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Laboratorio de Física III Inducción Electromagnética

INDUCCION ELECTROMAGNETICA

OBJETIVOS

1.- estudiar algunos fenómenos de inducción electromagnética.

2.- determinar las relaciones entre corriente inducida y la variación del flujo

magnético.

MATERIALES

Galvanómetro

Solenoides (2)

Compás magnético

Imanes (2)

Llave de tipo presión regresiva

Reóstato

Tornillo de metal

Fuente de voltaje VCD

Conexiones

FUNDAMENTO TEORICO

La corriente inducida en un sentido tal que se opone a la caída que la produce.

La ley de Lenz se refiere a las corrientes inducidas, lo cual quiere deducir que se aplica

solamente a circuitos cerrados. Si el circuito está abierto, ordinariamente podemos

pensar en función de lo que ocurría si fuera cerrado y de esta manera podemos

encontrar el sentido de la FEM inducida.

La fig. Muestra el polo norte de un imán y una sección transversal de una espira

conductora cercana. Conforme introducimos el imán en la espira se produce en ésta una

corriente inducida.


Una espira de corrientes produce un campo magnético en puntos alejados similar

al campo magnético de un dipolo, siendo una cara del depila un polo norte, y la cara

opuesta un polo sur.

El polo norte, lo mismo que en los imanes rectos, es la cara de donde salen las

líneas de B. Si, como prevé la ley de Lenz, la espira de la fig. Debe oponerse al

movimiento del imán hacia ella, la cara de la espira dirigida hacia el imán se repele. La

regla de la mano derecha muestra que, el campo magnético producido por la espira

salga por la derecha a la espira, la corriente inducida debe tener el sentido indicado en

la figura, la corriente estará en el sentido contrario al de las manecillas del reloj si la

vemos colocadas desde el sitio donde está el imán que se acerca a la espira.

Cuando aplicamos una fuerza sobre el imán para hacerlo entrar a la espira (o a la

espira para moverla hacia el imán), aparece una corriente inducida. En función de la ley

de Lenz esta fuerza de empuje es el “cambio” que produce la corriente inducida se

opondrá al “empuje”.

Si jalamos el imán sacándolo de la bobina, la corriente inducida se opondrá al

“jalón”, creando un polo sur en la cara derecha de la espira de la fig. Para construir en

la cara derecha un polo sur, la corriente debe ser opuesta a la que se muestra en la fig.

Ya sea que empujemos o jalemos el imán, siempre hay una oposición automática a su

movimiento.

e = - M (df / dt)

El agente que hace que el imán se mueva, ya sea hacia la bobina o alejándose de

ella, siempre tendrá que vencer una fuerza que se le oponga y, por consiguiente, tendrá

que hacer trabajo. De acuerdo con el principio de la conservación de la energía, este

trabajo hecho sobre el sistema debe ser exactamente igual al calentamiento por el efecto

de Joule producido en la Bobina, puestos que éstos son los dos únicos cambios de

energía que ocurren en el sistema si movemos el imán más rápidamente, tendremos que

Laboratorio de Física III Inducción Electromagnéticahacer trabajo con mayor rapidez y la rapidez de calentamiento por el efecto Joule, no

habrá ninguna fuerza sobre el imán, y no se requerirá ningún trabajo para moverlo.

Sin embargo, habrá un FEM en la espira, lo mismo que en una batería conectada

a un circuito abierto, no producirá corriente.

FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA ENTRE DOS CIRCUITOS.

Alinear dos solenoides de modo que sus ejes estén paralelos y los enrollamientos

están en la misma dirección (ambos en forma antihoraria). Tal como se indica en la fig.

El solenoide conectado a una pila se denomina primario o inductor el otro

secundario o inducido. Con la llave cerrada mover la bobina atrás o hacia adelante

como se hizo con el imán.

Para la corriente, cuando va en sentido

antihorario. En este caso, se observa que la

aguja del compás gira a la derecha, en

sentido horario. Esto es porque la espira

queda polarizada positivamente “N” (norte)

y esto ocasiona la repulsión del polo norte

de las agujas del compás.


PARTE EXPERIMENTAL

PROPIEDADES MAGNETICAS DE LOS SOLENOIDES.

Conecte el solenoide tal como indica el circuito de la figura , manteniendo la

posición relativa del solenoide y compás. Cierre la llave y anote la dirección en el cual

el polo norte de la aguja es deflectada. Anote también la dirección de la corriente

alrededor de la hélice que constituye el solenoide. Invierta el sentido de la corriente y

haga las mismas anotaciones.

Luego se haber conectado el solenoide al circuito de la fig., analizaremos lo que

pasa con el compás luego de cerrar la llave, para esto utilizaremos una corriente que va

en sentido horario, tal como se indica en la siguiente figura.

Al cerrar la llave del shunt se puede se pude observar, que la aguja del compás

gira hacia la izquierda, o sea en sentido antihorario. Esto se debe al que la espira que da

polarizada con “S” (sur) y esto ocasiona la atracción del polo norte de la aguja del

compás.

Lo único que varía es la inserción del tornillo dentro de la bobina. Y lo que se

puede observar al hacer este procedimiento es que la aguja del compás gira con mayor

fuerza, es decir se desvía en un ángulo mayor al anterior.


