“PRACTICA”

PRESENTADO POR:

VAZQUEZ PARRA MIGUEL ROBERTO ESQUIVEL MENDEZ CRISTIAN SANTOS RAMIREZ SALVADOR GRUPO “B” SEMESTRE “5°”

LICENCIATURAEN: INGENIERÍA MECATRÓNICA

DE LA ESPECIALIDAD EN: TRONCO COMÚN

DOCENTE: ING. LUIS ANGEL MARTINEZ CABRERA

Teziutlán, Puebla; AGOSTO de 2015

Instituto Tecnológico Superior de Teziutlán

INDICE

Contenido INDICE .............................................................................................................................................................. 2

INTRODUCCION ............................................................................................................................................... 3

MARCO TEORICO ............................................................................................................................................. 4

Fuerza electromagnética ............................................................................................................................... 5

DESARROLLO ................................................................................................................................................. 12

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ..................................................................................................................... 15

INTRODUCCION EN ESTA PRACTICA SE OBSERVARON SEMEJANZAS ENTRE LOS IMANES

REALES Y ARTIFICIALES, ASI COMO EL COMPORTAMIENTO DEL FLUJO MAGNETICO PRODUCIDO POR CADA

IMAN. NO OBSTANTE SE MUESTRAN A CONTINUACION FUNDAMENTOS CIENTIFICOS QUE DEMUESTRAN

Y AFIRMAN LO QUE SE REALIZO EN LA PRACTICA, ILUSTRANDO CADA UNO DE ELLOS.

MARCO TEORICO El electromagnetismo es la parte de la electricidad que estudia la relación entre los fenómenos eléctricos y los fenómenos magnéticos. Los fenómenos eléctricos y magnéticos fueron considerados como independientes hasta 1820, cuando su relación fue descubierta por casualidad. Así, hasta esa fecha el magnetismo y la electricidad había sido tratada como fenómenos distintos y eran estudiados por ciencias diferentes. Sin embargo, esto cambió a partir del descubrimiento que realizó Hans Christian Oersted, observando que la aguja de una brújula variaba su orientación al pasar corriente a través de un conductor próximo a ella. Los estudios de Oersted sugerían que la electricidad y el magnetismo eran manifestaciones de un mismo fenómeno: las fuerzas magnéticas proceden de las fuerzas originadas entre cargas eléctricas en movimiento.

Una corriente que circula por un conductor genera un campo magnético alrededor del mismo. El valor del campo magnético creado en un punto dependerá de la intensidad del corriente eléctrico y de la distancia del punto respecto el hilo, así como de la forma que tenga el conductor por donde pasa la corriente eléctrica. El campo magnético creado por un elemento de corriente hace que alrededor de este elemento se creen líneas de fuerzas curvas y cerradas. Para determinar la dirección y sentido del campo magnético podemos usar la llamada regla de la mano derecha.

La regla de la mano derecha nos dice que utilizando dicha mano, y apuntando con el dedo pulgar hacia el

sentido de la corriente, la curvatura del resto de dedos nos indicará el sentido del campo magnético

En el caso de un hilo conductor rectilíneo se crea un campo magnético circular alrededor del hilo y perpendicular a él.

Cuando tenemos un hilo conductor en forma de espira, el campo magnético será circular. La dirección y el sentido del campo magnético depende del sentido de la corriente eléctrica.

Cuando tenemos un hilo conductor enrollado en forma de hélice tenemos una bobina o solenoide. El campo magnético en su interior se refuerza todavía más en existir más espiras: el campo magnético de cada espira se suma a la siguiente y se concentra en la región central.

Espira por la cual circula una corriente, esta corriente genera un campo magnético a su alrededor

Una aplicación muy común de las bobinas es utilizarlas como electroimanes. Este tipo de electroimanes consiste en una bobina, por donde circula una corriente eléctrica, y un núcleo ferromagnético, colocado en el interior de la bobina. Cuando por la bobina circula una corriente eléctrica, el núcleo de hierro se convierte en un imán temporal. Cuantas más espiras tenga la bobina, mayor será su campo magnético. Fuerza electromagnética Cuando una carga eléctrica está en movimiento crea un campo eléctrico y un campo magnético a su alrededor. Así pues, este campo magnético realiza una fuerza sobre cualquier otra carga eléctrica que esté situada dentro de su radio de acción. Esta fuerza que ejerce un campo magnético será la fuerza electromagnética. Si tenemos un hilo conductor rectilíneo por donde circula una corriente eléctrica y que atraviesa un campo magnético, se origina una fuerza electromagnética sobre el hilo. Esto es debido a que el campo magnético genera fuerzas sobre cargas eléctricas en movimiento. Si en lugar de tener un hilo conductor rectilíneo tenemos un espiral rectangular, aparecerán un par de fuerzas de igual valor pero de diferente sentido situadas sobre los dos lados perpendiculares al campo magnético. Esto no provocará un desplazamiento, sino que la espira girará sobre sí misma.

Espira rectangular girando de un campo magnético

La dirección de esta fuerza creada se puede determinar por la regla de la mano izquierda. Si la dirección de la velocidad es paralela a la

dirección del campo magnético, la fuerza se anula y la trayectoria de la partícula será rectilínea.

