laboratorio 8-2012
Transcript of laboratorio 8-2012
II.- FUNDAMENTO TEORICO:
El electromagnetismo es una rama de la física que estudia y unifica los fenómenos
eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos fueron sentados por
Michael Faraday y formulados por primera vez de modo completo por James Clerk
Maxwell. La formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales que
relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales
(corriente eléctrica, polarización eléctrica y polarización magnética), conocidas como
ecuaciones de Maxwell.
El electromagnetismo es una teoría de campos; es decir, las explicaciones y predicciones
que provee se basan en magnitudes físicas vectoriales o tensoriales dependientes de la
posición en el espacio y del tiempo. El electromagnetismo describe los fenómenos físicos
macroscópicos en los cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento,
usando para ello campos eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre las sustancias sólidas,
líquidas y gaseosas. Por ser una teoría macroscópica, es decir, aplicable sólo a un número
muy grande de partículas y a distancias grandes respecto de las dimensiones de éstas, el
electromagnetismo no describe los fenómenos atómicos y moleculares, para los que es
necesario usar la mecánica cuántica.
U.N.M.S.M. Experiencia Nº8
El electromagnetismo considerado como fuerza es una de las cuatro fuerzas
fundamentales del universo actualmente conocido.
III.- PROCEDIMIENTO:
Se realizarán diversos experimentos que permitirán sacar
conclusiones concretas sobre el campo magnético.
Informe Laboratorio de Física 2
U.N.M.S.M. Experiencia Nº8
Imagen tomada justo antes de realizar las experiencias
A continuación los experimentos realizados en el laboratorio:
Experimento: Campo magnético de un conductor:
Con una brújula se verificara el campo magnético de un conductor por el que
circula corriente.
Monte el siguiente arreglo experimental:
Informe Laboratorio de Física 3
U.N.M.S.M. Experiencia Nº8
Aleje el iman por lo menos 50 cm. De la brújula.
Anote la posición de la aguja magnética, la cual se ve determinada
básicamente por el campo magnético terrestre.
En la animación, pulse el botón STEP2 y complete la ultima conexión
como se indica. De este modo, por el conductor circulara una corriente de
aprox. 1A
Conectar y desconectar el cable solo para apreciar el efecto, no mantener
conectado porque se recalienta las resistencias del circuito.
¿Cómo se comporta la aguja imantada cuando se cierra el circuito
eléctrico Anote lo observado.
RPTA.: Cuando se cierra el circuito la aguja se mueve hacia la dirección
aproximada de las líneas de campo concéntricas al conductor.
Informe Laboratorio de Física 4
U.N.M.S.M. Experiencia Nº8
La aguja imantada de la brújula justo cuando se cierra el circuito
Experimento: Campo magnético de un conductor 2:
Se averiguara si es mayor el campo magnético de un bucle o de un conductor
si por ambos circula corriente. Se analizara si la polaridad de la corriente
ejerce alguna influencia.
Informe Laboratorio de Física 5
U.N.M.S.M. Experiencia Nº8
Modifique el arreglo anterior como se muestra a
continuación:
1. Juzgue la intensidad del campo magnético en el interior de un bucle
conductor, si por ambos circula corriente:
a. En el caso del bucle conductor la deflexión de la aguja es:
RPTA: Mas fuerte
Informe Laboratorio de Física 6
U.N.M.S.M. Experiencia Nº8
b. El campo magnético del conductor sin bucle es:
RPTA: Mas debil
Momento en que la brújula es puesta para realizar este
experimento
2. Permute los terminales del bucle conductor en la alimentación de corriente. Asi se modifica la polaridad de la corriente.
¿Qué efecto ejerce este cambio sobre el campo magnetico?
RPTA: El campo magnético al interior del bucle conductor se observa que cambia la polaridad.
Informe Laboratorio de Física 7
U.N.M.S.M. Experiencia Nº8
De igual manera que el anterior experimento NO MANTENER conectado porque se recalienta las resistencias del circuito.
Experimento: Verificacion del Campo magnético de una
bobina:
Las bobinas son conductores eléctricos arrollados y también presentan un
campo magnético.
