobre al aplicar al circuito un voltaje de 115V el tambor gira rpidamente y en el anillo de bronce se le puso el voltaje mximo que poda entregar el variac y el anillo no subi por ello el tambor no giraba. Se puede analizar que algunos anillos levitan debido a sus componentes qumicos porque poseen diferentes cantidades de electrones libres, tambin tienen diferentes resistencias al campo magntico y debido a las corrientes que se producen en el aro, inducidas por la variacin de flujo magntico producido por la bobina. En el caso del aluminio es el que ms se elevo debido a que es un material paramagntico y se convierte en un conductor al ser inducido.Principio del soldador elctricoCon el alambre enrollado, se pudo analizar que a mayor voltaje aplicado mayor es la chispa generada al unir los extremos del alambre, esa chispa que se genero de debe a la descarga electrosttica que hace que circule una corriente elctrica repentina y moderadamente entre dos objetos de distinto potencial elctrico.Encendido de bombillaSe realiza con un enrollado de alambre conectado en sus extremos a una bombilla, de igual forma se le aplica voltaje hasta lograr luminosidad en este, se puede analizar que entre mayor voltaje suministre a la fuente, mayor corriente circula por el alambre que contiene la bombilla y mayor es la luminosidad reflejada en ella. Esto ocurre debido a que al encenderse el bombillo se comprueba la existencia de una corriente elctrica inducida por el solenoide, que se puede aprovechar al conectar dicho bombillo y hacerlo funcionar.

2) Proponga usos prcticos para cada fenmeno observado.Las aplicaciones de la induccin magntica son varias pero las que ms se pueden reconocer son: el tren de levitacin magntica, generador de corriente alterna, los transformadores, los modelo de telfonos, los motores que tienen la aplicacin de la ley de Faraday y la bobina de induccin, esta genera un campo magntico a travs de una corriente que circula por un alambre generalmente de cobre, y tiene aplicaciones como un timbre, una electrovlvula un generador elctrico. Otras aplicaciones podran ser un interruptor diferencial, un censor inductivo, un freno elctrico, o un embrague magntico, las aplicaciones de las bobinas son muy extensas podra funcionar como un telgrafo y en circuitos acoplados que funcionan magnticamente.

6. CONCLUSIONES

La ley de Induccin de Faraday se cumple notablemente en cualquier sistema compuesto por un conductor de corriente con varias espiras y otros elementos dispuestos alrededor de ella, siendo conductores.

Para poder establecer la presencia de un campo magntico en un inductor es necesario contar con elementos que den una prueba contundente de ello, un bombillo, un corto circuito, etc. De lo anterior podemos decir que el hecho de que no haya un indicador cercano no significa que no haya un campo magntico.

Con el laboratorio pudimos constatar que Michael Faraday tuvo fundamentos necesarios y suficientes para formular su ley a travs de sus experimentos los cuales fueron muy acertados.

Los anillos de calientan debido a que el campo magntico genera una alta corriente elctrica que circula por este mismo.

El bombillo se enciende debido a que por el alambre de cobre circula una corriente elctrica.

7. BIBLIOGRAFIA

http://www.edu.aytolacoruna.es/aula/fisica/teoria/A_Franco/elecmagnet/magnetico/LeyFaraday.html

R. A. Serway, Fisica, Tomo II, 5. Edicin McGraw Hill, 2000.

Guas Laboratorio Electromagnetismo, Universidad del Cauca.