Manual Fisica III 2010-II Avanzado

Manual de laboratorio de Fsica

EXPERIMENTO 01:CAMPO ELECTRICOOBJETIVOS Observar fenmenos producidos por cargas elctricas. Determinar el campo elctrico entre dos placas paralelas Determinar las superficies equipotenciales entre dos placas paralelas. Determinar las superficies equipotenciales entre dos conductores circulares.FUNDAMENTO TEORICOElectrosttica: estudio de las interacciones elctricas de la materia debida a cargas elctricas en reposo. Cargas elctricas: son propiedades intrnsecas de la materia (al igual que la masa, el volumen, etc.) por medio del cual los cuerpos ejercen interaccin elctrica.

Campo Elctrico.- Regin que rodea a la carga elctrica, en el cual la carga puede ejercer una fuerza elctrica sobre una carga de prueba, cuya intensidad E, se define como fuerza elctrica por unidad de carga de prueba.

Potencial Elctrico.- Trabajo por unidad de carga para llevar una carga desde un punto cuyo potencial es cero (infinito, para distribuciones de carga finitas) hasta el punto donde se calcula el potencial elctrico.

Superficie Equipotencial.- Superficie formada por el conjunto de puntos que tienen un mismo potencial. El campo elctrico en cualquier punto sobre una superficie equipotencial es siempre perpendicular a la superficie.

MATERIALES Generador de Van De Graaf Esfera metlica Cubeta electroltica Electrodos metlicos Fuente de alimentacin Multmetro Cables de conexin

Manual de laboratorio de Fsica

UNTECS 2010-IPgina 26

Figura 1. Generador de Van De Graaff

Figura 2. Electroscopio segn Kolbe

Figura 3. Mquina de Wimshurst

PROCEDIMIENTO

1. Descarga de punta.- Colocar la rueda de punta sobre el rodamiento de agujas en el soporte, conectar a la fuente de carga. Realice las observaciones necesarias.

2. Clavija de conexin en pantalla de seda.- Coloque la clavija de conexin en pantalla de seda sobre el soporte y conecte a una fuente de cargas.

3. Juego de campanas.- Conectar el juego de campana a la fuente de cargas y realizar las observaciones necesarias.

4. Tablero de destellos.- Colocar el tablero de destellos en el soporte y conectar a una fuente de carga.

Figura 2.

Potencial elctrico entre placas paralelas

5. Llene 150 ml de agua en la cubeta e instale el equipo de acuerdo al diagrama que se muestra en la figura 2, con una fuente alterna de 6 voltios.

6. Mida la diferencia de potencial entre el punto (5,0) y las a diferentes posiciones (x,y) mostradas en la tabla 1.

Superficies equipotenciales

7. Para cada uno de los puntos de referencia y valores de x dados en la tabla 2. Medir el valor de las ordenadas y hasta completar la tabla. Teniendo en cuenta que la diferencia de potencial entre el punto de referencia y el punto (x,y) sea igual a cero.

8. Reemplace los electrodos de barra por electrodos circulares y mida el valor de y para cada uno de los puntos de referencia y valores de x dados en la tabla 3. Teniendo en cuenta que la diferencia de potencial entre el punto de referencia y el punto (x,y) sea igual a cero.

9. Reemplace uno de los electrodos circulares por un electrodo de barra, y mida el valor de y para cada uno de los puntos de referencia y valores de x dados en la tabla 4. Teniendo en cuenta que la diferencia de potencial entre el punto de referencia y el punto (x,y) sea igual a cero.

BIBLIOGRAFIA1. Fsica, Tipler, Paul A., Edit. W. H. Freeman; 6a edicin (2007)2. Manual de Laboratorio de Fsica UNI, 2009.3. Fsica Universitaria, F. Sears, y M. Zemanski, Edit. Addison-Wesley Pearson 12a edicin (2007).4. Fsica Recreativa, S. Gil y E. Rodriguez, www.fisicarecreativa.com.

