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