Practicas de Electromagnetismo

PRÁCTICAS DE

ELECTROMAGNETISMO

Nombres:

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N

S

I

Práctica Nº 1: GENERACIÓN DE UN CAMPO MAGNÉTICO

FUNDAMENTOS TEÓRICOS.- LEY DE BIOT-SAVART

Cuando circula una corriente por una bobina, se genera un campo magnético paralelo al eje de dicha bobina, con las siguientes reglas:

- El sentido del campo viene dado por la regla de la mano derecha.

- La intensidad del campo magnético es proporcional a la intensidad y al número de vueltas de la bobina.

ACTIVIDAD Nº 1.- BOBINAS SENCILLAS

Conecta el siguiente circuito:

a) Analiza cómo se mueve el imán libre por dentro y por fuera de la bobina (prueba conectando y desconectando la fuente de alimentación).

b) Compara los efectos de conectar la bobina:

1) Entre las conexiones 1 y 6 (no corresponden al nº de vueltas) 2) Entre las conexiones 6 y 12 (no corresponden al nº de vueltas) c) Rellena los resultados:

RESULTADOS

Dibuja cómo se coloca el imán con la bobina conectada entre 1 y 6:

+

6 V

10

Ω

-ACTIVIDAD Nº 2.- VARIACIÓN CON LA INTENSIDAD

Conecta el siguiente circuito:

500

a) Analiza cómo se mueve el imán libre por dentro y por fuera de la bobina.

b) Con el reóstato al mínimo y luego al máximo, anota en los resultados la distancia a la que desaparecen los efectos magnéticos (prueba conectando y desconectando la fuente de alimentación).

c) Redacta qué conclusiones sacas de esta práctica.

RESULTADOS

Dibuja cómo se coloca el imán respecto a la bobina cuando se mueve a su alrededor:

Distancia a la que desaparecen los efectos con el reóstato a mínima resistencia: _________ cm

Distancia a la que desaparecen los efectos con el reóstato a máxima resistencia: _________ cm

Conclusiones: __________________________________________________________________

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+

6 V

-ACTIVIDAD Nº 3.- PRESENCIA DEL NÚCLEO

Cuando tenemos una bobina sola, su influencia se extiende por el espacio hasta desaparecer. Si se introduce un metal ferromagnético en su interior, los átomos del metal se magnetizan en la dirección del campo magnético de la bobina, intensificando los efectos del mismo.

Conecta el siguiente circuito (fíjate que en esta ocasión no hay reóstato):

500

a) Anota en la parte posterior de la hoja la distancia a la que desaparecen los efectos magnéticos (prueba conectando y desconectando la fuente de alimentación).

b) Introduce el núcleo de hierro macizo en la bobina y vuelve a analizar y anotar la distancia. c) Redacta qué has comprobado con esta práctica.

RESULTADOS

Distancia a la que desaparecen los efectos con la bobina sin núcleo: ___________ cm

Distancia a la que desaparecen los efectos cuando hay un núcleo en la bobina: __________ cm

Conclusiones: __________________________________________________________________

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6 V

ACTIVIDAD Nº 4.- BOBINAS EN CORRIENTE ALTERNA

Cuando la corriente eléctrica varía su dirección, también varía la orientación del campo magnético de la bobina. Como la corriente alterna varía su dirección a razón de 50Hz, el campo magnético de una bobina conectada a corriente alterna varía con la misma frecuencia.

Conecta el siguiente circuito (fíjate que ahora hay que conectar la bobina a las tomas de corriente alterna de 6 V):

500

a) Acerca el imán al centro de la bobina.

b) Colocando el mango de plástico sobre la carcasa de la bobina, impulsa al imán haciéndolo girar. c) Redacta por qué se comporta el imán de la forma en que lo hace.

RESULTADOS

Conclusiones: __________________________________________________________________

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A

Práctica Nº 2: GENERACIÓN DE CORRIENTE ELÉCTRICA

FUNDAMENTOS TEÓRICOS 1.- LEY DE FARADAY-LENZ

Al igual que una corriente eléctrica genera un campo magnético, la variación de un campo magnético cerca de un conductor induce sobre éste una corriente eléctrica. En esta generación se cumple:

- El sentido de la corriente inducida también responde a la regla de la mano derecha, pero esta corriente intenta generar un campo que se oponga a la variación del campo magnético.

