Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física IIIIII
UNIVERSIDAD NACIONA MA!OR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, DECANA DE AMERICA) AMERICA)
FACU"AD DE CIENCIAS F#SICAS A$ORA"ORIO DE EEC"RICIDAD ! MA%NE"ISMO
Decano
Ms. Máximo Poma Torres
Coordinador de DAI
Ms. !"cas Alvarado Pinedo
#e$e del !a%ora&orio de 'sica III
!ic. iviano Miramira Ti"la
Man"al de !a%ora&orio de 'sica III *+ ava Edicin
DAI - C - UNMM
Direcci&n y edici&n general iviano Miramira Ti"la A"/"rio 0avala Tr"1illo 2il%er&o 3ac&a4o 3ac&a4o Arn"l$o 2"ill5n 2"evara
6"eda ro7i%ida la rerod"ccin &o&al o arcial de la resen&e o%ra sin consen&imien&o exreso del a"&or, con arre/lo a la le/islacin vi/en&e nacional re sec&o a Derec7os de A"&or
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Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física IIIIII
Índice Metas de aprendizaje del manual de laboratorio de electricidad y magnetismo
Exeri Exerienc encia ia N8 N8 *
Car/a Car/ass el5 el5c&r c&rica icass 4 c"ero c"eross ele elec&r c&ri9a i9ados dos
Exerien Exeriencia cia N8 N8 :
Uso de ins&r" ins&r"men& men&aci acin n 4 ma&er ma&eriale ialess en elec&r elec&ricid icidad ad
Exe Exeri rien enci cia a N8 N8 ;
Cam Camo o el5 el5c& c&ri rico co
Exeriencia N8 +
!e4 de <7m
Exe Exeri rien enci cia a N8 =
Po&e Po&enc ncia ia el5 el5c& c&ri rica ca
Exe Exeri rien enci cia a N8 >
Resi Resis& s&en enci cia a varia varia%l %le e
Exeri Exerienc encia ia N8 ? Conde Condensa nsador dores es Exeri Exerienc encia ia N8 @
El "en&e "en&e de 7ea&s 7ea&s&on &one e
Exeri Exerienc encia ia N8 N8 B
Camo Camo ma/n5 ma/n5&ic &ico o &erre &erres&r s&re e
Exerien Exeriencia cia N8 * Ind"ccin Ind"ccin elec&ro elec&roma/n ma/n5&ica 5&ica 4 &rans$o &rans$ormad rmadores ores
!ima, A%ril A%ril del :*?
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Metas de Aprendizaje del manual de Laboratorio de Física III !os D
El a,rendi-a.e de/
I0 CORRIEN"E CON"INUA El c"rso &ransmi&e conocimien&os %ásicos de &ecnolo/'a de corrien&e con&in"a. Al resec&o, los los &emas &emas cen& cen&ral rales es sonG sonG la rela relaci cin n en&re en&re &ensin, corrien&e 4 resis&encia el5c&ricas (le4 de <7m) <7m) al i/"al i/"al F"e la dis& dis&ri ri%"c %"ci in n de la corrien&e 4 la &ensin en el circ"i&o de corrien&e con&in"a (le4es de Hirc77o$$). Una m"l&ilicidad de exer xerim imen en&o &oss %asa %asado doss en circ circ"i "i&&os el5c&ricos, el5c&ricos, con resis&encias resis&encias con$i/"radas con$i/"radas en serie 4 en aralelo, al i/"al F"e com%inaciones en&re en&re es&as es&as dos con$i/" con$i/"rac racion iones, es, a4"dan a4"dan a il"s&rar los con&enidos &ericos.
"ncionamien&o 4 arovec7amien&o de la elec&ricidad Modelo a&mico Ma/ni&"des el5c&ricas %ásicasG carga, tensión y corriente Circ"i&os el5c&ricos sencillos Resis&encia el5c&rica Medicin de corrien&e 4 &ensin en el circ"i&o el5c&rico !e4 de <7m !e4es de Hirc77o$$ Análisis de circ"i&os de resis&encias sencillos (c irc"i&os en serie 4 en aralelo) De&erminacin de la resis&encia or medio de "n circ"i&o "en&e Po&encia el5c&rica "ncionamien&o de las resis&encias varia%les o%ina 4 condensador en el circ"i&o de corrien&e con&in"a Camo ma/n5&ico Circ"i&o de corrien&e al&erna
II0 MA%NE"ISMO ! EEC"ROMA%NE"ISMO EEC"ROMA%NE"ISMO. En es&e c"rso se adF"irirán conocimien&os &ericos 4 rác&icos so%re el &ema Ma/ne&ismo 4 elec&roma/ne&ismo. Como ar&e cen&ral del c"rso se reali9arán exerimen&os con imanes, %o%inas 4 o&ros comonen&es imor&an&es, en los c"ales se anali9ará s" $"ncionamien&o, comor&amien&o 4 e$ec&os. de los comonen&es.
