Ley de Induccion de Faraday - Universidad Estatal de Milagro PDF

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Explica varios temas tratados de los cuales siento que servira de gran ayuda para aquella persona que necesite de este documento...

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FACULTAD DE CIENCIAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA LABORATORIO VIRTUAL Asignatura: Electricidad y Magnetismo

1. Título de la práctica de Laboratorio:

LEY DE INDUCCIÓN DE FARADAY__ Integrantes

Código

Kattya Alejandra Ramos Mejía María Belén Villalta Zambrano Dayanna del Rocío Moreira Edy Armando Segarra Guevara Emely Itamar Miers Suarez

2. OBJETIVOS: General: •

Analizar con base en una simulación las variables implicadas en la inducción magnética.

Específicos: •

Observar el funcionamiento en la inducción magnética.

•

Consultar las aplicaciones de la ley de inducción de Faraday.

3. REFERENTES CONCEPTUALES Y MARCO TEÓRICO: Sears & Zemansky (2009) definen la ley de inducción de Faraday como: "... La f.e.m. inducida en una espira cerrada es igual al negativo de la tasa de cambio del flujo magnético a través de la espira con respecto al tiempo."

6

FACULTAD DE CIENCIAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA La permutación de la integral de superficie y la derivada temporal se puede hacer siempre y cuando la superficie de integración no cambie con el tiempo. Por medio del teorema de Stokes puede obtenerse una forma diferencial de esta ley:

Ésta es una de las ecuaciones de Maxwell, las cuales conforman las ecuaciones fundamentales del electromagnetismo. La ley de Faraday, junto con las otras leyes del electromagnetismo, fue incorporada en las ecuaciones de Maxwell, unificando así al electromagnetismo. En el caso de un inductor con N vueltas de alambre, la fórmula anterior se transforma en:

Donde ε representa es la fuerza electromotriz inducida y la tasa de variación temporal del flujo magnético Φ. La dirección de la fuerza electromotriz (el signo negativo en la fórmula) se debe a la ley de Lenz.

4. ACTIVIDADES PREVIAS AL LABORATORIO: Ejemplo: El campo magnético entre los polos de un electroimán es uniforme en cualquier momento, pero su magnitud se incrementa a razón de 0.020 T/s. El área de la espira conductora en el campo es de 120 , y la resistencia total del circuito, incluyendo el medidor, es de 5.0 Ω. Encuentre la f.e.m. inducida y la corriente inducida en el circuito.

Ejemplo tomado de Sears & Zemansky. (2004).

1. En base en el ejemplo mostrado anteriormente, mantenga constante la resistencia total del circuito y la variación del campo magnético. realice el procedimiento para calcular la f.e.m. inducida y la corriente inducida completando la tabla 1. Luego realice en papel milimetrado una gráfica de f.e.m. Inducida en función del área de la espira y expliqué cómo varía. [0.5/5.0]

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TABLA 1: Área de la espira vs f.e.m. inducida y Área de la espira vs corriente.

Área ( 0.012 0.024 0.036 0.048

)

f.e.m. inducida (V) 2.4 x 10 -4 4.8 x 10 -4 7.2 x 10 -4 9.6 x 10 -4

Área ( 0.012 0.024 0.036 0.048

)

Corriente del circuito (A) 4.8 x 10 -5 9.6 x 10 -5 1.44 x 10 -4 1.92 x 10 -4

2. En base en el ejemplo mostrado anteriormente, mantenga constante la resistencia total del circuito y el área de la espira. realice el procedimiento para calcular la f.e.m. inducida y la corriente inducida completando la siguiente tabla. Luego realice en papel milimetrado una gráfica de f.e.m. Inducida en función la variación de campo magnético y expliqué cómo varía. [0.5/5.0]

FACULTAD DE CIENCIAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA TABLA 1: Variación de flujo magnético vs f.e.m. inducida y Variación de flujo magnético vs corriente.

Incremento de B (T/s) 0.02 0.03 0.07 0.09

Incremento f.e.m. inducida (V) de B (T/s) 0.02 0.03 0.067 0.09

5. MATERIALES y PROCEDIMIENTO

Corriente del circuito (A) 4.8 x 10-5 7.2 x 10-5 1.68 x 10-4 3.6 x 10-4

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1) Encienda su computador y acceda al siguiente enlace: https://phet.colorado.edu/es/simulation/faraday 2) Active el submenú: Bobina inducida; identifique el panel y las propiedades que muestra la plataforma. 3) Active la fuerza de la barra imantada al 100% traslade continuamente el imán alrededor de la bombilla y la espira, diga qué nota. El voltaje inducido es directamente proporcional a la velocidad con la que cambia el flujo magnético. 4) Desarrolle el ciclo PODS para explicar qué sucede si traslada continuamente de forma horizontal el imán dentro de la espira, diga qué nota y qué diferencias encuentra en el encendido de la bombilla con relación al numeral anterior, explique a que se debe esa diferencia. [0.25/5.0] Ya que el voltaje inducido es directamente proporcional a la velocidad con lo que cambia el flujo magnético, al aumentar su velocidad aumentaría el voltaje a la espira.

5) Ubique el imán en el centro de la espira, déjelo estático diga qué nota y explique el porqué, luego en el panel derecho de clic continuamente en la opción invertir polaridad sin mover el imán, diga qué nota y qué diferencias encuentra en el encendido de la bombilla con relación a los dos numerales anteriores, explique a qué se debe esa diferencia. [0.25/5.0] Si dejamos el imán en reposo, observaremos que no se va a generar ningún tipo de corriente ya que esto se debe al principio fundamental de que para que exista corriente debe de haber

FACULTAD DE CIENCIAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA una variación de campos magnéticos, es decir, que el imán entra en la bobina con una carga muy diferente a la que tiene la bobina por lo que le movimiento de sus átomos genera la intensidad que podemos medir el amperímetro.

