Objetivos :

Campo Magntico

Campo Magntico

Carreras de IngenieraIII Ciclo

Electricidad y Magnetismo

Gua de Laboratorio4

Campo Magntico

.Equipos de Proteccin Personal y de las Instalaciones

Equipos de Proteccin Personal y de las Instalaciones

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CAMPO MAGNTICO

1. IntroduccinRESNICK & HALLIDAY (2007) seala, el magnetismo tiene aplicaciones prcticas de gran utilidad, desde, los imanes pequeos del refrigerador hasta la cinta magnticas para grabar y los discos de computadora. Los fsicos usan el magnetismo de los ncleos del tomo para obtener imgenes de los rganos internos del cuerpo humano. Las naves espaciales han considerado el magnetismo de la tierra y de otros planetas estudiando la estructura interna de stos.

2. Objetivos Identificar la produccin de campo magntico en diferentes aplicaciones. Medir la densidad de campo elctrico en bobinas y conexiones entre ellas.

3. Competencia

Valorar la importancia del campo magntico e identificar las aplicaciones que se pueden realizar.

4. Equipos, materiales y otrosNo DescripcinMarcaCant.

1Fuente de energa en AC/DC Labvolt1

2Balanza de corriente PASCO Scientific1

3Mdulo de resistencias Labvolt1

4Multmetro Digital Amprobe1

5Pinza AmperimetricaAmprobe AC50 A1

6Transformador monofsico Labvolt1

7Estator motor trifsico1

8Timbre elctrico1

9Par de bobinas de Helmholtz sobre placa base1

10Bobina de campo 100 mm 1

11Bobina con densidad de espiras variables1

12Sensor de campo magntico1

13Cables de conexinvarios

5. Orientaciones de Seguridad en el Taller Respete las recomendaciones del docente, los procedimientos de la gua y las indicadas en carteles de sealizacin. Use zapatos de seguridad durante su laboratorio. No energice sin la autorizacin del docente. A trmino de la clase ordene los equipos y el puesto de trabajo.

6. Procedimiento6.1. Campo magntico giratorioEs un campo magntico que rota a una velocidad uniforme y es generado a partir de corrientes elctricas alternas trifsicas. Fue descubierto por Galileo Ferraris en 1885, y es el fenmeno sobre el que se fundamenta el motor de corriente alterna.

Figura1El campo magntico giratorio.

Explique el principio de funcionamiento del campo magntico giratorio.

El estator del motor esta enrollado por bobinas de cobre que al recibir una corriente generada por la fuente crean campos magntico en norte y sur, que fluyen por los bordes de la parte interna del motor, el rotor al acercarse a los bordes internos es repelido y atrado hacia una direccin dependiendo la orientacin de su campo magntico.

6.2. El Timbre elctricoEs un dispositivo capaz de producir una seal sonora al pulsar un interruptor. Su funcionamiento se basa en fenmenos electromagnticos.Consiste en un circuito elctrico compuesto por unafuente de energa, un interruptor y un electroimn. La armadura del electroimn est unida a una pieza metlica llamada martillo, que puede golpear una campana pequea.

Figura2El timbre elctrico.

Explique el principio de funcionamiento del timbre elctrico

6.3. El transformadorSon mquinas estticas capaces de cambiar los valores de la tensin, est formado por un ncleo de material sensible al campo magntico, con un bobinado primario conectado a un generador y un bobinado secundario conectado al circuito de utilizacin.

Figura3Transformador monofsico

La tensin del bobinado primario V1 crea un campo magntico que recorre el circuito magntico y que induce una tensin V2 en el secundario. La relacin entre las tensiones se llama relacin de transformacin y viene dada por la expresin:

Explique el principio de funcionamiento del transformador elctrico

6.4. Campo magntico generado por las bobinas de Helmholtz

1. Realizar las conexiones en la bobina movible de las bobinas de Helmholtz segn la siguiente figura:

Figura4Generacin de campo magntico con Corriente Continua

2. Colocar el sensor de campo magntico en el soporte lateral.3. Mantener la corriente en un valor mximo de 3 Amperios.4. Medir la densidad de campo magntico en diferentes puntos a lo largo del eje de la bobina. Mover la bobina movible desde un extremo hacia el otro en lnea recta.

B (mT)

d (cm)

Figura5 Densidad de campo magntico en bobina con DC

5. Realizar las conexiones en las bobinas de Helmholtz tal como muestra la siguiente figura:

Figura6Generacin de campo magntico en bobinas con DC y con polaridades iguales.

6. Medir el campo magntico en diferentes puntos a lo largo del eje de la bobina. Mover la bobina movible junto con el sensor magntico, manteniendo a ste en el centro de la bobina. .

B (mT)Separacin de bobinas

d (cm)

Figura7 Densidad de campo magntico en bobina con DC con separacin menor y mayor a 6 cm.

7. Realizar las conexiones en las bobinas de Helmholtz tal como muestra la siguiente figura:

Figura8Generacin de campo magntico en bobinas con DC y polaridad inversa

8. Medir el campo magntico en diferentes puntos a lo largo del eje de la bobina. Mover la bobina movible junto con el sensor magntico, manteniendo a ste en el centro de la bobina. .

B (mT)Separacin de bobinas menor a 6 cm

d (cm)

Figura 9 Densidad de campo magntico en bobinas con DC con separacin menor y mayor a 6 cm.

