F i g 15-7 El voltaje que se induce en el
PRUEBA DE TRANSFORMADORES E INDUCTORES
15. Construcción de un experimentador electromagnético.
Este arreglo puede emplearse como un electroimán, un mag- netizador, un desmagnetizador y para realizar varios experi- mentos muy interesantes del electromagnetismo. Dicho arre- glo puede operarse a 115 volts de ca o con voltaje de cc de hasta 6 volts.
MATERIALES NECESARIOS
1 pieza de madera, 3/4 x 7 1/2 x 10 1/2 pulg (19 x 191 x 267 mm)
2 discos de plástico o Masonita, 1/8 x 4 pulg (3.18 x 102 mm) de diámetro
suficiente lámina metálica (hierro para transformador) para formar un núcleo de lámina de 11/2 x 11/2 x 4 pulg (38 x 38 x 102 mm). Las láminas de un transformador grande de desecho son excelentes para este propósito 1 tira de hierro, 1/8 x 1 1/2 x 7pulg (3.18 x 38 x 178 mm) 1 barra redonda de hierro dulce, 1 x 4 pulg (25.4 x 102 mm) 1 barra redonda de hierro dulce, 1 x l0 pulg (25.4 x 254 mm) 1 anillo o arandela de aluminio, 1 1/2 o 2 pulg (38 o 50 mm)
de diámetro
1 disco de hoja de cobre o aluminio, 21/2 pulg (63.5 mm) de diámetro
350 pies (107 m) de alambre para electroimanes EO, no. 14 (1.60 mm)
18 pies (5.5 m) de alambre para eJectroimán EO no. 18 (1.00 mm)
10 pulg (254 mm) de alambre desnudo o alambre para electroimán EO, no. 14 (1.60 mm)
5 pies (1.5 m) de cordón para alimentación de dos conducto- res dúplex, no. 16 (1.25 mm)
2 pies (0.6 m) de cordón eléctrico de hilos paralelos, no. 18 (1.00 mm)
1 lámpara piloto, no. 40 o no. 46
1 portalámpara miniatura, cosquillo de rosca 1 clavija para uso rudo
1 interruptor de palanca externo de 15 amperes, mtud, con tornillos de montaje
2 conectares de empalme o tuercas para alambre, tamaño estándar
5 grapas aisladas
3 tornillos para metal de cabeza plana, no. 1/4 - 20 x 1 pulg (M6 x 1)
3 tornillos para madera de cabeza redonda, no. 8 x 3/4 pulg puño de algodón, espesor medio
barniz aislante o esmalte cinta aislante plástica
fuente de alimentación de cc de bajo voltaje, eliminador de baterías
Procedimiento A (estructura básica)
1. Arme el núcleo de la bobina del electroimán y la configu- ración de la misma como se muestra en la figura 15-15A. 2. Con el alambre para electroimán EO del no. 4 (1.6 mm)
devane densamente la bobina en capas (Fig. 15-15B). Aisle cada tercera capa del alambre con una sola capa de paño de algodón. Después de devanar la bobina, aplique en sus superficies exteriores un revestimiento grueso de barniz aislante; deje que seque completamente.
3. Ensamble los materiales y conecte el circuito mostrado en la figura 15-15C.
Procedimiento B (el electroimán)
1. Conecte el experimentador en el tomacorriente de 115 volts y accione el interruptor. Al sostener un objeto com- puesto de un material magnético cerca de la pieza polar del núcleo de la bobina, comprobará la existencia de un intenso campo electromagnético en el área cercana a esta pieza polar.
Procedimiento C (magnetización y desmagnetización)
1. Para usar el experimentador como un magnetizador, co- néctelo a la fuente de alimentación y ajuste el voltaje de cc a 6 volts. Coloque el objeto que se magnetizará entre las piezas polares. Una de éstas se forma colocando la va- rilla de hierro de 4 pulg (102 mm) en posición vertical so- bre la tira de hierro (Fig. 15-15D). La barra puede mo- verse como sea necesario para fijar la distancia ade- cuada. Encienda el interruptor y después de unos cuantos
SEGURIDAD
La bobina se sobrecalentará si opera continuamente durante mucho tiempo. Cuando esto ocurra, debe desconectar el circuito y dejar que la bobina se enfríe.