Si la dirección de la velocidad es perpendicular al campo magnético la fuerza vendrá dada por la expresión:

Y si esta fuerza es perpendicular al plano formado por la velocidad y el campo magnético, la partícula entonces describirá una trayectoria circular.

Si la dirección de la velocidad es oblicua a la del campo magnético, la partícula describirá una trayectoria en espiral.

Para el estudio de la electricidad nos basta con este modelo aproximado del átomo, con sus partículas elementales (electrón, protón y neutrón). Los protones son de carga eléctrica positiva y se repelen entre sí. Los electrones son de carga eléctrica negativa y se repelen entre sí. Los neutrones no tienen carga eléctrica. Entre los electrones y los protones se ejercen fuerzas de atracción. Puesto que los electrones giran a gran velocidad alrededor del núcleo existe también una fuerza centrípeta que tiende a alejar del núcleo a los electrones. Entre dichas fuerzas se establece un equilibrio, de tal manera que los

electrones giran en las órbitas y no son atraídos por los protones del núcleo y tampoco se salen de sus órbitas.

Aplicación

Hemos establecido que las cargas eléctricas se desplazan libremente dentro de los conductores, y hemos verificado que cargas del mismo signo se repelen entre sí. Estas dos afirmaciones nos permiten deducir que en un cuerpo conductor las cargas se dispondrán lo más alejadas entre sí que resulte posible, es decir, en la superficie y, de preferencia en las partes convexas.

En esta experiencia hemos verificado que las hojuelas externas se separan, y las internas no se han movido: la jaula tiene cargas en su superficie exterior, y carece de ellas en la interior.

La Ley de cargas enuncia que las cargas de igual signo se repelen, mientras que las de diferente signo se atraen; es decir que las fuerzas electrostáticas entre cargas de igual signo (por ejemplo dos cargas positivas) son de repulsión, mientras que las fuerzas electrostáticas entre cargas de signos opuestos (una carga positiva y otra negativa), son de atracción.

El átomo está constituido por protones con carga positiva (+), electrones con carga negativa (-) y neutrones, unidos por la fuerza atómica.

La fuerza que ejercen las respectivas cargas de protones y electrones se representan gráficamente con líneas de fuerza electrostática.

La Electrostática se ocupa del estudio de las interacciones entre cargas eléctricas en reposo.

La historia de la electricidad nos cuenta que las primeras experiencias relativas a los fenómenos eléctricos se refieren a la observación de que cuando ciertos materiales se frotan unos contra otros, adquieren la propiedad de atraer otros objetos (electrización por frotamiento).

Se dice que dichos cuerpos han adquirido una nueva propiedad, denominada electricidad, en virtud de la cual pueden ejercer un nuevo tipo de fuerzas: las interacciones o fuerzas eléctricas.

También se suele de decir que dichos cuerpos han adquirido carga eléctrica o se han cargado eléctricamente.

Experimentos simples permiten deducir las siguientes propiedades relativas a las interacciones eléctricas:

a) las interacciones eléctricas son mucho más intensas que las interacciones gravitatorias;

b) Las cargas eléctricas pueden ser positivas o negativas.

c) Las interacciones entre cargas eléctricas pueden ser atractivas o repulsivas: Cargas del mismo signo se repelen y cargas de signo contrario se atraen. La carga eléctrica neta de un cuerpo es la suma algebraica de sus cargas positivas y negativas; un cuerpo que tiene cantidades iguales de electricidad positiva y negativa (carga neta cero) se dice que es eléctricamente neutro.

Propiedades de la carga eléctrica

Como ya vimos, se define la carga eléctrica como la propiedad de la materia en virtud de la cual es capaz de ejercer fuerzas de tipo eléctrico. Se designa habitualmente por la letra q.

La carga eléctrica constituye una medida de la intensidad de las fuerzas eléctricas que un cuerpo es capaz de ejercer.

También se suele decir que la carga eléctrica constituye una medida de la cantidad de electricidad de un cuerpo.

Principio de conservación de la carga: en todos los procesos que ocurren en un sistema aislado, la carga total permanece constante.

Cuantificación de la carga: la carga eléctrica no aparece en cualquier cantidad, sino en múltiplos enteros de una unidad fundamental o cuanto. La unidad fundamental de carga es la carga eléctrica del electrón.

Estructura atómica: las propiedades eléctricas de los cuerpos se pueden entender de forma simple teniendo en cuenta la estructura eléctrica de los átomos que constituyen la materia. Todo proceso de transferencia de carga se puede entender como un proceso de transferencia de electrones entre los átomos de dos cuerpos.

Cuando se transfieren electrones por frotamiento, decimos que los cuerpos se cargan por frotamiento (electrización por frotamiento), mientras que cuando los electrones se transfieren por contacto directo, decimos que los objetos se cargan por contacto (electrización por contacto).

Ya en el año 1785 era conocida la forma como interactuaban las partículas cargadas. Esto fue propuesto por el físico e ingeniero francés Charles Agustín de Coulomb, y expresado en la ley que lleva su nombre.

