UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MANABÍ

INSTITUTO DE CIENCIAS BÁSICAS

D E P A R T A M E N T O D E F Í S I C A

LABORATORIO DE FÍSICA III

INFORME DE PRÁCTICA N° 5

TEMA: Aplicaciones del electromagnetismo

Autores:

Paralelo: “F”

Facilitador:

Ing. Rafael Diosdado Zambrano

Portoviejo – 2016

1.- TEMA: Aplicaciones del electromagnetismo

2.-RESUMEN

Una vez llegado al laboratorio el docente nos dio una pequeña inducción del tema,

posteriormente teníamos seis prácticas y empezamos a realizar cada una de las

prácticas entendiendo en que momentos trabaja el electromagnetismo.

3.-OBJETIVOS

3.1.-OBJETIVO GENERAL

Reproducir varios experimentos que dieron orígenes a las actuales teorías

del electromagnetismo

3.2.-OBJETIVO ESPECÍFICO

Analizar la disposición de las líneas del campo magnético

Observar el proceso de inducción de corriente mediante un campo

magnético

Observar los procesos de transformación de la energía mecánica en

eléctrica y viceversa.

4.-INFORMACION TEORICA

Electromagnetismo es una rama de la Física que estudia y unifica los fenómenos

eléctricos y magnéticos en una sola teoría, sus fundamentos fueron dados a

conocer por primera vez por Michael Faraday y formulados por primera vez de

forma completa 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.

Las explicaciones y predicciones que provee se basan en magnitudes físicas

vectoriales o tensoriales dependientes de la posición en el espacio y del tiempo,

por lo que se le considera una teoría de campos; es decir, que 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.

Esta considerado como fuerza es una de las cuatro fuerzas fundamentales del

universo actualmente conocido.

Desde la antigua Grecia se conocían los fenómenos magnéticos y eléctricos pero

no es hasta inicios del siglo XVII donde se comienza a realizar experimentos y a

llegar a conclusiones científicas de estos fenómenos. Durante este tiempo, grandes

hombres de ciencia como William Gilbert, Otto von Guericke, Stephen Gray,

Benjamin Franklin, Alessandro Volta entre otros investigaron estos dos

fenómenos de manera separada y llegando a conclusiones coherentes con sus

experimentos.

A principios del siglo XIX Hans Christian Orsted encontró evidencia empírica de

que los fenómenos magnéticos y eléctricos estaban relacionados. De ahí es que los

trabajos de físicos como André-Marie Ampère, William Sturgeon, Joseph Henry,

Georg Simon Ohm, Michael Faraday en ese siglo, son unificados por James Clerk

Maxwell en 1861 con un conjunto de ecuaciones que describían ambos fenómenos

como uno solo, como un fenómeno electromagnético.

Las llamadas ecuaciones de Maxwell demostraban que los campos eléctricos y los

campos magnéticos eran manifestaciones de un solo campo electromagnético.

Además describía la naturaleza ondulatoria de la luz, mostrándola como una onda

electromagnética. Con una sola teoría consistente que describía estos dos

fenómenos antes separados, los físicos pudieron realizar varios experimentos

prodigiosos e inventos muy útiles como la bombilla eléctrica por Thomas Alva

Edison o el generador de corriente alterna por Nikola Tesla. El éxito predicitivo

de la teoría de Maxwell y la búsqueda de una interpretación coherente de sus

implicaciones, fue lo que llevó a Albert Einstein a formular su teoría de la

relatividad que se apoyaba en algunos resultados previos de Hendrik Antoon

Lorentz y Henri Poincaré.

En la primera mitad del siglo XX, con el advenimiento de la mecánica cuántica, el

electromagnetismo tenía que mejorar su formulación con el objetivo de que fuera

coherente con la nueva teoría. Esto se logró en la década de 1940 cuando se

completó una teoría cuántica electromagnética o mejor conocida como

electrodinámica cuántica.

5.-MATERIALES Y EQUIPO

Limalla

Imanes naturales

Lámina de papel

Bobina

Cables de conexión

Multímetro digital

Rotor de electroimanes

Fuente de voltaje regulable

Yugo metálico en U

Yogo macizo metálico

Objetos metálicos

Bobina(motor eléctrico de imanes permanentes)

Soporte de base múltiple

Conjunto de aspas

Ventilador

6.-PROCEDIMIENTO

ACTIVIDAD 1 – LÍNEAS DEL CAMPO MAGNÉTICO Ilustración de las líneas del campo magnético creado por un imán natural

Objetivo: Observar la naturaleza de las líneas de campo magnético. Materiales: Limalla; Imanes naturales; Lámina de papel. Procedimiento: Ø Colocar la limalla uniformemente dispersa sobre la lámina; Ø Colocar la lámina sobre los imanes naturales; Ø Experimentar varias combinaciones de la polaridad de los imanes; Ø Ilustrar (dibujar) la disposición de las líneas de campo en la hoja de datos técnicos; Ø Registrar las observaciones para el informe.