EL PRINCIPIO DEL ELECTROIMAN.

Coloque el solenoide en dirección Este - Oeste del compás de modo que la aguja

no esté deflectada más de 10º respecto al eje del solenoide cuando la llave está abierta.

Cierre la llave y anote la posición. Invierta la corriente y anote la posición de la aguja.

Inserte ahora el tornillo de metal en el interior de la bobina. La posición del compás

respecto al solenoide, es la misma del procedimiento anterior, como se indica en la

siguiente figura .

FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA

Conecte los terminales de un solenoide al galvanómetro como se muestra en la

fig. Examine la dirección en la cual el alambre de la bobina está desarrollada,

induciendo el imán tal como se indica en la figura. Anote la deflexión del

galvanómetro, en cada caso (hacia arriba, hacia abajo) y determine de que modo fluye

la corriente alrededor de la bobina (horario o antihorario). Mirando de arriba hacia

abajo y moviendo el imán adentro y hacía afuera, observe lo siguiente y registre en su

informe. Para este caso metemos el imán, con una cierta velocidad, y al observar el

galvanómetro, la aguja indica un valor negativo.


CUESTIONARIO

1. ¿Qué relación observa entre la conducta de un solenoide por el que pasa

corriente eléctrica y un imán de una barra?

El cambio en la intensidad del campo magnético en el solenoide primario induce

un voltaje en un solenoide secundario abriendo y cerrando el interruptor del solenoide

primario.

En el caso de un imán la magnitud del voltaje inducido por él a la espira

secundaria depende de que tan rápido se meta y saque el imán del solenoide.

2. Mencione por lo menos dos reglas prácticas para determinar la polaridad de un

solenoide que lleva corriente eléctrica.

· Para saber la polaridad de un solenoide es necesario saber el sentido de la corriente,

vemos que, por el lado por donde entra la corriente, viene a ser el lado sur, y por

donde sale la corriente el norte del solenoide.

· Se pude observar también que a la hora de introducir, por el lado norte del imán, al

solenoide se observa hay una fuerza que nos ofrece resistencia, entonces podemos

ver que se refiere al lado norte del solenoide.

3. ¿Qué efecto produce la inserción de la varilla metálica en el interior de una

bobina que lleva una corriente eléctrica? ¿Cómo sería la configuración de las

líneas de fuerza magnética?

Análisis microscópico : En la mayoría de las sustancias, los efectos magnéticos de las

corrientes orbitales y del spin electrónico en los átomos constituyentes, se hallan

anulados debido al hecho que existen tantos electrones que se mueven en un sentido

como en otro (sus spines se hallan apareados), solamente en algunos tipos de átomos

como el Cu+, Ni2+, Fe, Co, etc. No existe la cancelación antes mencionada, aquí que

Laboratorio de Física III Inducción Electromagnéticatales átomos posean un momento dipolar magnético neto. Por ejemplo, las propiedades

magnéticas del átomo de hierro se debe al hecho que tiene 4 electrones apareados.

Por lo tanto, se puede llegar a la conclusión de que la inserción de la variable

metálica en el interior de una bobina que lleva una corriente eléctrica es para

intensificar el campo magnético producido por la corriente a través de ella.

4. Usando la Ley de Lenz, indique el sentido de la corriente eléctrica y la

polaridad en el solenoide de la figura 3, cuando el imán se aleja. Explique.

Como sabemos por la Ley de Lenz, que el sentido de la corriente inducida es tal

que tiene que oponerse mediante sus acciones electromagnéticas a las causas que la

produce, por lo tanto la configuración es la siguiente:

La espira queda polarizada

positivamente.

5. De la fig. 4 con la llave cerrada y con la idea que el flujo magnético en el

secundario aumento o disminuye a medida que acercamos o alejamos el

primario. Anuncie una regla para determinar la polaridad.

El solenoide primario se comporta como un imán por lo cual se pueden obtener las

mismas conclusiones que se obtienen al usar un imán como inductor. O sea cuando se

acerca el primario, el secundario queda polarizado negativamente y cuando se aleja el

primario, el secundario cambia de polaridad.


Si la aguja del galvanómetro se deflecta demasiado reduzca la corriente en el

primario. Observe las direcciones de la corriente en el secundario y como parte del

informe haga dos diagramas similares al mostrado. Primero analizaremos este caso,

moviendo el primario:

Para este caso, acercamos el primario a una cierta velocidad, y se puede observar una

corriente inducida marcando un valor negativo.

En el caso cuando alejamos el primario con velocidad v, y observamos el galvanómetro

la aguja nos indica un valor positivo.

CONCLUSIONES

· Cuando se abre o se cierra el interruptor de la bobina secundaria detecta una

corriente. Pero si el interruptor permanece cerrado no registra corriente

alguna al menos que se produzcan cambios en el campo.

· El voltaje inducido en una bobina es proporcional al producto del número de

espiras por la rapidez con lo que cambia el campo magnético en el interior

de las espiras.

· la bobina tiene un número mayor de espiras, por lo tanto es mas difícil

introducir el imán, pues el campo magnético de cada una de las espiras se

opone a su movimiento.