Informe Laboratorio de Física 8
U.N.M.S.M. Experiencia Nº8
Con una brújula se analizará una bobina mientras por ella circula una
corriente al igual que cuando no se aplica ninguna corriente. En este caso, se
determinaran ciertas propiedades magnéticas y la forma de las líneas de
campo.
Monte el siguiente arreglo experimental:
Retire la brújula de su soporte y acerquela lentamente a la bobina.
Observe la orientación de la aguja de la brújula.
Complemente el arreglo experimental. La animación STEP2 muestra la
manera de hacerlo.
Mueva de nuevo la brújula alrededor de la bobina por la que ahora circula
corriente.
Observe la dirección de la corriente.
Informe Laboratorio de Física 9
U.N.M.S.M. Experiencia Nº8
¿Que se puede afirmar acerca de la orientación de la aguja de
brújula cuando se le coloca en diferentes posiciones alrededor de
la bobina sin corriente?
RPTA.: Podemos afirmar que cuando se coloca en diferentes posiciones
alrededor de la bobina la aguja magnética mantiene la dirección de norte
a sur.
Informe Laboratorio de Física 10
U.N.M.S.M. Experiencia Nº8
Momento en que la brújula se dispone a colocar según el experimento
inicialmente lo indica.
¿Qué se puede afirmar acerca de la orientación de la aguja de la
brújula cuando se la coloca en diferentes posiciones alrededor de
la bobina por la que circula corriente ? Anote lo observado.
RPTA.: Cuando colocamos la brújula del experimento en diferentes
posiciones alrededor de la bobina la brújula cambia de orientación cada
vez que se coloca en una nueva posición sobre la bobina.
Informe Laboratorio de Física 11
U.N.M.S.M. Experiencia Nº8
Se coloca la brújula en posiciones diferentes alrededor de la bobina para
esta parte del experimento
Observe el comportamiento de la aguja de la brújula en diferentes
posiciones con respecto a la bobina por la que circula corriente.
Por favor, ordene las siguientes afirmaciones:
A) ¿L a aguja de la brújula se orienta?
RPTA.: La aguja de la brújula se orienta en sentido paraleo a las líneas de campo magnético.
B) ¿Las líneas de campo describen un arco?
RPTA.: Las líneas de campo describen un arco del polo norte al
polo sur de la bobina
Informe Laboratorio de Física 12
U.N.M.S.M. Experiencia Nº8
Experimento: Efecto del nucleo de hierro
Con una brújula se analizará una bobina con núcleo de hierro, por la que circula corriente.
Se compararán las propiedades magnéticas de la bobina con y sin núcleo de hierro.
Monte el siguiente arreglo experimental:
Informe Laboratorio de Física 13
U.N.M.S.M. Experiencia Nº8
¿Qué puede afirmar acerca del comportamiento de la brújula
frente a una bobina con núcleo de hierro si se realiza una
comparación con lo que sucede cuando el núcleo se encuentra
ausente?
RPTA.: Podemos afirmar que la aguja se desvía mas fuertemente,
porque el campo magnético se refuerza con el núcleo de hierro y las
líneas de campos salen por los polos.
Preciso momento en que se coloca el nucleo de hierro en la bobina
Informe Laboratorio de Física 14
U.N.M.S.M. Experiencia Nº8
Experimento: Efecto dinámico magnético
Se verificara si una fuerza actúa sobre un imán que se introduce en una bobina.
Monte el siguiente arreglo experimental:
Introduzca y saque repetidamente el imán del devanado de la
bobina con corriente ¿Qué se siente?
RPTA.:
1. Dependiendo de la polaridad del iman permanente, este es
empujado al interior de la bobina o expelido del mismo.
2. Se siente notoriamente la presencia de fuerzas.
Experimento de Remanencia
Informe Laboratorio de Física 15
U.N.M.S.M. Experiencia Nº8
Se someterá un nucleo de hierro a la influencia de uin campo magnético y, a
continuación, se verificara su campo magnético residual. Luego se repetirá el
experimento con la polaridad invertida.
Monte el siguiente arreglo experimental:
Con un marcador o material adhesivo rojo marque un lado del nucleo de
hierro.