EXPERIMENTO: 01REPORTE DE LABORATORIOApellidos y Nombres:

Carrera Profesional:Curso:

Cdigo alumno:Profesor:

Fecha de Realizacin: Fecha de entrega:

1. De acuerdo a lo observado en el paso 1 del procedimiento, explique el fenmeno de descarga de puntas.

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2. De acuerdo a lo observado en el paso 2 del procedimiento explicar el funcionamiento de la clavija de conexin en pantalla de seda.

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3. De acuerdo a sus observaciones del paso 3 del procedimiento, explique el funcionamiento del juego de campanas.

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4. De acuerdo a sus observaciones del paso 4 del procedimiento, explique el funcionamiento del tablero de destellos

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5. Con los datos obtenidos en los pasos 5 y 6 completa la siguiente tabla

Tabla 1.(x,y)cm(5,2)(5,3)(5,4)(5,5)(5,6)(5,7)(5,2)

V (volts)

Represente grficamente el voltaje (diferencia de potencial) en funcin de la posicin x, con los datos de la tabla 1. Realice un ajuste de curvas

Explique los resultados de su ajuste de curvas.

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6. Con los datos del paso 7 del procedimiento complete la tabla siguienteTabla 2.Puntos de referencia(5,2)(5,3)(5,4)(5,5)(5,6)(5,7)

y(cm)y(cm)y(cm)y(cm)y(cm)y(cm)

x=1cm

x=2cm

x=3cm

x=4cm

x=5cm

x=6cm

x=7cm

x=8cm

x=9cm

Represente grficamente las superficies equipotenciales y dibuje cinco lneas de fuerza indicando su sentido.

Explique sus resultados grficos y las condiciones que tom para representar las lneas equipotenciales............

7. Con los datos del paso 8 del procedimiento complete la siguiente tabla

Tabla 3.Puntos de referencia(5,2)(5,3)(5,4)(5,5)(5,6)(5,7)


x=1cm

x=2cm

x=3cm

x=4cm

x=5cm

x=6cm

x=7cm

x=8cm

x=9cm

Represente grficamente las superficies equipotenciales determinadas entre cargas circulares y dibuje cinco lneas de fuerza indicando su sentido.

Explique sus resultados grficos...........

8. Con los datos del paso 9 del procedimiento llene la siguiente tablaTabla 4.Puntos de referencia(5,2)(5,3)(5,4)(5,5)(5,6)(5,7)


x=1cm

x=2cm

x=3cm

x=4cm

x=5cm

x=6cm

x=7cm

x=8cm

x=9cm

Represente grficamente las superficies equipotenciales determinadas entre cargas circulares y dibuje cinco lneas de fuerza indicando su sentido.

Explique sus resultados grficos...........CUESTIONARIO1. Revise la bibliografa necesaria y explique el fenmeno de electrlisis.

CONCLUSIONES

............

OBSERVACIONES Y SUGERENCIAS

.....

EXPERIMENTO 02:CIRCUITOS ELECTRICOSOBJETIVOS Investigar la dependencia entre la corriente y la tensin aplicada a diversos dispositivos elctricos: metales puros, aleaciones, semiconductores, electrolitos, etc. Verificar experimentalmente las leyes de Kirchhoff.

FUNDAMENTO TEORICO

Para la mayor parte de los materiales encontramos que: La intensidad de corriente en una porcin de alambre es proporcional a la diferencia de potencial que existe entre los extremos de esa porcin. Resultado que se conoce como Ley de Ohm.

Siendo R la resistencia del material, que depende de varios factores: longitud, rea de su seccin transversal, tipo de material, y temperatura, pero para materiales que cumplen la Ley de Ohm, no depende de la intensidad de corriente I. Los materiales que cumplen la ley de Ohm, entre ellos la mayor parte de los metales, se denominan materiales hmicos.

Un circuito elctrico es un conjunto de dispositivos elctricos (resistencias, condensadores, inductores, etc.) y fuentes de corriente o voltaje conectados entre s. Para describir el comportamiento de las corrientes elctricas en dichos circuitos elctricos se utiliza las leyes de Kirchhoff que se expresan como:

Ley de Nodos: La suma de todas las intensidades que entran y salen por un nodo (empalme de 3 o ms conductores) es siempre cero.