- La tensión e intensidad son tanto mayores cuanto mayor es la variación de campo magnético y cuantas más espiras tengamos.

ACTIVIDAD Nº 1.- GENERACIÓN DE CORRIENTE

Conecta el siguiente circuito (fíjate que ahora no hay fuente de alimentación)

N = 500 N = 2000

a) Desplaza el imán por el interior de la bobina.

b) Comprueba en el galvanómetro la generación de corriente en sentidos opuestos dependiendo del movimiento del imán. Haz la comprobación con cada bobina (de 500 y de 2000 espiras).

c) Anota en la tabla de resultados los valores máximos que se alcanzan en el galvanómetro, tanto al introducir como al extraer el imán en cada una de las bobinas.

d) Explica cómo se genera la corriente y qué efecto tiene el número de espiras de la bobina.

RESULTADOS

Bobina Introducir polo N Extraer polo N Introducir polo S Extraer polo S

500 vueltas

A

B

C

D

E

α

I

A B

C D E

α

FUNDAMENTOS TEÓRICOS 2.- EL ALTERNADOR

Esta máquina transforma el movimiento que aplicamos a su eje (energía mecánica) en energía eléctrica.

Los imanes están fijos, pero las espiras del rotor están girando, lo que se traduce en una variación efectiva del campo magnético respecto al plano de la espira.

Cada extremo de la espira está conectado a un anillo. La superficie efectiva que la espira presenta al campo magnético tiene una función senoidal respecto a la dirección del campo magnético. Por lo tanto, la corriente que se induce sobre la espira tiene una forma senoidal:

En los alternadores reales las bobinas están fijas y se hace girar un electroimán por su interior.

ACTIVIDAD Nº 2.- FUNCIONAMIENTO DEL ALTERNADOR

a) Coloca las escobillas del generador en los extremos de cada anillo. b) A continuación conecta un diodo LED a los bornes del alternador.

c) Comprueba que el LED parpadea apreciablemente; explica por qué se produce el parpadeo. d) Explica por qué el LED ilumina sin importar el sentido de giro del alternador.

Conclusiones: ____________________________________________________

A

B

C

D

E

α

I

A

B C D E

α

I

Neta

1 vuelta

FUNDAMENTOS TEÓRICOS 3.- LA DÍNAMO

Para conseguir que la tensión sea continuase conectan los extremos de la espira a dos semianillos aislados entre sí llamados delgas. Con este artificio se consigue que la corriente siempre salga por la misma escobilla.

La corriente obtenida tiene este aspecto:

El conjunto de todas las delgas se denomina colector, y en las dínamos reales se aumenta el número de espiras y delgas hasta veinte con objeto de tener una corriente estabilizada.

ACTIVIDAD Nº 3.- FUNCIONAMIENTO DE LA DÍNAMO

a) Coloca las escobillas del generador en el centro de cada anillo. b) A continuación conecta un diodo LED a los bornes de la dínamo.

c) Comprueba que el LED parpadea mucho menos que con el alternador; explica por qué. d) Explica por qué ahora sí importa el sentido de giro de la dínamo

Práctica Nº 3: EL TRANSFORMADOR

CONOCIMIENTOS PREVIOS.- EL POLÍMETRO

Este aparato tiene unas sondas para ser conectadas en los puntos donde se va a medir, una rueda para seleccionar la función y una pantalla en la que aparece la medida.

La sonda negra se enchufa a la conexión marcada COM, y la roja a la marcada V/Ω.

Primero se coloca el selector en la magnitud que se va a medir. Es muy importante seleccionar correctamente el tipo de corriente pues, de lo contrario, el polímetro podría sufrir daños irreparables.

A continuación se selecciona el valor máximo que se prevé alcanzar, y se aplican las sondas para realizar la medición. Cuando en la pantalla aparece un cero a la derecha de la pantalla, la escala es demasiado grande, y habrá que seleccionar una menor. Si, por el contrario, aparece un uno a la izquierda de la pantalla, la escala seleccionada es demasiado pequeña.