LAMINAS
PAÑO DE ALGODÓN
CINTA
DOBLEZ DISCOS DE
PLÁSTICO O MASÓN ITA
EXTREMO DE CONEXIÓN DE LA BOBINA DE 8 PULG B OBJETO QUE SE MAGNETIZARÁ BARRA DE HIERRO DE 4PULG -CORDÓN DE ALIMENTACIÓN D A
PIEZA POLAR DEL NÚCLEO DE LA BOBINA TIRA DE HIERRO BOBINA DEL ELECTROIMÁN GRAPA AISLANTE INTERRUPTOR TRES AGUJEROS DE 5/32 PULG DE DIÁMETRO CONECTOR DE ALAMBRE TRES AGUJEROS EN EL NÚCLEO CON ROSCA INTERIOR DE 1/4 PULG - 20
BASE Y MONTAJE DE LA BOBINA TRES AGUJEROS DE 9/32
PULG DE DIÁMETRO 3 1/2 PULG,
APROXIMADAMENTE
15 VUELTAS DE ALAMBRE
PARA ELECTROIMÁN 18, 2 1/4 4
PULG DE DIÁMETRO PORTALÁMPARA
E I DISCO DISCO LÁMPARA #40 o #46 CINTA C 15 VUELTAS DE ALAMBRE PARA ELECTROIMÁN 18, 2 1/4 PULG DE DIÁMETRO UNIÓN SOLDADA CORDÓN ELÉCTRICO DE HILOS PARALELOS H G F
Fig. 15-15. Montajes utilizados en el
ejercicio de aprendizaje práctico no. 15, "Construcción de un experimentador electromagnético".
segundos apagúelo; en este momento el objeto debe estar magnetizado. Explique este proceso de magnetización. 2. Para emplear el experimentador como un desmagnetiza-
dor, conéctelo en una toma de corriente de 115 volts de ca y encienda el interruptor. Sostenga el objeto que se des- magnetizará un poco arriba de la pieza polar del núcleo de la bobina. A continuación aléjelo lentamente de la pieza polar a una distancia aproximada de 18 pulg (457 mm). Repita esta operación si es necesario. Explique este proceso de desmagnetización.
Procedimiento D (funcionamiento como transformador)
1. Ensamble la bobina y la lámpara como se muestra en la figura 15-15E.
2. Coloque la varilla de hierro de 10 pulg (254 mm) en posi- ción vertical en la pieza polar del núcleo de la bobina. Co- necte el experimentador en un tomacorriente de 115 volts de ca y accione el interruptor.
3. Estando la varilla entre la bobina, mueva esta última len- tamente hacia abajo. Evite que ambas entren en contacto
(Fig. 15-15F). Cuando haya realizado esto, la lámpara em- pezará a brillar cada vez más intensamente. Explique cómo se transfiere la energía de la bobina del electroi- mán al circuito de la lámpara.
4. Notará que la varilla de hierro queda muy caliente des- pués que el experimentador se operó en esta forma durante un corto tiempo. Éste es un ejemplo de calenta- miento por inducción, el cual se describe en la Unidad 33, "Generador de calor".
Procedimiento E (Anillo y bobina saltadores)
1. Coloque verticalmente la barra de hierro de 10 pulg (254 mm) en la pieza polar del núcleo de la bobina. Conecte el experimentador en un tomacorriente de 115 volts de ca y encienda el interruptor.
2. Ponga el anillo de aluminio en la barra como se muestra en la figura 15-15G. Explique por qué el anillo permanece suspendido sobre la pieza polar del núcleo de la bobina. Apague el interruptor.