Ley de mallas: En toda malla de un circuito la suma de todas las cadas de tensin y las fuentes (subidas de tensin) es igual a cero.

MATERIALES

Tarjeta de experimentacin Cables de conexin Fuente de alimentacin Multmetro.

PROCEDIMIENTOLey de ohm

1. Con la fuente apagada instale el circuito mostrado en la figura 1.

Figura 1.

2. Pida al profesor que revise su circuito, luego encienda la fuente y mida la corriente que pasa por resistencia para diferentes valores del voltaje aplicado. Llene la tabla 1.

3. En el circuito anterior cambie la resistencia por un foquito de 3 voltios, mida la corriente sobre un foco para diferentes valores del voltaje aplicado. Llene la tabla 2.

4. En el circuito del paso 2 cambie la resistencia por una led y mida la corriente en ella para diferentes valores del voltaje aplicado. Llene la tabla 3.

Leyes de Kirchhoff

5. Con las fuentes apagadas instale el circuito mostrado en la figura 2.

Figura 2.

6. Pida al profesor que revise su circuito. Encienda las fuentes, luego usando un ampermetro identifique el sentido de las corrientes en cada una de las resistencias del circuito. Mida las corrientes y voltajes en todos los elementos del circuito. Anote sus resultados en la tabla 4.

7. Repita los pasos anteriores 4 y 5 cambiando el valor de la resistencia R2 a 100. Anote sus resultados en la tabla 5.







Tabla 1.123456789

I(A)

V(V)

Grafique el voltaje en funcin de la corriente, realice un ajuste de curvas,

Determine el valor experimental de la resistencia con su respectivo error porcentual. Explique sus resultados........

2. Con los datos del paso 3 del procedimiento complete la siguiente tabla.Tabla 2.123456789

I(A)

V(V)


Realice un ajuste de curvas. Explique sus resultados........

3. Con los datos del paso 4 del procedimiento complete la siguiente tabla.Tabla 3.123456789

I(A)

V(V)


Realice un ajuste de curvas. Explique sus resultados........

4. Con los datos de los pasos 5 y 6 del procedimiento complete la siguiente tabla. Tabla 4.ElementoI(Amperios)V(Voltios)Sentido de I

R1

R2

R3

Fuente 1

Fuente 2

Usando los sentidos de corriente establecidos en la tabla 4. Escribir la ley de nodos en el nodo del circuito.(i).

Reemplazar los datos experimentales de las corrientes de la tabla 4 en la ecuacin (i) y ver si se verifica la igualdad...

Justifique su resultado obtenido.....Usando los sentidos de corriente establecidos en la tabla 4. Escribir la ley de mallas para las tres mallas del circuito.(ii).(iii).(iv).

Reemplazar los datos experimentales de las corrientes de la tabla 4 en las ecuaciones (ii), (iii) y (iv). Verifique la igualdad.

.......

Justifique sus resultados obtenidos.

....

5. Con los datos de los pasos 7 del procedimiento complete la siguiente tabla

Tabla 5.ElementoI(Amperios)V(Voltios)Sentido de I

R1

R2

R3

Fuente 1

Fuente 2

Usando los sentidos de corriente establecidos en la tabla 5. Escribir la ley de nodos en el nodo a del circuito, reemplace sus valores experimentales y justifique sus resultados.

....

Usando los sentidos de corriente establecidos en la tabla 4. Escribir la ley de mallas para las tres mallas del circuito, reemplace sus valores experimentales y justifique sus resultados.

..........CUESTIONARIO

1. Realice una investigacin bibliogrfica y explique los fundamentos de funcionamiento de un ampermetro.

CONCLUSIONES

............


.....

EXPERIMENTO 03:PUENTE DE WHEATSTONE Y CIRCUITO RCOBJETIVOS Medir resistencias desconocidas utilizando el puente de Wheatstone. Estudiar el proceso de carga y descarga de un condensador. FUNDAMENTO TEORICOEl puente de Wheatstone es un circuito elctrico que se utiliza para medir resistencias desconocidas mediante el equilibrio de los brazos del puente. Est constituido por cuatro resistencias que forman un circuito cerrado (tal como se muestra en la figura 1), siendo una de ellas la resistencia desconocida a medir. Fue inventado por. Samuel Hunter Christie en 1832 y mejorado por Sir Charles Wheatstone en 1843.