Informe Laboratorio de Física 16
U.N.M.S.M. Experiencia Nº8
Inserte y retire repetidamente el núcleo de hierro del interior de la bobina
por la que circula corriente. El punto rojo se dirige hacia abajo.
Saque el nucleo de hierro y analícelo con una aguja imantada.
a. ¿Conserva el nucleo de hierro propiedades magnéticas
después de que el campo ha actuado sobre el?
RPTA.:
Se verifica que el nucleo de hierro desvia ostensiblemente la aguja
imantada, por tanto posee un campommagnetico.
b. ¿Cuál polo queda en el extremo marcado con el punto rojo?
RPTA.:
El polo sur puesto que el extremo azul de la aguja de la brújula se ve
atraído.
Repita el experimento e introduzca y retire varias veces el núcleo de hierro
del interior de la bobina por la que circula corriente. Esta vez, el punto rojo se
debe dirigir hacia arriba. Retire el núcleo y vuelva a analizarlo con la aguja
magnética.
c. ¿Cuál polo queda ahora en el extremo marcado con el punto
rojo?
RPTA.:
El polo norte puesto que el extremo plateado de la aguja de la brújula se
ve atraído.
Experimento de Induccion 1:
Informe Laboratorio de Física 17
U.N.M.S.M. Experiencia Nº8
En una bobina sin núcleo se generará una tensión con el movimiento de un
imán permanente..
Dicha tensión se medirá con un voltímetro
Monte el siguiente arreglo experimental:
Abra el instrumento virtual voltímetro A del menú de instrumentos de
medición o pulse sobre la imagen del instrumento.
Realice los siguientes ajustes:
Rango: 0.5 V, DC
Display análogo
Conmutador giratorio en AV (visualización de valor medio)
Informe Laboratorio de Física 18
U.N.M.S.M. Experiencia Nº8
Conecte la bobina en un voltímetro. Introduzca y retire varias veces el imán
permanente del devanado de la bobina.
¿Qué se puede observar en el voltímetro? (Anote lo observado)
RPTA.:
Se observa que el voltimetro indica tanto tensión positiva, como negativa,
según el sentido del movimiento.
Cuanto mas rapido sea el movimiento, mayor sera la amplitud de la
tensión.
Montando el experimento según las indicaciones
Informe Laboratorio de Física 19
U.N.M.S.M. Experiencia Nº8
Introduciendo como indica el experimento en el devanado de la bobina el
iman varias veces con movimientos rapidos
Informe Laboratorio de Física 20
U.N.M.S.M. Experiencia Nº8
Experimento de Induccion 2:
Se variará el campo magnético sin realizar ningún movimiento, encendiendo
y apagando la corriente en una “bobina de campo”. Se observará la tensión
inducida en una segunda bobina y se medirá esta tensión con un voltímetro.
Monte el siguiente arreglo experimental:
Abra el instrumento virtual voltímetro y realice los siguientes ajustes:
Rango: 0.5 V, DC
Display análogo
Conmutador giratorio en AV (visualización de valor medio)
Dos bobinas se encuentran arrolladas alrededor del nucleó de hierro. La
bobina 1 está conectada al voltímetro. En la bobina 2 se conecta y desconecta
una corriente.
Informe Laboratorio de Física 21
U.N.M.S.M. Experiencia Nº8
¿Qué se puede observar en el voltímetro?
RPTA.:
1. Se observa que el voltimetro indica tanto tensión negativa como
positiva, dependiendo del estado de conexión.
2. Ademas la deflexión de l voltimetro es muy breve, a continuacionla
tensión vuelve a caer a cero.
Informe Laboratorio de Física 22
U.N.M.S.M. Experiencia Nº8
VI.- BIBLIOGRAFIA:
1. ¿Qué es el magnetismo?
González Arias, Arnaldo.
2001,122 Páginas -Rústica 1.635 9,83.
2. Electricidad y magnetismo
Serway, Raymond A.
1999
3. Electricidad y Magnetismo.
Varela, María Paloma.
2000, 219 Páginas
4. INTERNET: Sitios web de electricidad y magnetismo
http://www.gipuzkoa.ehu.es/p210-home/es/
http://www.fsc.ufsc.br/
Informe Laboratorio de Física 23