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Contenidos de a,rendi-a.e/ · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
Es&"dio de imanes ermanen&es 4 ma&eriales ma/n5&icos Análisis del e$ec&o dinámico ma/n5&ico Análisis de olos ma/n5&icos Medicin del camo ma/n5&ico de "n cond"c&or or el F"e circ"la corrien&e Exlicar la in&ensidad del camo 4 el $l"1o ma/n5&ico Es&"dio de las l'neas de camo Reconocer 4 exlicar las di$erencias en&re "na %o%ina sin núcleo 4 con núcleo Descri%ir el camo de "na %o%ina Jeri$icar la remanencia Exlicar la ind"ccin elec&roma/n5&ica Reali9ar 4 exlicar la ind"ccin con "n cond"c&or 4 "n núcleo en movimien&o Conocer el e$ec&o F"e se rod"ce al encender 4 aa/ar "na ind"c&ancia Exlicar la $"er9a de !oren&9. Anali9ar 4 exlicar el rinciio 4 la es&r"c&"ra del &rans$ormador Comrender 4 "&ili9ar el rel5 Anali9ar el $"ncionamien&o del in&err"&or de lámi nas 4 "&ili9arlo Comrender el rinciio del a"&oenclavamien&o. Mon&ar 4 oner en $"ncionamien&o "n circ"i&o de con&rol con a"&oenclavamien&o Comrender el $"ncionamien&o del sensor de e$ec&o Kall 4 conocer el circ"i&o de alicacin
III0 CORRIEN"E A"ERNA !a corrien&e denominada al&erna (C.A.), F"e se di$erencia de la corrien&e con&in"a or el cam%io cons&an&e de olaridad F"e e$ec&úa or cada ciclo. !a carac&er's&ica rincial de "na corrien&e al&erna es F"e d"ran&e "n ins&an&e de &iemo "n olo es ne/a&ivo 4 el o&ro osi&ivo, mien&ras F"e en el ins&an&e si/"ien&e las olaridades se invier&en &an&as veces como ciclos or se/"ndo o 7er&9 osea esa corrien&e. En Circuitos de corriente alterna con condensadores se es&"dia el comor&amien&o de las resis&encias, condensadores 4 %o%inas de&erminando la Caaci&ancia e Ind"c&ancia.
Contenido de a,rendi-a.e · · · · · ·
El condensador como almacenador de ener/'a De&erminacin de la caacidad de "n condensador con el m"l&'me&ro Me&raKi& De&erminacin de la caacidad en "n divisor de &ensin RC !a Ind"c&ancia almacenamien&o de ener/'a L resis&encia 7mica De&erminacin de la ind"c&ancia en "n divisor de &ensin R! Circ"i&os con ind"c&ancias en serie 4 en aralelo
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Cargas El2ctricas y Cuer,os Electri-ados E3,eriencia N4 ' *. O$5E"IVOSG *. Comro%ar exerimen&almen&e la exis&encia de "na de las roiedades de la ma&eria llamada car/a el5c&rica. :. Exerimen&ar con la elec&ri$icacin de los c"eros median&e las diversas $ormas. ;. Jeri$icar la in&eraccin elec&ros&á&ica e n&re car/as de i/"a l si/no 4 de si/nos o"es&os. +. Conocer el $"ncionamien&o 4 los rinciios $'sicos de "n /enerador Elec&ros&á&icomáF"ina de ims7"rs& 4 e l /enerador de Jan de 2raa$$.