Figura 1.Para medir la resistencia Rx se aplica una fem de valor arbitrario y se vara el valor de la resistencia R2 hasta alcanzar el punto de equilibrio en el que no pase corriente por el galvanmetro V. Caso en que la resistencia Rx es dado como:

En desequilibrio el sentido de la corriente en el galvanmetro, indica si R2 es demasiado alta o demasiado baja. La precisin con el que se mide Rx depende de la precisin con el que se conocen los valores de R1, R2 y R3. Ocurriendo que pequeos cambios en Rx generan desequilibrio que ser detectado por el galvanmetro.Carga de un condensador.- Utilizando las leyes de Kirchhoff en circuito RC de la figura 2, se tiene:

Figura 2.

Donde considerando que y integrando bajo la condicin inicial de que en el capacitor se encontraba descargado se encuentra que la carga en cualquier instante de tiempo mayor que es:

Donde es la carga mxima que se puede almacenar en el condensador.

El voltaje en el condensador en funcin del tiempo se expresa como:

.

Descarga de un condensador.- Utilizando las leyes de Kirchhoff en circuito RC de la figura 3, se tiene

Figura 3.

Considerando que y integrando bajo la condicin inicial de que en el capacitor se encontraba completamente cargado se encuentra que la carga en cualquier instante de tiempo mayor que es:

El voltaje en el condensador en funcin del tiempo se expresa como:

MATERIALES

01 Puente Wheatstone01 Fuente de poder03 Resistencias01 Tarjeta de experimentacin01 Multmetro.01 galvanmetroCablesInterface 3B NetLabComputador.

Figura 4.1

Figura 4.2PROCEDIMIENTOPuente de Wheatstone

1. Con fuente apagada, instale el equipo de acuerdo a la figura 4.2.

2. Encienda la fuente y equilibre el puente, buscando que la aguja del galvanmetro experimente la mnima desviacin posible. Tome los valores de las resistencias conocidas y las longitudes L1 y L2. Mida la resistencia desconocida utilizando el multmetro y llene la tabla 1.

3. Repita los pasos 1 y 2 cambiando la resistencia desconocida hasta completar la tabla 2.

Carga y descarga de un condensador

4. Con fuente apagada instale el circuito para carga y descarga de un condensador (tal como se muestra en la figura 5), utilizando la interface como sensor de voltaje, R1=100k, R2=330 y C=2.2F de la tarjeta de experimentacin.

Figura 5.

5. Encienda el computador, pulse iniciar en el software 3B NetLab, luego de unos segundos de iniciado la lectura de datos cierre el conmutador del circuito en 1 y tome las lecturas de datos hasta que el capacitor alcance su carga mxima. Seguidamente cierre el conmutador a 2, y tome la lectura de los voltajes hasta que su valor sea cero, grafique sus resultados y guarde.

6. Seleccione el conjunto de datos de carga, teniendo en cuenta que el cursor izquierdo marque voltaje cero, ajuste los datos a la ecuacin de carga, considerando el tiempo inicial conocido e igual al tiempo que marca el cursor izquierdo. Guarde sus resultados.

7. Seleccione el conjunto de datos de descarga, teniendo en cuenta que el cursor izquierdo marque voltaje mximo a partir del cual se descarga el condensador, ajuste los datos a la ecuacin de descarga, considerando el tiempo inicial conocido e igual al tiempo que marca el cursor izquierdo. Guarde sus resultados.






1. Con los datos medidos en el paso 2 complete la siguiente tabla

Tabla 1.R1(ohmios)L1(cm)

L2(cm)

Rx(ohmios)V(voltios)

Usando la frmula del puente de Wheatstone, determine el valor de la resistencia desconocida

.

Compare su resultado con la lectura de Rx de la tabla 1. usando el error porcentual.

2. Con los datos medidos en el paso 3 del procedimiento, complete la siguiente tabla

Tabla 2.R1(ohmios)L1(cm)

L2(cm)

Rx(ohmios)V(voltios)

Usando la frmula del puente de Wheatstone, determine el valor de la resistencia desconocida

Compare su resultado con la lectura de Rx de la tabla 2. usando el error porcentual.