ACTIVIDAD 2 – CORRIENTE INDUCIDA Inducción de corriente eléctrica mediante desplazamiento de un imán natural por una bobina (espira). Objetivo: Observar con la ayuda del multímetro la corriente inducida por un campo magnético de un imán natural que pasa por una bobina (espira). Materiales: Imán natural; Bobina; Cables de conexión; Multímetro digital.

Procedimiento: Ø Usar los cables de conexión para conectar la bobina al multímetro; Ø Seleccionar la escala de bajo amperaje que permita observar la corriente inducida; Ø Acercar el imán natural a la bobina y luego alejarlo observando el multímetro; Ø Repita la operación varias veces; Ø Realizar el esquema del circuito en la hoja de datos técnicos; Ø Registrar las observaciones para el informe.

ACTIVIDAD 3 – ELECTROIMÁN Generación de un campo magnético dentro de una bobina (espira) por la cual circula corriente. Objetivo: Crear un electroimán mediante la generación de campo magnético en un yugo macizo metálico ubicado en el interior de una bobina (espira) haciendo circular corriente por ella.

Materiales: Bobina; Yugo macizo metálico; Cables de conexión; Fuente de voltaje regulable; Objetos metálicos.

Procedimiento: Ø Usar los cables de conexión para conectar la bobina a la fuente de voltaje; Ø Ubicar el yugo macizo metálico dentro de la bobina; Ø Suministrar voltaje a la bobina con las debidas precauciones; Ø Observar el comportamiento del yugo macizo al acercar a él los objetos metálicos; Ø Realizar el esquema del circuito en la hoja de datos técnicos; Ø Registrar las observaciones para el informe.

ACTIVIDAD 4 – ENERGÍA ELÉCTRICA A PARTIR DE ENERGÍA MECÁNICA Generación de energía eléctrica (corriente inducida) mediante el movimiento de una bobina (espira) dentro de un campo magnético. Objetivo: Generar corriente eléctrica, aprovechando el movimiento provocado por el viento sobre un sistema eólico (generador eólico), el cual comprende una bobina instalada en un mismo eje con un conjunto de aspas que al recibir el viento giran haciendo girar la bobina dentro de un campo magnético induciendo la corriente. Materiales: Bobina (Motor eléctrico de imanes permanentes); Soporte de base múltiple; Conjunto de aspas; Cables de conexión; Ventilador; Fuente de voltaje regulable; Multímetro digital. Procedimiento: Ø Usar los cables de conexión para conectar: a. La bobina (Motor eléctrico) al multímetro (en la escala de bajo amperaje); b. El ventilador a la fuente de voltaje;

Ø Usar el soporte de base múltiple para ubicar el generador eólico frente al ventilador; Ø Suministrar voltaje al ventilador con las debidas precauciones observando el multímetro; Ø Realizar el esquema del circuito en la hoja de datos técnicos; Ø Registrar las observaciones para el informe.

ACTIVIDAD 5 – ENERGÍA MECÁNICA A PARTIR DE ENERGÍA ELÉCTRICA CON IMANES PERMANENTES Generación de energía mecánica (movimiento) mediante la interacción de los campos magnéticos de un rotor electroimán y un estator imán natural. Objetivo: Observar el proceso de transformación de energía eléctrica en energía mecánica (movimiento) mediante la interacción de un electroimán con un imán natural.

Materiales: Rotor de electroimanes (Bobina); Imán natural; Cables de conexión; Fuente de voltaje regulable; Multímetro digital. Procedimiento: Ø Usar los cables de conexión para conectar: a. El rotor de electroimanes (Bobina) a la fuente de voltaje; b. El multímetro en serie con el rotor y la fuente (en la escala de bajo amperaje); Ø Coloque el imán natural sobre el estator; Suministrar voltaje (6V) al rotor con las debidas precauciones observando el multímetro; Tome el voltaje en el rotor de electroimanes y registre en la hoja de datos técnicos; Realizar el esquema del circuito en la hoja de datos técnicos; Registrar las observaciones para el informe.

d. La fuente con las bobinas por el polo positivo y con el rotor por el polo negativo; Coloque el yugo metálico en U invertida dentro de las bobinas sobre el estator; Suministrar voltaje (6V) al rotor con las debidas precauciones observando el multímetro; Tome el voltaje en el rotor y en las bobinas, luego registre en la hoja de datos técnicos; Realizar el esquema del circuito en la hoja de datos técnicos; Registrar las observaciones para el informe.

ACTIVIDAD 6 – ENERGÍA MECÁNICA A PARTIR DE ENERGÍA ELÉCTRICA CON ELECTROIMANES Generación de energía mecánica (movimiento) mediante la interacción de los campos magnéticos de un rotor electroimán y un estator electroimán. Objetivo: Reproducir el proceso de transformación de energía eléctrica en energía mecánica (movimiento) mediante la interacción de electroimanes solamente. Materiales: Rotor de electroimanes (Bobina); Bobinas; Yugo metálico en U; Cables de conexión; Fuente de voltaje regulable; Multímetro digital. Procedimiento: Usar los cables de conexión para conectar: a. El rotor de electroimanes (Bobina) a la fuente de voltaje; b. Las bobinas entre sí en serie y con la fuente de voltaje; c. El multímetro en serie con las bobinas y con el rotor (en la escala de bajo amperaje); d. La fuente con las bobinas por el polo positivo y con el rotor por el polo negativo; Coloque el yugo metálico en U invertida dentro de las bobinas sobre el estator; Suministrar voltaje (6V) al rotor con las debidas precauciones observando el multímetro; Tome el voltaje en el rotor y en las bobinas, luego registre en la hoja de datos técnicos;

Realizar el esquema del circuito en la hoja de datos técnicos; Registrar las observaciones para el informe.