6) En el panel de la bobina inducida active 3 vueltas en ella, luego ubique el imán en el centro de la espira, déjelo estático y en el panel derecho de clic continuamente en la opción invertir polaridad sin mover el imán, desarrolle el ciclo PODS para explicar qué nota y qué diferencias encuentra en el encendido de la bombilla con relación al numeral anterior, explique a qué se debe esa diferencia. [0.25/5.0] La intensidad de la corriente eléctrica que se induce en una bobina es directamente proporcional al numero de espiras y a la intensidad del campo magnético que interacciona con estas puras al invertir la polaridad rápidamente esta variando el campo magnético con relación al tiempo generando asi una mayor intensidad de corriente inducida. En la prueba anterior se dejó el imán estático al no variar el campo este no genera intensidad de corriente por esa razón no enciende la bombilla.

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7) Active el submenú: Transformador; Identifique el panel derecho y las propiedades que muestra y adecúelas de la siguiente forma: 4 Vueltas del electroimán, 3 vueltas en la bobina inducida y 100% de área. desarrolle el ciclo PODS para explicar que sucede si traslada continuamente el electroimán alrededor de la bombilla y la espira. [0.25/5.0] El electroimán al tener una carga eléctrica por medio de la batería se puede ver que la generación de la electricidad es mucho mayor debido a la intensidad de corriente que genera en campo magnético en el electroimán, cuanto mayor sea, mayor campo magnético tendremos y mayor corriente tendremos inducida en nuestra bobina.

8) Traslade continuamente de forma horizontal el electroimán dentro de la espira, diga qué nota y qué diferencias encuentra en el encendido de la bombilla con relación al numeral anterior, explique a que se debe esa diferencia. [0.25/5.0] Solo se genera la intensidad de corriente cuando existen variaciones en los campos magneticos. Al traslador el electroiman dentro de la espira se genera un aumento en la intensidad de corriente inducida a nuestra bobina.

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9) Ubique el electroimán en el centro de la espira, déjelo estático diga qué nota y explique el porqué de lo observado, luego en el panel de derecho de clic active la opción C.A. en la fuente de alimentación, diga qué nota y qué diferencias encuentra en el encendido de la bombilla con relación al numeral anterior, explique a que se debe esa diferencia. [0.25/5.0]

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6. ANÁLISIS CUANTITATIVO Y CUALITATIVO 1. Active el submenú: Generador; Identifique el panel derecho y las propiedades que muestra y adecúelas de la siguiente forma: Barra imantada 100% de Fuerza, 1 vuelta y 20% en área de la espiral 2. Desarrolle el ciclo PODS para explicar que sucede si activa al máximo el flujo de agua en la llave, y observa lo que sucede con la bombilla, explique a qué se debe lo que observa. [0.5/5.0]

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3. En el panel derecho y las propiedades que muestra y adecúelas de la siguiente forma: Barra imantada 100% de Fuerza, 3 vueltas y 20% en área de la espiral 4. Active al máximo el flujo de agua en la llave, y observe lo que sucede con la bombilla, qué diferencias encuentra en el encendido de la bombilla con relación al numeral anterior, explique a que se debe esa diferencia. [0.5/5.0]

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5. En el panel derecho y las propiedades que muestra y adecue las variables de la siguiente forma: Barra imantada 100% de Fuerza, 3 vueltas y 100% en área de la espiral. 6. Active al máximo el flujo de agua en la llave, y observe lo que sucede con la bombilla, qué diferencias encuentra en el encendido de la bombilla con relación al numeral anterior, explique a qué se debe esa diferencia. [0.5/5.0]

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7. Investigue, describa y explique 3 artefactos electrónicos cuyo funcionamiento utilice la ley de inducción de Faraday. [0.25/5.0] Transformador Dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia.

Generador Al principio de este articulo se describe un generador de corriente continua elemental, consistente en una espira que penetra en un campo magnético. Este generador carece de utilidad práctica.

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Motor eléctrico Relacionado con el generador está el motor eléctrico, en el cual lo que se hace es girar un electroimán (el rotor) en el interior del campo magnético creado por otros electroimanes (el estador). Haciendo que el rotor circule una corriente alterna se puede conseguir una rotación continua.

Freno magnético Otra aplicación directa de la ley de Faraday es su uso en frenos magnéticos. Estos no se basan, como podría pensarse, en la atracción magnética sobre una pieza de hierro o acero.

FACULTAD DE CIENCIAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA 7. CONCLUSIONES [0.5/5.0] El fenomeno de la induccion magnetica: La corriente electrica inducida surge en un conductor en reposo dentro de un campo magnetico variable con el tiempo o en un conductor que se mueve dentro de un campo magnetico estacionarlo, da tal modo que siempre varie el numero de lineas de induccion magnetica que atraviesa el circuito. La induccion magnetica observada por Faraday, muestra que tambien es posible obtener corriente electrica mediante un mecanismo mecanico. (Movimiento relativo de un iman y una bobina o solenoide). Este gran hallazgo dio origen al mundo que hoy conocemos partiendo de principios basicos.

8. Bibliografía [0.25/5.0] http://laplace.us.es/wiki/index.php/Ley_de_Faraday_(GIE)#Generador http://espaciociencia.com/ley-de-faraday-induccion-electromagnetica/...