3. Con los datos obtenidos en el paso 6 del procedimiento escriba la ecuacin de carga ajustada del condensador.

.

Justifique su resultado.

......

Determine el valor experimental y su correspondiente error porcentual de la constante de tiempo RC. Explique que representa este parmetro.

4. Con los datos obtenidos en el paso 7 del procedimiento escriba su ecuacin de descarga ajustada del condensador.

.

Justifique su resultado.

......

CUESTIONARIO

1. De acuerdo a las ecuaciones de carga y descarga, explique qu ocurre con el proceso de carga y descarga del condensador cuando se vara el valor del factor RC.

2. Explique la utilidad de los condensadores en dos aplicaciones tecnolgicas en la industria.

CONCLUSIONES

........


.....

ANEXOSAdjuntar los resultados grficos obtenidos en los pasos 5, 6 y 7 del procedimiento.EXPERIMENTO 04: CAMPO MAGNETICOOBJETIVOS Verificar el experimento de Oersted Medir la componente tangencial del campo magntico terrestre. FUNDAMENTO TEORICOEl campo magntico es una regin del espacio en la cual una carga elctrica puntual de valor q que se desplaza a una velocidad , sufre los efectos de una fuerza que es perpendicular y proporcional tanto a la velocidad como al campo, llamada induccin magntica o densidad de flujo magntico.

(1)

Figura 1.

Experimento de Oersted

Toda corriente elctrica que circula por un conductor produce un campo magntico alrededor del conductor.

El campo magntico generado por una corriente rectilnea infinita a una distancia es:(2)

Figura 2.El campo magntico dentro de un solenoide muy largo es dado por:(3)

Donde es el nmero de espiras por unidad de longitud de la bobina.

Campo magntico terrestreSi utilizamos un imn de barra y una aguja magntica como el representado en la figura 3, entonces se encuentra que la componente tangencial del campo magntico terrestre en un punto sobre la superficie terrestre es dado por:

(4)

Donde, T es el periodo de oscilacin del imn alrededor del campo magntico terrestre. I es el momento de inercia del imn.

Ld

Figura 3.MATERIALESSensor de campo magntico.Interface 3B NetLabAguja magntica.Bobinas de 600 y 120 vueltas.ImanesCronometroFuente de poder

Figura 4.PROCEDIMIENTO

Experimento de Oersted.

1. Conecte la bobina de 120 espiras a la fuente DC, oriente el eje de la bobina en la direccin este-oeste, coloque una aguja magntica dentro de la bobina, encienda la fuente con una pequea corriente y observe la aguja magntica.

2. Cambie la bobina de 120 espiras por la de 600 espiras, aplique pequeas corrientes (menores a 2 A) y mida la intensidad del campo magntico dentro del solenoide utilizando el sensor de campo magntico para diferentes intensidades de corriente elctrica, llene la tabla 1.

3. Fijando la corriente en el paso 2 a 1.5 A y el sensor de campo magntico inicialmente a 40 cm de la bobina, pulse iniciar en el software 3B NetLab. Acerque lentamente el sensor de campo hacia la bobina. Grafique y realice un ajuste de curvas correspondiente. Guarde sus resultados.

Campo magntico terrestre

4. Suspenda una barra magntica por su centro, con un hilo muy delgado y espere que alcance el reposo.

5. Haga oscilar con una amplitud pequea la barra magntica en un plano horizontal, alrededor de la direccin que tena en estado de reposo. Y mida tres veces el tiempo de 10 oscilaciones completas. Anote en la tabla 2.

6. Mida la masa y las dimensiones geomtricas de la barra magntica, anote los valores en la tabla 3.

7. Coloque la aguja magntica sobre una hoja grande de papel y trace un eje que coincida con la direccin norte-sur y otro en la direccin este-oeste. El primer eje tendr la direccin de B, como se muestra en la figura 3 (Para este procedimiento tenga todos los materiales magnticos alejados de la aguja magntica, de forma que no interacten con la aguja magntica).