7.-TABULACION DE DATOS:

ACTIVIDAD 1 – LÍNEAS DEL CAMPO MAGNÉTICO

Se pudo observar que las líneas de campo magnético salen de los polos y cuando son iguales los polos chocan cuando son diferentes no se tocan.

ACTIVIDAD 2 – CORRIENTE INDUCIDA

La inducción de la corriente se da por la mano derecha y da una corriente y una fuerza, mientras esta el imán sin movimiento no hay corriente y cuando este en movimiento si la hay.

ACTIVIDAD 3 – ELECTROIMÁN

Se dice que si el campo magnético puede crear corriente entonces la corriente puede crear un campo magnético

ACTIVIDAD 4 – ENERGÍA ELÉCTRICA A PARTIR DE ENERGÍA MECÁNICA Se produce por el movimiento dentro la la bobina causado lo el giro de las aspas por el viento entre más fuerte sea el viento más rápido se moverán las aspas lo que provocara mayor corriente.

ACTIVIDAD 5 – ENERGÍA MECÁNICA A PARTIR DE ENERGÍA ELÉCTRICA CON IMANES PERMANENTES

Son motores eléctricos que utilizan la combinación de campos magnéticos de naturaleza permanente (Imanes) y campos magnéticos inducidos producidos por la corriente de excitación externa que fluye a través de los devanados del estator.

ACTIVIDAD 6 – ENERGÍA MECÁNICA A PARTIR DE ENERGÍA ELÉCTRICA CON ELECTROIMANES

La corriente otorga polaridad a la bobina lo que convierte a yugo metálico en u en un imán lo que produce que gire el motor y producir corriente eléctrica

8.-RESPUESTAS A LAS PREGUNTAS PLANTEADAS

PREGUNTAS:

1. Ilustre la disposición de las líneas de campo magnético

En esta imagen podemos observar como se presentan las líneas del campo eléctrico de un imán natural.

2. ¿Qué elemento facilita la inducción de la corriente?

El elemento que facilita la inducción de la corriente son los electrones.

3. ¿Cuál es el principio de funcionamiento de un electroimán?

Un electroimán, es un imán, que funciona como tal en la medida que pase corriente por su bobina. Dejan de magnetizar, al momento en que se corta la corriente. Un electroimán, es compuesto en su interior, por un núcleo de hierro. Núcleo al cual, se le ha incorporado un hilo conductor, recubierto de material aislante, tal como la seda o el barniz.

4. ¿Qué elementos deben interactuar para producir el giro en un motor eléctrico?

Los motores eléctricos se componen en dos partes una fija llamada estator y una móvil llamada rotor. Las cuales permiten que gire el motor eléctrico.

5. ¿Cómo se puede sustituir el imán natural en un motor eléctrico?

El imán natural en un motor eléctrico se sustituye mediante el cambio de polaridad.

6. ¿Cómo se puede transformar el movimiento en energía eléctrica?

Involucra varios teoremas, pero la idea general es que se induce un voltaje cuando este filamento o hilo conductor (embobinado), pasa a través de un Campo Magnético,(Estator), usando este concepto, la energía mecánica ( ya de turbinas, ya sea eólica, o el de las presas) mueven un rotor donde está el embobinado, que está sometido a un campo magnético ( estator por lo regular es con corriente directa porque se hace así un electroimán).

9.-CONCLUCIONES

De esta práctica podemos dar conclusión que el electromagnetismo es la ciencia encargada del estudio de las manifestaciones del magnetismo y la energía simultáneamente puesto que la corriente eléctrica produce un campo magnético muy parecido al producido por un imán.

El estudio del magnetismo se remonta a la observación de que “piedras” que se encuentras en la naturaleza y tienen la propiedad de atraer al hierro

Nosotros pudimos observar en nuestra práctica algunos artefactos y sus aplicaciones en el electromagnetismo ya que es de suma importancia en la vida cotidiana.

10.- BIBLIOGRAFÍA

Red, E. (s.f.). Ecu Red. Recuperado el 10 de Septiembre de 2016, de Electromagnetismo: https://www.ecured.cu/Electromagnetismo

11.-ANEXOS

Ilustración 1 Observando las líneas de campo magnético correspondiente a la actividad 1

Ilustración 2 Materiales con los que se realizaron las Actividades

Ilustración 3 integrante del grupo de laboratorio

Ilustración 4 Ilustración 3 integrante del grupo de laboratorio