Laboratorio de Electricidad y Magnetismo

Práctica de Laboratorio N°4

Campo Magnético

INFORME Integrantes:

HUERTA ZARZOSA, Jorge

TENAZOA RAMÍREZ, Carlos

Sección: EL-3-C Mesa: 11

Profesor: Vera Pomalaza, Rafael

Semana 4

Fecha de realización: 8 de mayo

Fecha de entrega: 10 de junio

INTRODUCCIÓN

Desde siempre todos los seres humanos utilizamos fuerzas magnéticas.

Están en el corazón de los motores eléctricos, cinescopios de televisión,

hornos de microondas, altavoces (bocinas), impresoras y unidades lectores

de discos. Los aspectos más familiares del magnetismo son aquellos

asociados con los imanes permanentes, que atraen objetos de fierro que no

son magnéticos, y que atraen o repelen otros imanes. Ejemplo de esta

interacción es la aguja de una brújula que se alinea con el magnetismo

terrestre. No obstante, la naturaleza fundamental del magnetismo es la

interacción de las cargas eléctricas en movimiento. Entonces las fuerzas

magnéticas sólo actúan sobre cargas que se mueven.

Si bien las fuerzas eléctricas y magnéticas son diferentes entre sí, las fuerzas

magnéticas al igual que las fuerzas eléctricas también ocurren en dos etapas

según el campo. En primer lugar, una carga o conjunto de cargas en

movimiento (es decir, una corriente eléctrica) producen un campo

magnético. Luego, una segunda corriente o carga en movimiento responde

a ese campo magnético con el estudio de cómo las cargas y corrientes en

movimiento producen campos magnéticos.

En este informe explicaremos la producción de campo magnético en varias

aplicaciones que se realizaron en el laboratorio. Además se explicará cómo

medir experimentalmente la densidad de campo eléctrico en bobinas y

conexiones entre ellas y luego se realizará una comparación de los valores

teóricos y los experimentales obtenidos, especificando las posibles fuentes

de error.

RESULTADOS

CAMPO MAGNÉTICO GIRATORIO

Se puede obtener de dos formas, bien moviendo un imán de campo

magnético constante o bien alimentando un electroimán con una corriente

variable. Mucho más eficaz, este segundo medio se emplea en los

transformadores, aparatos concebidos para modificar las tensiones

eléctricas.

Fue el propio Michael Faraday , desde 1831, quien experimentó con su

principio colocando dos bobinas de hilo conductor una junto a la otra. La

primera, o bobina primaria, se dispone de modo que su eje coincida con el

de la segunda, o bobina secundaria. Cuando una corriente alterna alimenta

el circuito de la bobina primaria, ésta engendra un campo magnético,

variable en el tiempo, en el seno de la bobina secundaria, donde se crea un

campo eléctrico y, por tanto, una corriente inducida; la bobina secundaria

se comporta así como un generador eléctrico. El cociente de las tensiones

en los bornes de las dos bobinas es igual al cociente de sus números de

espiras. Ajustando el número de espiras es posible, pues, transformar la

tensión eléctrica. De esa manera se pasa de los centenares de miles de

voltios de la corriente que circula por las torres de transporte a los 220

voltios caseros.

EL TIMBRE ELÉCTRICO

El timbre eléctrico está formado por una fuente de energía, un interruptor

y un electroimán. La armadura del electroimán está unida a una pieza

llamada martillo. Al cerrar el interruptor, la corriente circula por el

enrollamiento del electroimán y este crea un campo magnético en su

núcleo y atrae la armadura. El martillo, sólida a la armadura, golpea la

campana produciendo el sonido. Al abrir el interruptor cesan la corriente y

el campo magnético del electroimán, y un resorte devuelve la armadura a

su posición original para interrumpir el sonido.

Para conseguir que el martillo golpee la campana repetidamente mientras

el interruptor esté cerrado, y no una sola vez, se sitúa un contacto eléctrico

en la armadura que actúa como un interruptor. Así, cuando a armadura es

atraída por el electroimán, se interrumpe el contacto, cesa la corriente en

el electroimán y la armadura retrocede a su posición original. Allí vuelve a

establecerse el contacto eléctrico, con lo que el electroimán vuelve a atraer

a la armadura, y así sucesivamente.