1. Realizar las conexiones en una de las bobinas de Helmholtz tal como muestra la siguiente figura y alimentadas con AC.

Figura10Generacin de campo magntico con AC

2. Graficar la densidad de campo magntico en el interior de la bobina.

B (mT)

d (cm)

Figura11Densidad de campo magntico en bobina con AC

6.5Medicin de la dispersin de Campo Magntico. Utilizar la bobina cilndrica con densidad de espiras variable para medir la densidad de campo magntico con espiras separadas y juntas:

Figura12Circuito de bobina cilndrica con espiras variables

Densidad de campo (espiras separadas)

Densidad de campo (espiras juntas)

Explique los resultados

Observamos que el campo magntico es mayor en las espiras juntas , obteniendo as un campo magntico mximo de 1.23 en aproximadamente en 6 segundos , en comparacin con el resultado obtenido del campo magntico en espiras separadas es mucho menor , esto nos da que el campo es mayor a una menor distancia , cosa que es similar al campo elctrico de una carga

6.6Pruebas a un transformador

A. Prueba de continuidad en cada devanado del transformador

Use la escala ms baja del ohmmetro, mida y anote la resistencia de cada uno de los devanados del transformador que se muestra en la figura siguiente y complete el Cuadro 1.

Figura 13 Terminales del transformador.

TERMINALESRESISTENCIA ()EXISTE CONTINUIDADS o NO

1 a 233.5S

3 a 4112.5S

3 a 754.5S

7 a 841.7S

8 a 415.5S

5 a 634.0S

5 a 915.9S

9 a 617.9S

1 a 3InfinitoNo

7 a 9InfinitoNo

Cuadro1 Resistencia y continuidad en devanados de un transformador.

B. Clculo de la relacin de transformacin en un transformador

A continuacin, mida las tensiones del secundario, sin carga, cuando se aplica 120 VAC al devanado primario.

a. Conecte el circuito tal como se ilustra en la figura y solicite la aprobacin del profesor para encender la fuente.b. Ajuste la fuente de alimentacin a 120 VAC con el voltmetro V1. c. Mida y anote las tensiones de salida con el voltmetro V2, segn las indicaciones del Cuadro 2.

Figura 14 Medicin de la relacin de transformacin.

DEVANADOSRelacin de Transformacina = V1 / V2

PRIMARIO(V1)SECUNDARIO(V2)

1 - 2 = 120 V

3 - 4 = 2090.54

5 - 6 = 120.50.99

3 - 7 = 104.11.15

7 - 8 = 76.51.57

8 - 4 = 28.14.27

5 - 9 = 60.41.99

9 - 6 = 60.41.99

Cuadro 2 Relacin de transformacin.

CUESTIONARIO

1. Explique las curvas obtenidas en las experiencias con las bobinas de Helmholtz.

2. Los devanados 1 a 2 y 5 a 6 tienen 500 vueltas de alambre. El devanado 3 a 4 tiene 1000 vueltas. Calcule las siguientes relaciones de vueltas:

a)

b)

3. Cuntas espiras tendr el secundario de un transformador, si su relacin de transformacin es 1: 6 y el primario tiene 90 vueltas?

4. Cunto indicara un ampermetro si se conectara en el secundario del transformador de la pregunta anterior, sabiendo que el ampermetro del lado primario indica 2 mA?

7. Referencias Bibliogrficas(1) Resnick, R. y Halliday, D (2007). Fsica. Mxico: Grupo Editorial Patria. Vol. 2, 5ta. Ed. (pp.679-699)(2) Tipler, P. y Mosca, G. (2011). Fsica para la ciencia y la tecnologa. Barcelona, Espaa: Ed. Revert, 7ta Ed. Vol. 2. (pp. 801-838)

Rbrica

Competencia: Experimentar el comportamiento de los capacitores y valorar la importancia de sus aplicaciones prcticas.

Curso:Electricidad y MagnetismoCiclo:3

Actividad:Laboratorio4Campo MagnticoSemana:7 y 8

Nombre y apellido del alumno:Periodo:2014-1

Seccin:Fecha:Docente:

Documentos de Evaluacin

Laboratorio:XTaller:Proyecto:Trabajo:Otros:

CRITERIOS A EVALUACINExcelenteBuenoRequiere MejoraNo aceptable

LABORATORIO

Ejecuta la conexin y operacin de equipos e instrumentos elctricos.4320

Mide parmetros elctricos con precisin.4320

Realiza clculos matemticos y compara resultados de la experiencia.3200

Mide densidad de campo magntico utilizando adecuadamente los equipos3220

INFORME O TEST

Presenta informe o test (partes, puntualidad, ortografa, orden.)4320

ACTITUDES

Participa activamente y con seguridad (puntualidad, intervenciones,orden y limpieza).2100

Puntaje Total

Comentario al alumno:

DESCRIPCIN DE LA EVALUACIN

ExcelenteCompleto entendimiento y realizacin de la actividad, cumpliendo todos los requerimientos

BuenoEntiende y realiza la actividad cumpliendo la mayora de los requerimientos

Requiere mejoraBajo entendimiento de la actividad cumpliendo pocos de los requerimientos

No AceptableNo demuestra entendimiento de la actividad

1 de 1413 de 144 A

S

A

VDC

A

4A

VDC

S

A

4A

VDC

S

A

4A

VAC

S

3

7

8

4

5

9

V2

6

1

2

V1