8. Sin mover la aguja magntica, coloque la barra magntica como muestra la figura siguiente, donde "d" toma valores de 20, 25, 30, 35 y 40cm; en cada caso mida el valor de "".BIBLIOGRAFIA1. Fsica, Tipler, Paul A., Edit. W. H. Freeman; 6a edicin (2007)2. Manual de Laboratorio de Fsica UNI, 2009.3. Fsica Universitaria, F. Sears, y M. Zemanski, Edit. Addison-Wesley Pearson 12a edicin (2007).4. Fsica Recreativa, S. Gil y E. Rodriguez, www.fisicarecreativa.com.





1. Explique sus observaciones del paso 1 del procedimiento, respecto al campo magntico producido por una corriente elctrica.


Tabla 1.1234567

I(A)

B(mT)

Grafique la intensidad del campo magntico del solenoide en funcin de la corriente elctrica, ajuste sus datos.

Explique sus resultados obtenidos.

.......

3. Escriba la ecuacin de ajuste encontrado en el paso 3 del procedimiento:

.

Explique sus resultados obtenidos.......

4. Con sus datos obtenidos en el paso 5 del procedimiento complete la siguiente tabla.

Tabla 2.t1t2t3t promedioPeriodo T

5. Con los datos del paso 6 del procedimiento completa la siguiente tabla

Tabla 3.masaAnchobasealtura

Busque en los libros y escriba la frmula del momento de inercia del imn (barra)

Usando los valores de la tabla 3. Determine el momento de inercia del imn.

6. Con los datos del paso 8 del procedimiento complete la siguiente tabla. Usando el periodo T y el momento de inercia calculados en los pasos anteriores, determine B por medio de la ecuacin (4).

Tabla 4.d (cm)

()

B (mT)

Obtenga un valor promedio del campo magntico

Justifique sus resultados.CUESTIONARIO

1. En qu lugares de la tierra el campo magntico terrestre es mximo? por qu?

CONCLUSIONES

............


.....

ANEXOS

Adjuntar los resultados grficos obtenidos en el paso 3 del procedimiento.

EXPERIMENTO 05:LEY DE FARADAYOBJETIVOS

Estudio experimental de la Ley de Induccin Electromagntica de Faraday utilizando imanes y bobinas. Verificar el principio de funcionamiento del transformador.

FUNDAMENTO TEORICO

Flujo magntico.- Es la cantidad de lneas de campo magntico que atraviesan una superficie.

(1)

Figura 1.

Ley de Faraday.- Conocida tambin como ley de la induccin electromagntica, establece que todo campo magntico cuyo flujo magntico a travs de un circuito cerrado vara en el tiempo induce en el circuito una fuerza electromotriz llamada fem inducida, que se expresa como:

(2)

Donde el signo negativo indica que la fems inducida produce una corriente inducida en el sentido tal que el flujo magntico inducido trate de compensar el cambio de flujo magntico .

Para una bobina que tiene N vueltas se tiene:

(3)

Transformador.- dispositivo elctrico que permite aumentar o disminuir la tensin.

(4)

Donde el subindice s se refiere al secundario y el subindice p al primario.

MATERIALES Interface 3B Netlog Bobinas Imanes Cables Computadora Fuente de corriente alterna

PROCEDIMIENTO1. Instale una bobina de 60 mH y 1200 espiras en conexin con la interface de acuerdo a la figura 2.

Figura 2.

2. Conectar los extremos de los cables en los clavijeros "UAin" del 3B NETlog y a las tomas "0" y "2000" de la bobina.

3. Pulsar el botn Test, para verificar la conexin con el equipo 3B NETlog.

4. Configure el sensor a modo de entrada V DC y rango de entrada en 20V.

5. Pulsar el botn Entradas OK.

6. Pulsar Iniciar y, apenas se tenga la Medicin en marcha..., dejar caer el imn varias veces a travs de la bobina desde una escasa altura, invirtiendo cada vez la polaridad del imn. Guarde sus datos.