El TRANSFORMADOR

Los transformadores de potencia se usan extensivamente en aplicaciones

de los sistemas eléctricos de potencia para elevar o reducir el voltaje en los

sistemas de distribución, se pueden usar también para aislar un circuito de

otro y para prevenir corrientes excesivas que puedan dañar un motor

durante el arranque, etc. Aun cuando los transformadores no tienen partes

en movimiento, se deben monitorear para evitar calentamiento excesivo

debido a sobrecargas, cortocircuitos internos, presencia de corrientes

armónicas y señales de deterioro en el aislamiento.

Cuando dos bobinas se arreglan, una con respecto a la otra, de manera que

todo o parte del flujo magnético producido de corriente en una bobina,

pase a través de la ventana de la otra bobina, se dice que se tiene un

TRANSFORMADOR. La bobina que se conecta a la fuente de alimentación

se denomina PRIMARIO y la otra bobina se le denomina SECUNDARIO, la

fuente de corriente alterna (C.A.) produce un flujo magnético alterno en el

primario, parte del cual pasa a través de la ventana al secundario y se le

conoce como el flujo disperso.

En los transformadores prácticos, como los mostrados en la figura, el núcleo

de hierro contiene al flujo y lo guía de una bobina a otra, el resultado es

menor dispersión y, por lo tanto, pasa un mayor flujo al secundario, a éste

flujo que pasa se le conoce como flujo mutuo. Como diseño, los

transformadores se pueden construir del llamado tipo columna o del tipo

núcleo acorazado, como diseño es más simple el transformador tipo nucleó,

pero el llamado tipo acorazado tiene la ventaja de menor flujo disperso.

Campo Magnético generado por bobinas de Helmholtz (exp 6.4)

Se determinó la densidad de campo magnético en diferentes puntos a

lo largo del eje de la bobina:

Figura 2: Densidad del campo magnético en bobina DC (B vs d)

Se realizaron las conexiones en las bobinas y se midió el Campo

magnético en diferentes puntos a lo largo del eje de la bobina tal y como

se muestra:

Figura 3. Medición de campo magnético

Con una separación menor a 6cm

Figura 5. Separación de bobinas mayor a 6 cm.

Generación de campo magnético en bobinas con DC y polaridad inversa

Se invirtió la polaridad y se midieron los puntos a lo largo del eje de las

bobinas.

Se realizan las conexiones en las bobinas de Helmholtz tal y como

muestra la siguiente figura:

A 4A

VDC

S

Con una separación mayor a 6cm. Valor 21cm

Figura 4. Separacion de bobinas menor a 6 cm.

Se realiza la siguiente conexión en una de las bobinas de Helmholtz,

alimentadas con AC

A 4A

VAC

S

Figura: Generación de campo magnético

Medición de la dispersión de campo magnético

Densidad de campo (espiras separadas)

0.358 mT

Densidad de campo (espiras juntas) 1.275 mT

Si las espiras están juntas el campo magnético se incrementa, por el

contrario si se separan las espiras el campo magnético se dispersa.

Pruebas a un transformador

Prueba de continuidad en cada devanado del transformador:

TERMINALES RESISTENCIA () EXISTE CONTINUIDAD

SÍ o NO

1 a 2 37.9 si

3 a 4 119.1 si

3 a 7 57.4 si

7 a 8 44.6 si

8 a 4 17.0 si

5 a 6 32.7 si

5 a 9 15.7 si

9 a 6 17.0 si

1 a 3 00 no

7 a 9 00 no

Cuadro1: Resistencia y continuidad en devanados de un transformador.

Relación de transformación en un transformador:

DEVANADOS Relación de

Transformación

a = V1 / V2

PRIMARIO

(V1)

SECUNDARIO

(V2)

1 - 2 = 120 V

3 - 4 = 185.9 0.645

5 - 6 = 107.8 1.113

3 - 7 = 93 1.290

7 - 8 = 67.64 1.774

8 - 4 = 24.97 4.805

5 - 9 = 53.87 2.227

9 - 6 = 53.76 2.232

Cuadro 2 Relación de transformación.