ACTIVIDAD Nº 1.- MEDIDAS CON POLÍMETRO

a) Coloca el polímetro en la posición de medir voltaje en corriente alterna. Selecciona la escala más alta.

b) Anota el valor que se obtiene al introducir las sondas en el enchufe: _________________________

c) Coloca el polímetro en la posición de medir resistencia.

d) Anota en la tabla de resultados el valor de resistencia que se obtiene al tocar cada sonda con una mano. e) Calcula, mediante la Ley de Ohm, la intensidad que atravesaría tu cuerpo si recibieras una descarga eléctrica. Utiliza el voltaje obtenido anteriormente.

f) Vuelve a medir la resistencia tras humedecer las manos con agua. g) Calcula la intensidad con esta resistencia.

h) Repetid la práctica con todos los miembros del grupo.

Alumno/a:

Resistencia en seco:

Intensidad:

V

V

N

N

I

I

6 V

FUNDAMENTOS TEÓRICOS.- EL TRANSFORMADOR

El transformador es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica de un voltaje e intensidad en otra energía eléctrica de voltaje e intensidad diferentes. Su funcionamiento básico se basa en la generación de un campo magnético en virtud de la Ley de Biot y Savar por una bobina. Por la Ley de Faraday-Lenz, el campo magnético así generado induce una corriente eléctrica sobre otra bobina.

En condiciones ideales la relación de los voltajes viene dado por la relación:

V

V

N

N

=

En realidad no es así debido a una serie de pérdidas:

* Pérdidas en el cobre por efecto Joule, que se dan en todo conductor que tenga corriente. * Pérdidas en el hierro, tanto por la energía que absorbe el campo magnético oscilante como por

corrientes parásitas o de Foucault inducidas sobre el núcleo.

ACTIVIDAD Nº 2.- ACOPLAMIENTO DE BOBINAS

a) Conecta el siguiente circuito:

b) Comprueba y anota el voltaje real que da la fuente de alimentación. c) Anota en la tabla de resultados la tensión de salida en los siguientes casos:

1º) Colocando la bobina secundaria sobre la primaria.

2º) Colocando un núcleo de hierro macizo en el interior de las bobinas, con una sobre la otra. 3º) Colocando a la vez el núcleo de hierro macizo y el de chapas en el interior de las bobinas. 4º) Colocando las bobinas en el soporte en forma de U.

5º) Cerrando el circuito magnético.

6º) En la última columna, calcula el valor teórico si el rendimiento fuera del 100%. c) Repite las comprobaciones cuando la bobina primaria tiene 2000 espiras y la secundaria 500.

RESULTADOS

A

B

C

D

E

Práctica Nº 4: EL MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA

FUNDAMENTOS TEÓRICOS.- LEY DE LAPLACE

Cuando una carga eléctrica se mueve dentro de un campo magnético, está sometida a la denominada “Fuerza de Lorentz”, que es perpendicular al plano formado por las direcciones del campo magnético y de la velocidad de la carga, y su sentido viene determinado por la regla de la mano derecha. En el dibujo,

B indica la dirección del campo magnético, I la velocidad de la carga, y F la fuerza resultante. Este efecto se une a las atracciones y repulsiones entre polos magnéticos iguales o diferentes.

Con esto podemos conseguir que una espira gire entre dos imanes, con una máquina similar a la dínamo:

En la realidad los motores, salvo los de manualidades, no tienen imanes permanentes sino que están provistos de electroimanes.

ACTIVIDAD Nº 1.- CONEXIÓN DEL MOTOR

a) Conecta el motor a la fuente de alimentación y comprueba que se produce el giro. b) Varía el voltaje de alimentación y explica cómo varía la velocidad de giro. c) Deja solamente un imán en el motor y explica cómo le afecta y por qué. d) Retira todos los imanes del motor y explica cómo le afecta y por qué. e) Invierte las conexiones del motor y explica qué ocurre.

RESULTADOS

Conclusiones: __________________________________________________________________

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