7. Pulse restablecer y repita los pasos de 1 al 5, pero en vez de dejar caer el imn, hacer oscilar el imn a travs de la bobina (mover el imn de un lado al otro, tratando de generar movimientos armnicos simples). Guarde sus datos.

8. Repita el paso 7, invirtiendo la polaridad del imn. Guarde sus datos.

Transformador9. Instale el transformador con fuente apagada, de acuerdo a la figura siguiente, conectando entre los terminales de 06 espiras la interface 3B NetLog como sensor de voltaje, configurado en modo de entrada V DC y rango de entrada 20 V. Figura 3.10. Encienda la PC, configure el intervalo de tiempo a 200 microsegundos y nmero de datos de 500.

11. Pulse iniciar para realizar una medida con fuente apagada.

12. Anote el nmero de espiras de las bobinas y el voltaje rms del primario. Encienda la fuente del transformador.

13. Pulse restablecer, luego iniciar, realice ajuste de curvas y guarde sus datos.

14. Cambie el sensor de voltaje a 30 espiras, pulse restablecer, luego pulse iniciar, realice el ajuste de curvas y guarde sus datos.






1. De acuerdo a sus datos obtenidos en los pasos 1 al 6 del procedimiento. Explique las variaciones de voltaje, considerando la polaridad del imn.

.......

Qu ocurrira con la tensin inducida si en vez del imn usado en el experimento, utilizamos imanes ms intensos ms dbiles?

........

2. Con sus datos obtenidos en los pasos 7 y 8 del procedimiento. Explique las variaciones de voltaje, considerando la polaridad del imn.

.........

Cmo vara la tensin inducida si se hace pasar lenta o muy rpidamente el imn por la bobina?

.........

3. Con sus datos medidos en el paso 12 complete la siguiente tabla:

Tabla 1.V rms primarioNpNs

De sus datos obtenidos en los pasos del 12 al 13 del procedimiento. Escriba el voltaje ajustado para el secundario.

Calcule el voltaje eficaz del secundario:

Determine el error porcentual del valor eficaz calculado respecto a la salida terica del transformador.

Con sus datos calculados de V rms del secundario y sus datos de la tabla 1. Verifique la validez de la ecuacin (4)

A partir del voltaje ajustado, determine la frecuencia de la fem inducida y compare con la frecuencia de la bobina primaria (60 Hz).

....

4. De sus datos obtenidos en el paso 14 del procedimiento. Escriba el voltaje ajustado para el secundario.

Calcule el voltaje eficaz del secundario:

Determine el error porcentual del valor eficaz calculado respecto a la salida terica del transformador.

Con sus datos calculados de V rms del secundario y sus datos de la tabla 1. Verifique la validez de la ecuacin (4)

CUESTIONARIO

1. Explique el funcionamiento de los generadores de corriente que transforman energa mecnica en energa elctrica.

CONCLUSIONES

Ley de Faraday

TransformadoresOBSERVACIONES Y SUGERENCIAS

ANEXOS

Adjuntar los resultados grficos obtenidos en los pasos 6, 7, 8, 13 y 14.

EXPERIMENTO 06:CORRIENTE ALTERNA

OBJETIVOS Analizar las oscilaciones electromagnticas amortiguadas en un circuito RLC en serie. Analizar las oscilaciones forzadas en un circuito RLC serie con fuente alterna. Para diferentes frecuencias. Analizar la resonancia. Medir la inductancia de una bobina.

FUNDAMENTO TEORICOUna corriente alterna es una corriente elctrica en la que la magnitud y direccin del campo elctrico varan cclicamente, haciendo que la corriente y voltaje describan seales elctricas senoidales en el tiempo.

Oscilaciones amortiguadas.- Es generado por un circuito RLC sin fuente en el cual condensador se encuentra cargado. La ecuacin de mallas para el circuito nos dice:

Considerando que se tiene

La solucin de esta ecuacin (cuando ) es conocida como el oscilador amortiguado y se expresa como:

(1)

Donde es la frecuencia angular de oscilacin amortiguada.Oscilaciones forzadas y resonancia.- un oscilador elctrico se genera por medio de un circuito RLC en serie comentado a una fuente de corriente alterna para el cual la ley de mallas de Kirchoof establece que:

Considerando que se tiene

La solucin estacionaria de esta ecuacin diferencial es:

Donde

y

.