Nota: Los datos de la experiencia de la relación de transformación de un

transformador fueron hechos en clase y no son copia de ningún otro grupo

Cuestionario

1

5=

𝑁1

𝑁2=

30

𝑁2 ⟶ 𝑁2 = 150 espiras

3.- ¿Cuántas espiras tendrá el secundario de un transformador, si su

relación de transformación es 1: 6 y el primario tiene 90 vueltas?

1

6=

𝑁1

𝑁2=

90

𝑁2 ⇾ 𝑁2 = 540

4.- ¿Cuánto indicaría un amperímetro si se conectara en el secundario

del transformador de la pregunta anterior, sabiendo que el

amperímetro del lado primario indica 2 mA?

𝑽𝟏

𝑨𝟏=

𝑽𝟐

𝑨𝟐 ⟶

𝑽𝟏

𝑽𝟐=

𝟏

𝟔=

𝟐

𝑨𝟐 ⟶ 𝑨𝟐 = 𝟏𝟐𝒎𝑨

CONCLUSIONES

Se pudo identificar la producción de campo magnético en diferentes

aplicaciones.

Se midió la densidad de campo eléctrico en bobinas y conexiones

entre ellas obteniendo mínimos porcentajes de error al comparar los

datos teóricos con los experimentales.

APLICACIONES

Trenes de levitación magnética.

Esta clase de trenes no se movilizan en contacto con los rieles, pues van

“flotando” a unos centímetros sobre ellos a causa de la existencia de una

fuerza de repulsión electromagnética.

Timbres

Al presionar el interruptor de un timbre, una corriente eléctrica transita por

un electroimán originado por un campo magnético que atrae a una especie

de martillo que golpea una campanita interrumpiendo el circuito, lo que

produce que el campo magnético desaparezca y la barra vuelva a su

posición original. Este proceso se repite y da origen al sonido que se escucha

Motor eléctrico

La transformación de la electricidad en movimiento es lo que ocurre en el

motor eléctrico. Esta posee dos partes básicas: un estator y un rotor. El

estator es un imán fijo entre cuyos polos se ubica la bobina y el rotor es la

parte móvil y está formado por varias bobinas.

Transformador.

Dispositivo que nos permite disminuir o aumentar el voltaje de una

corriente alterna. Posee dos bobinas enrolladas en torno a un núcleo. Por

la bobina primaria transita una corriente con un voltaje que se quiere

transformar, originando un campo magnético variable en el núcleo. Esto

produce una corriente alterna en la otra bobina (secundaria), donde la

corriente sale transformada.

Grabación magnética

Este tipo de grabación se realiza en cintas magnéticas, discos flexibles

(floppy disks) y discos duros. Estos poseen material magnético de alta

permeabilidad alrededor del cual pasa una corriente por un alambre y El

campo magnético en la brecha magnetiza el medio magnético en dirección

del campo.

Resonancia Magnética Nuclear

Es una técnica de espectroscopia para análisis que consiste en que si un

núcleo atómico de un protón que posee espín es puesto en un campo

magnético fuerte, su momento magnético procesa alrededor de la

dirección del campo. La componente del momento en el eje definido por el

campo está cuantizada, o sea, toma solamente valores discretos.

BIBLIOGRAFÍA

Resnick, R. (1999). Física Vol.2. 3° edición. El campo magnético (pp.

159-164). México D.F: Compañía editorial continental S.A.

Sears. Zemansky (2009). Física Universitaria con física moderna Vol.2.

12° edición. Campo magnético y fuerzas magnéticas (pp. 916-929).

México D.F: PEARSON EDUCACIÓN.

Barandiarán, J (2003). El magnetismo en la vida cotidiana [en línea].

Recuperado el 10 de junio del 2014, de:

http://magnes.we.lc.ehu.es/barandiaran/Barandiaran_-

_El_magnetismo_en_la_vida_cotidiana_-_RSBAP_2003.pdf