Trozos de ámbar, "electrón" para los griegos.

Un rayo, poderosa descarga electrostática.

Además, en su honor fue bautizada la unidad de carga eléctrica en el sistema MKS: el Coulomb o Culombio (C).

La mencionada ley de Coulomb establece que la fuerza entre dos cuerpos cargados es directamente proporcional a la carga de ambos cuerpos e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos; y además, la fuerza va en la dirección de una línea recta imaginaria que une ambos cuerpos.

Ver: PSU: Física, Pregunta05_2005

En la forma, esta ley de Coulomb para las interacciones eléctricas es muy semejante a la ley de la gravitación universal para las interacciones gravitatorias: en ambos casos la fuerza entre dos cuerpos es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa; la

fuerza es proporcional al producto de las cargas en el caso de las fuerzas eléctricas, y proporcional al producto de las masas en el caso de las fuerzas gravitatorias.

Sin embargo, existen algunas diferencias importantes entre ambas: mientras todas las masas se atraen, las cargas eléctricas son —como ya vimos— de dos tipos (positivas y negativas), y las fuerzas entre ellas pueden ser de atracción (si las cargas son de signo contrario) o de repulsión (si las cargas son del mismo signo); las interacciones eléctricas son mucho más intensas que las interacciones gravitatorias: las fuerzas eléctricas suelen ser 1.036 hasta 1.040 veces mayores que las fuerzas gravitatorias.

De hecho, las interacciones eléctricas son las responsables de las interacciones en átomos y moléculas, mientras que la interacción gravitatoria resulta ser demasiado débil para justificar estas estructuras: la interacción eléctrica es del orden de magnitud requerido para producir el enlace entre átomos para formar moléculas, o el enlace entre electrones y protones para formar átomos.

Cuando una partícula de carga q y masa m se sitúa en un campo eléctrico E. la fuerza eléctrica ejercida

sobre la carga es:

𝐹𝑒 =𝐸→𝑞

Tendidos para conducir la electricidad.

Nicola Tesla (1856-1943), con sus inventos puso la

electricidad al servicio del hombre.

En este caso la segunda ley de newton aplicada a la partícula produce:

𝐹𝑒 =𝐸→𝑞= 𝑚𝑎

(INTERCENTRES)

Donde m es la masa de la partícula y por tanto, la aceleración de la partícula está dada por:

𝑎 =𝐸𝑞

𝑚

Si E es uniforme es decir, constante en magnitud y dirección, entonces la aceleración es constante. Como

podemos observar en la ilustración 1, Si la partícula tiene una carga positiva, la aceleración está en la

dirección del campo eléctrico. Si la partícula tiene carga negativa, entonces la aceleración es en la

dirección opuesta del campo eléctrico. (Serway)

Entonces esto mismo sucede al realizar el experimento con el globo y la lata. Si vemos a la lata como una

carga puntual positiva y en el globo un campo eléctrico uniforme, la lata estaría bajo una aceleración

constante en la dirección del campo, tal y como podemos observar en la ilustración 2 e ilustración 3.

Ilustración 1. Sentido y dirección de una partícula según su carga con respecto al campo

+ + + + +

E

Ilustración 2. Una carga puntual positiva q en un campo eléctrico uniforme q está bajo una aceleración constante Q.

---- --- --- --- ---

-----

Ilustración 3. Lata como una carga puntual positiva y en el globo un campo eléctrico uniforme, la lata estaría bajo una aceleración constante en la dirección del campo

DESARROLLO

MATERILAES:

EMBOBINADO

MATERIAL FERROMAGNETICO

FUENTE DE PODER

IMAN NATURAL

LIMADURA DE HIERRO

HOJAS DE PAPEL

CELULAR

COMPUTADORA

CEREBRO

PRCEDIMIENTO:

EN EL LABORATOROIO DE EL INSTITUTO TECNOLOGICO DE TEZIUTLAN SE REALIZO LA PRACTICA DE IMAN

NATURAL Y ARTIFICIAL A CONTINUACION SE MUESTRAN LAS FOTOS DE DICHA PRACTICA.

En esta imagen podemos observar el comportamiento del flujo magnético de un imán natural.

En esta imagen podemos apreciar el comportamiento

de tres imanes naturales en el cual los flujos magnéticos se unen los unos con los otros

En esta imagen con dos imanes le dos polos

diferentes en los cuales se aprecia muy bien cómo es que se unen las líneas magnéticas

en esta imagen se realizó con un electroimán el cual

mostraba un flujo más débil en el cual se aprecia un poco menos con 10 v.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Sudoku, M. Elementos de electromagnetismo. (2ª ed.). México: Cecas... Braun, E. Electromagnetismo: de la ciencia a la tecnología. (3ª ed.). México: Fondo de Cultura Económica... Chong, D., Morales Peajes, E. & Sebastián Franco, J. Fundamentos de electromagnetismo para ingeniería...

México: Addison-Wesley Pongan... Krause, J., Félix, D. & García Hernández, A. Electromagnetismo con

aplicaciones. (5ª ed.). México: McGraw-Hill...