La amplitud de la corriente tiende a cero cuando tiende al infinito o a cero y alcanza su valor mximo cuando

Que es conocido como frecuencia de resonancia.MATERIALES Una fuente de corriente alterna de frecuencia variable Una resistencia Una bobina Un condensador Interface 3B NetLog Un Computador Cables

Figura 1.

Figura 2.PROCEDIMIENTO1. Instale el circuito RLC en serie con un interruptor de acuerdo a la figura 1, con una fuente continua de 15 voltios, R=100 , C=2.2 F y L=15 mH.

2. Conecte la interface como sensor de corriente en el capacitor, configure el intervalo de medicin a 200 s y un nmero de datos de 10000. Pulse iniciar en el software 3B NetLab, cargue el condensador por unos milisegundos y cierre el interruptor para descargar el condensador del circuito de carga

3. Grafique sus datos y seleccione el conjunto de datos de descarga, anote el tiempo inicial t0 en el cual la carga del condensador era mxima. Realice el ajuste de curvas de acuerdo a la ecuacin (1). Guarde sus resultados.

4. Instale el circuito RLC en serie con una fuente alterna de 5 voltios (generador de ondas), C=100 F, L=15 mH, R=10 y un interruptor, de acuerdo a la figura 2.

5. Configure el software 3B NetLab a intervalo de medicin de 20 s y 5000 datos. Mida la corriente y el voltaje en la resistencia usando la interface 3B NetLog como sensor de corriente y voltaje, graficar y ajustar los datos. Guarde sus resultados.

6. Mida la corriente y el voltaje en el condensador usando la interface 3B NetLog como sensor de corriente y voltaje, graficar y ajustar los datos. Guarde sus resultados.

7. Mida la corriente y el voltaje en el inductor usando la interface 3B NetLog como sensor de corriente y voltaje, graficar y ajustar los datos. Guarde sus resultados.

8. En el mismo circuito RLC en serie armado en 4, ajuste la frecuencia a 20 Hz y mida la corriente en el circuito usando la interface 3B NetLog como sensor de corriente, ajustando el intervalo de medicin a 20 s y nmero de datos a 5000. Ajuste sus datos a una funcin seno y anote sus resultados de amplitud de corriente y frecuencia angular en la tabla 1.9. Repita el paso 8 para las frecuencias dadas en la tabla 1.






1. De acuerdo a sus datos y resultados grficos obtenidos en el paso 3 del procedimiento, escriba la ecuacin de ajuste

Determine la frecuencia de oscilacin, la amplitud mxima, el coeficiente de amortiguamiento y compare dichos resultados con los correspondientes valores tericos. Justifique sus resultados.

2. De acuerdo a sus datos y resultados grficos obtenidos en el paso 5 del procedimiento, escriba las ecuaciones de ajuste para el voltaje y la corriente.

Determine los valores experimentales de la frecuencia de oscilacin, la amplitud mxima, amplitud r.m.s. y el ngulo de desfasaje entre la corriente y voltaje con sus respectivos errores porcentuales.





5. Con sus resultados obtenidos en los pasos 8 y 9 del procedimiento, complete la siguiente tablaTabla 1.Frecuencia (Hz)Io (mA) (rad)

Realice una grfica de la amplitud de la corriente en funcin de la frecuencia angular, realice un ajuste de curvas.

Utilizando el resultado del ajuste de curvas determine el valor mximo de la corriente.

Compare su resultado experimental de frecuencia de resonancia con el correspondiente valor terico, utilizando el error porcentual.

CUESTIONARIO

1. Construya mapas conceptuales a cerca del circuito RLC en paralelo.2. Construya un mapa conceptual sobre el fenmeno de resonancia en el circuito RLC serie.

CONCLUSIONES

Circuito RLC sin fuente

Relacin corriente voltaje en la resistencia, condensador y la bobina

Resonancia en el circuito RLC


ANEXOSAdjuntar los resultados grficos obtenidos en los pasos 3, 5, 6 y 7.

Manual Fisica III 2010-II Avanzado

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