*67 MA"ERIAES El eF"io de elec&ros&á&ica U@+B*= cons&a de "n &a%lero de des&ellos, c"%ier&a de elec&rodos es$5ricos, r"eda con "n&a, %arra de $riccin de lás&ico, con clavi1ero de + mm, soor&e de desi&o , rodamien&o de a/"1as con clavi1a de conexin , soor&e con /anc7o ara 5nd"lo do%le de %oli&as de saúco, clavi1a de conexin en an&alla de seda en varilla, &ro9os de m5d"la de saúco , &a%lero de %ase en clavi1a de conexin 4 carril de rodamien&o con %olas, cadenas de conexin, es$era cond"c&ora de ; mm de diáme&ro, con clavi1a de conexin, c"%ier&a con elec&rodos de "n&a, ie de soor&e, varilla de soor&e aislada, con man/"i&os de soor&e 4 de conexin 4 1"e/o de camanas. P5nd"los de &ecnoor& - Elec&roscoio - arras de ace&a&o 4 vinili&a -
i/"ra. *. Paos de al/odn, seda 4 lana.
i/"ra.:. arras de ace&a&o, vinili&o 4 vidrio.
-
MáF"ina de ims7"rs&, modelo U*=;*.
-
2enerador de Jan de 2raa$$
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i/"ra. ;. Elec&roscoio.
i/"ra. +. P5nd"lo el5c&rico
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+67FUNDAMEN"O "9ORICO6 e a&ri%"4e a Tales de Mile&o (>+=+@ A.C.) 7a%er o%servado F"e "n &ro9o de ám%ar $ro&ado con "n ao o "na iel adF"iere la roiedad de a&raer c"eros livianos. . 2il%er& (*=+ *>;) comro% F"e no slo el ám%ar al ser $ro&ado a&ra'a c"eros li/eros, sino &am%i5n lo 7ac'an m"c7os o&ros c"eros como el vidrio, la e%oni&a, la resina el a9"$re, e&c. C"ando s"cede es&o se dice F"e el c"ero 7a sido elec&ri9ado or $ro&amien&o. Ace&amos F"e 7a aarecido en ellos "na can&idad de elec&ricidad o "na cier&a car/a el5c&rica F"e es la ca"san&e de las a&racciones, o re"lsiones en&re ellas. Exis&en dos &ios de car/as el5c&ricas. e comr"e%a exerimen&almen&e F"e c"eros con car/as el5c&ricas de i/"al &io se reelen, mien&ras F"e los de &io dis&in&o se a&raen. !os dos &ios de car/as el5c&ricas exis&en&es son denominadas car/as osi&ivas 4 car/as ne/a&ivas. A "n c"ero F"e no es&5 car/ado el5c&ricamen&e se el denomina c"ero elec&ros&á&icamen&e ne"&ro, en es&e caso decimos F"e &iene i/"al nú mero de car/as de am%os &ios.
%ENERADOR EEC"ROS":"ICO/ M:;UINA DE
!a máF"ina de ims7"rs& es "n /enerador elec&ros&á& ico de al&o vol&a1e desarrollado en&re *@@ 4 *@@; or el inven&or %ri&ánico #ames ims7"r s& (*@;: *B;). El /enerador elec&ros&á&ico sirve ara /enerar al&as &ensiones cons&an&es, no son eli/rosas al con&ac&o.
Par&es del 2enerador Elec&ros&á&icoG (*) Disco de acr'lico con lacas de es&ao El /enerador elec&ros&á&ico cons&a de dos discos de cris&al acr'lico, de i/"al &amao, mon&ados so%re "n e1e 7ori9on&al, aralelamen&e, 4 con escasa dis&ancia en&re s'. (:) !is&n de aislamien&o, el c"al se enc"en&ra a&ornillado al e1e. (;) arra de elec&rodos, Os&as se enc"en&ran conec&ados con las %arras de elec&rodos, c"4os ex&remos &ienen $orma de do%le es$era 4 en&re las F"e se e$ec&úa la descar/a de c7isas. (+) o&ellas de !e4den. (=) in&err"&or de aislamien&o. (>) Cond"c&or &ransversal con inceles de me&al !a cara ex&erna de los discos es&á oc"ada circ"larmen&e or 7o1as de es&ao. ren&e a cada disco, se 7a $i1ado al e1e "n cond"c&or &ransversal, /ira%le, con dos inceles de me&al, F"e $ro&an las 7o1as de es&ao.