3. Deje caer el anillo para que quede rodeando la barra so- bre la pieza polar del núcleo de la bobina. Coloque una mano sobre el extremo de la barra y encienda el interrup- tor. ¿Qué sucede? ¿Cuál es la causa?
4. Forme la bobina que se muestra en la figura 15-15H. 5. Coloque la bobina sobre la barra de hierro. Con el inte-
rruptor encendido, lentamente cierre y abra el contacto entre los extremos del cordón eléctrico conectado a ella. ¿Por qué la bobina salta hacia arriba cuando entran en contacto los extremos del cordón eléctrico? ¿Por qué per- manece estacionaria cuando los extremos no se tocan?
Procedimiento F (acción de motor)
1. Perfore un agujero de 1/16 de pulg (1.6 mm) a través del centro del disco de cobre o de aluminio. Pase a través del agujero el pedazo de alambre del no. 14 (1.6 mm) y dóblelo como se muestra en la figura 15-151.
2. Inserte las puntas del alambre de soporte del disco en pe- queños agujeros perforados en la base de madera del ex- perimentador. El disco debe estar exactamente en medio de la barra de hierro de 4 pulg (102 mm) y de la bobina
(Fig. 15-15J).
3. Conecte el experimentador en un tomacorriente de 115 volts y encienda el interruptor.
4. Gire el disco con sus dedos. El disco continuará en rota- ción. Éste es un motor de inducción sencillo; los motores de esta clase se describen en la Unidad 32, "Motores eléctricos".
16. Efectos de la autoinductancia. El siguiente procedi- miento le permitirá comprobar los efectos de la autoinduc- tancia en circuitos de cc y ca. Ello le ayudará a entender una importante propiedad del electromagnetismo que se usa en muchos tipos de circuitos.
EXTREMO DEL TUBO PEGADO CON CEMENTO EN LOS
HOYOS PERFORADOS EN LAS PIEZAS DE SOPORTE DE PLÁSTICO O MASONITA
Fig. 15-16. Arreglo empleado en el ejer
cicio de aprendizaje práctico no. 16, "Efectos de la autoinductancia".
MATERIALES NECESARIOS
1 pieza de madera, 3/4x4x6 pulg (19 x 102 x 152 mm) 2 pedazos de plástico o Masonita, 1/8 x 1 3/4 x 2 pulg (3.18 x
44 x 50 mm)
1 tubo de plástico, papel resistente, cobre o aluminio, 1 3/4 pulg (44.5 mm) de largo, 9/16 pulg (14.3mm) de diámetro interior
1 barra redonda de hierro dulce, 1/2 x 4 pulg (12.7 x 102 mm)
100 pies (30.5 m) de alambre para electroimán EO, no. 21 (0.71 mm)
1 lámpara piloto, no. 1493
1 portalámpara de bayoneta de doble contacto y con pieza de montaje o fijación
2 broches Fahnestock, 1 pulg (25.4 mm)
3 tornillos de cabeza redonda para madera, no. 5 x 1/2 pulg fuente de alimentación de cc de bajo voltaje o eliminador
de baterías
Fuente de alimentación de ca o transformador con un vol- taje de salida de 6.3 volts y una corriente nominal de al menos 2.5 amperes
Procedimiento
1. Ensamble la configuración de la bobina como se muestra en la figura 15-16. Si como núcleo de la bobina emplea un
tubo de cobre o aluminio, debe cubrirlo con una capa de cinta eléctrica plástica antes de devanar la bobina. Un tubo de cobre o aluminio puede hacerse a partir de una hoja metálica cortada para dar la medida adecuada y moldeada alrededor de una barra de madera de 1/2 pulg (12.7 mm) de diámetro.