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(?) Es&ri%o con esco%illas. Para la &oma de corrien&e se emlean dos esco%illas $i1adas a "n es&ri%o, en el ex&remo del lis&n de aislamien&o. !a dis&ancia en&re las esco%illas 4 los discos es re/"la%le, 4 de%e ser de al/"nos mil'me&ros. (@) Palanca de acolamien&o ara conexin de las %o&ellas de !e4den. FuncionamientoG a1o los inceles, las car/as osi&ivas o ne/a&ivas de las 7o1as de es&ao del disco * e1ercen "na in$l"encia so%re las del disco '6 3 es&as, or o&ra ar&e, in$l"encian las car/as de las 7o1as de es&ao del disco *, c"ando es&as asan or el incel F"e se enc"en&ra en$ren&e. !as car/as son en&onces a%sor%idas or las esco%illas 4 se cond"cen, ara s" descar/a, a las %arras de elec&rodos o las %o&ellas de eyden or medio de las es$eras cond"c&oras. !a lon/i&"d de las c7isas deende del diáme&ro del d isco.
%ENERADOR EEC"ROS":"ICO> M:;UINA DE VAN DE %RAAFF/ El /enerador de Van de %raa@@ %V% es "n aara&o "&ili9ado ara crear /randes vol&a1es. En realidad es "n elec&r$oro de $"ncionamien&o con&in"o. e %asa en los $enmenos de elec&ri9acin or con&ac&o 4 en la ind"ccin de car/a. Es&e e$ec&o es creado or "n camo in&enso 4 se asocia a la al&a densidad de car/a en las "n&as. El rimer /enerador elec&ros&á&ico $"e cons&r"ido or Ro%er& #emison Jan de 2raa$$ en el ao *B;* 4 desde en&onces no s"$ri modi$icaciones s"s&anciales.
E3isten dos modelos bBsicos de generador G a) El F"e ori/ina la ioni9acin del aire si&"ado en s" ar&e in$erior, $ren&e a la correa, con "n /enerador ex&erno de vol&a1e ("n aara&o di$eren&e conec&ado a la red el5c&rica 4 F"e crea "n /ran vol&a1e) %) El F"e se %asa en el e$ec&o de elec&ri9acin
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or con&ac&o. En es&e modelo el mo&or ex&erno slo se emlea ara mover la correa 4 la elec&ri9acin se rod"ce or con&ac&o. Podemos moverlo a mano con "na manivela 4 $"nciona i/"al F"e con el mo&or. En los dos modelos las car/as creadas se deosi&an so%re la correa 4 son &ransor&adas 7as&a la ar&e in&erna de la cú"la donde, or e$ec&o ar ada4, ada4, se desla9an desla9an 7as&a la ar&e ex&erna de la es$era F"e "ede se/"ir /anando más 4 más 7as&a conse/"ir "na /ran car/a.
Consta de/ Figura *0 '. Una es$era me&álica 7"eca en la ar&e s"erior. *. Una col"mna aislan&e de ao4o F"e no se ve en el diseo de la i9F"ierda, ero F"e es necesaria ara soor&ar el mon&a1e. +. Dos rodillos de di$eren&es ma&erialesG el s"erior, F"e /ira li%re arras&rado or la correa 4 el in$erior movido or "n mo&or conec&ado a s" e1e. (. Dos eines me&álicos (s"erior e in$erior) ar a ioni9ar el aire. El in$erior es&á conec&ado a &ierra 4 el s "erior al in&erior de la es$era. 1. Una correa &ransor&adora de ma&erial aislan&e (el ser de color claro indica F"e no lleva comonen&es de car%ono F"e la 7ar'an cond"c&ora). 8. Un mo&or el5c&rico mon&ado so%re "na %ase aislan&e c"4o e1e &am%i5n es el e1e del cilindro in$erior. En l"/ar del mo&or se "ede oner "n en/rana1e con manivela ara mover &odo a mano. Funcionamiento Figura 7+0 Una correa &ransor&a la car/a el5c&rica F"e se $orma en la ioni9acin del aire or el e$ec&o de las "n&as del eine in$erior 4 la de1a en la ar&e in&erna de la es$era s"erior. El in&enso camo el5c&rico F"e se es&a%lece en&re el rodillo 4 las "n&as del eine si&"adas a "nos mil'me&ros de la %anda, ioni9a el aire. !os elec&rones del eine no a%andonan el me&al ero el $"er& er&e camo amo creado ado arranca elec& ec&rones al aire convir&i5ndolo en lasma cond"c&or e@ecto Corona7 4 al ser reeli reelido do or las "n&as "n&as se convie convier&e r&e en vien&o vien&o el5c&r el5c&rico ico ne/a&ivo.