2. Devane el hilo de la bobina en capas con el alambre para electroimán del no. 21 (0.71 mm)
3. Pegue con cemento el arreglo de la bobina en la base de madera y monte los demás componentes.
4. Alambre el circuito.
5. Conecte el circuito a una fuente de alimentación de ca de 6.3 volts o al devanado secundario del transformador. 6. Coloque lentamente la barra de hierro dentro de la bo-
bina. ¿Qué efecto tiene esto en la cantidad de luz produ- cida por lámpara? Explique la causa de esto.
7. Desconecte del circuito la fuente de alimentación de ca o el transformador. Conecte el circuito a la fuente de ali- mentación de cc ajustada para proporcionar un voltaje de aproximadamente 6.3 volts.
8. De nuevo, coloque lentamente la barra de hierro dentro de la bobina. Explique por qué ahora la lámpara continúa operando en forma normal.
AUTOEVALUACIÓN
Pruebe su conocimiento escribiendo, en una hoja de papel aparte, la palabra o palabras que completen correctamente las siguientes afirmaciones:
1. Si un imán se mueve cerca de un alambre, se produce entre los extremos del alambre un
2. Es necesario un para producir un voltaje mediante la inducción electromag- nética.
3. El campo magnético producido por una co- rriente alterna puede considerarse como un campo magnético
4. Si un transformador se opera con corriente continua, la corriente debe interrumpirse de manera que se formen
5. El transformador se emplea para los valores de voltaje o corriente. 6. Si un transformador reduce el voltaje, se
denomina transformador Si lo eleva, es un transformador
7. El devanado de un transformador que se conecta a una fuente de alimentación se llama devanado
8. Un transformador es un ejemplo de induc- ción
9. El voltaje que se induce en el devanado se- cundario de cualquier transformador es un voltaje
10. Las hojas de acero delgadas con las cuales se construyen los núcleos de los transfor- madores se llaman
11. Un núcleo hecho de láminas de transfor- mador reduce la cantidad de energía que se desperdicia en forma de.
12. El voltaje que se induce en una bobina de- bido a su propio campo magnético variable es un ejemplo de
13. La oposición total a la corriente que pre- senta la reactancia inductiva se denomina 14. Las bobinas que se devanan de manera
15. Los inductores con núcleo de hierro que se emplean para filtrar o allanar la corriente de salida de los circuitos rectificadores se denominan bobinas
PARA REPASO Y ESTUDIO
1. Defina el voltaje inducido y la inducción electromagnética.
2. ¿Qué condición debe existir entre un con- ductor y un campo magnético para que se produzca inducción electromagnética? 3. ¿Cómo puede invertirse la polaridad del
voltaje generado mediante inducción electromagnética?
4. Describa el campo magnético variable que se genera por una corriente alterna. 5. ¿Cómo puede producirse un campo mag-
nético variable con una corriente conti- nua?
6. Explique cómo puede emplearse el entre- hierro magnético para producir un campo magnético variable.
7. Explique la estructura y funcionamiento de un transformador sencillo.
8. ¿Qué es un transformador elevador? ¿Un transformador reductor?
9. Nombre y defina la unidad de inductancia.
10. Defina la reactancia inductiva y escriba su símbolo.
11. ¿Para qué propósito se utilizan las bobinas reductoras o reactores?
12. ¿Cómo se prueban los transformadores? 13. ¿Cuáles son las fallas de un transformador
o inductor que no pueden detectarse reali- zando pruebas de continuidad?
ACTIVIDADES INDIVIDUALES DE ESTUDIO
1. Dé una demostración acerca de cómo se incrementa la intensidad de un electroi- mán al incorporar un núcleo de hierro. Explique por qué.
2. Obtenga varios transformadores, explique el funcionamiento de cada uno y diga para qué se emplean.
3. Llame o escriba a un representante de la compañía de suministro de energía eléc- trica en su localidad y pregúntele cómo se emplean los transformadores en su sistema de distribución. Informe oralmente o en un escrito lo que haya aprendido.
4. Dé una demostración de una prueba de continuidad para un transformador. 5. Dé una demostración de una prueba de