arte su,erior !as "n&as del eine se v"elven osi&ivas 4 las car/as ne/a&ivas se van 7acia el in&erior de la es$era. Un /enerador de Jan de 2raa$$ no $"nciona en el vac'o. !a e$icacia deende de los ma&eriales de los rodillos 4 de la correa. El /enerador "ede lo/rar "na car/a más al& a de la es$era si el rodillo s"erior se car/a ne/a&ivamen&e e ind"ce en el eine car/ car/as as osi osi&i&iva vass F"e F"e crea crean n "n $"er $"er&e &e cam camo o $ren $ren&e &e a 5l 4 con&ri%"4en a F"e las car/as ne/a&ivas se va4an 7acia la ar&e in&e in&erna rna de la es$e es$era ra.. El e$ec e$ec&o &o es F"e F"e las las ar& ar&'c 'c"l "las as de aire aire car/adas ne/a&ivamen&e se van al eine 4 le ceden el elec&rn F"e asa al in&erior de la es$era me&álica de la cú "la F"e adF"iere car/a ne/a&iva. Por el e$ec&o arada4 (F"e exlica or F"5 se car/a &an %ien "na es$e es$era ra 7"ec 7"eca) a) &oda &oda la car/ car/a a asa asa a la es$e es$era ra 4 se ree reele le si&"ándose en la cara ex&erna. 2racias a es&o la es $era si/"e
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car/ándose 7as&a adF"irir "n /ran / ran o&encial 4 la ca r/a asa del eine al in&erior.
(67 ROCEDIMIEN"O/ A. U%iF"e en la mesa de &ra%a1o en la osicin más adec"ada la máF"ina de ims7"rs& 4 Jan De 2raa$$. $. Exerimen&e la In&eraccin en&re las %arras car/adas 4 la es$era de &ecnoor& F"e es&á s"sendida en el 5nd"lo el5c&rico
A7' MaHuina de . De&ermine la olaridad olaridad del /enerador /enerador elec&ros&á&i elec&ros&á&ico co or medio de "n elec&roscoio. elec&roscoio. Es&e úl&imo se car/a con "n elec&rodo 4 se &oca l"e/o c on "na %arra de lás&ico reviamen&e $ro&ada con lana, ano&e el si/no de la car/a. ?. A7ora acerF"e "na lámara de $l"orescen&e 4 an o&e lo o%servado, iden&i$iF"e la olaridad de la lámara.
@. Descar/a de "n&a ($i/"ra +) colocar la r"eda de "n&a so%re el rodamien&o de a/"1as en el soor&e, conec&ar la $"en&e de car/a 4 &ransmi&ir la car/a, ano&e lo o%servado. B. B. P5nd P5nd"l "lo o do%l do%le e ($i/ ($i/"ra "ra =) =) colo coloca carr "n 5nd 5nd"l "lo o de %oli&as de saúco en soor&e con /anc7o, conec&ar a la $"en&e de car/a 4 &ransmi&ir "na car/a a &rav5s de 5s&a, ano&e lo o%servado. *. Clavi1a de conexin en an&alla de seda ($i/"ra>) colocar la clavi1a de conexin en an&alla de seda so%re el soor soor&e &e,, cone conec& c&ar ar a las las $"en $"en&e &ess de car/ car/a a 4 acre acrece cen& n&ar ar len&amen&e la car/a alicada, ano&e lo o%servado.
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**. #"e/o de camanas ($i/"ra ?) colocar so%re el 1"e/o de camanas, conec&ar la $"en&e de car/a 4 a"men&ar len&amen&e la car/a s"minis&rada, ano&e lo o%servado. *:. Ta%lero de des&ellos ( $i/"ra @) colocar el &a%lero de des&ellos en el soor&e, conec&ar las $"en&es de car/a 4 a"men&ar len&amen&e el vol"men de la car/a s"minis&rada, ano&e lo o%servado. *;. Dan9a el5c&rica el5c&rica ( $i/"ra B) colocar el &a%lero de %ase so%re el soor&e, soor&e, colocar so%re 5l %oli&as de saúco de = a @ "nidades, 4 oner encima de la c"%ier&a con elec&rodos es$5ricos inver&ida, conec&ar la $"en&e de car/a 4 a"men&ar len&amen&e la can&idad de car/a s"minis&rada, ano&e lo o%servado. *+. Aara&o $"m'voro ($i/"ra - *) colocar el &a%lero de %ase so%re el soor&e, inver&ir so%re Es&e la c"%ier&a con elec&rodos de "n&a 4 conec&ar la $"en&e de car/a. Kacer ene&rar en la c"%ier&a el 7"mo de "n ci/arro o de "na vela de 7"mo, ano&e lo o%servado. *=. Carril de rodamien&o con %olas ($i/"ra **). Colocar so%re el soor&e la laca de %ase, 4 el carril de rodamien&o de %olas. Al 7acerlo, ase/úrese de F"e la dis&ancia del carril de rodamien&o con %olas no cai/a 7acia "n lado. Coloca la %ola, limia 4 seca, so%re la laca de %ase de &al manera F"e en&re en con&ac&o con el can&o del elec&rodo es$5rico s"erior. Conec&ar la $"en&e de alimen&acin 4 s"minis&rar len&amen&e la car/a, ano&e lo o%servado
A7* MBHuina de Van De %raa@@/ *>. Conec&e la máF"ina de Jan De 2raa$$, a la $"en&e de :=J de C.A. Ten/a c"idado, si &iene d"das cons"l&e al ro$esor. *?. Una ve9 enc encendi endida da,, la $a1a a1a ver&ic &ical comen9ará a /irar, iden&i$iF"e el si/no de la car/a de la es$era, con la a4"da de "n elec&roscoio, ano&e lo o%servado. *@. *@. U&ilic U&ilice e los disos disosi&i i&ivos vos e$ec&" e$ec&"ados ados en los rocesos del B al *?, ano&e lo o%servado.
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*B. AcerF"e el elec&roscoio len&amen&e a la es$era 4 ano&e el máximo valor del án/"lo F"e se desv'a las 7o1"elas.
$6 9NDUO E9C"RICO6 *. AcerF"e c"alF"iera de las %arras, sin $ro&arla, a la es$era de &ecnoor& F"e es&á s"sendida en el 5nd"lo el5c&rico como m"es&ra la il"s&racin =. Ano&e lo o%servado. :. ro&e la %arra de ace&a&o con el ao de seda, "e/ol ac5rF"ela a la es$era de &ecnoor&. Rei&a la oeracin $ro&ando la %arra de vinili&o. Ano&e s"s o%servaciones. ;. Pon/a $ren&e a $ren&e dos es$eras de &ecnoor& s"sendidas en los 5nd"los el5c&ricos. A con&in"acin $ro&e la %arrade vinili&o con el ao de lana, l"e/o &oF"e a la es$era * 4 a la es$era :. Ano&e s"s o%servaciones.
i/. =. In&eraccin en&re las %arras car/adas 4 la es$era de &ecnoor&.
+. ro&e n"evamen&e la %arra de ace&a&o con el ao de seda 4 la %arra de vinili&o con el ao de lana 4 &oF"e la es$era * con la %arra de ace&a&o 4 a la es$era : con la %arra de vinili&o. Ano&e s"s o%servaciones. =. Asi/ne el nom%re F"e "s&ed desee a las car/as el5c&ricas o%&enidas en los asos ; 4 +. >. ro&e n"evamen&e la %arra de ace&a&o con el ao de seda, l"e/o &oF"e la es$era * 4 la es$era :. Ano&e s"s o%servaciones. ?. ro&e n"evamen&e la %arra de vinili&o con el ao de lana, l"e/o ac5rF"ela a la es$era * 4 es$era :. Ano&e s"s o%servaciones @. AcerF"e sin &ocar la %arra de ace&a&o a la es$era *, sim"l&áneamen&e acerF"e sin &ocar. la %arra de vinili&o a la es$era :. Ano&e s"s o%servaciones. B. !a il"s&racin ; nos m"es&ra "n elec&roscoio, aara&o F"e nos ermi&e o%servar si "n c"ero es&á elec&ri9ado o no lo es&á. AcerF"e la %a rra de ace&a&o reviamen&e $ro&ada con el ao de seda a la es$era me&álica del elec&roscoio. Ano&e s"s o%servaciones. *. Man&eniendo cerca de la es$era me&álica, la %ar ra de ace&a&o, coloF"e "n dedo de s" mano so%re la es$era. Ano&e s"s o%servaciones. **. Man&eniendo cerca de la es$era me&álica la %arr a de ace&a&o, re&ire el dedo F"e 7a%'a colocado so%re ella. Ano&e s"s o%servaciones. *:. Re&ire la %arra de ace&a&o de la vecindad de la es$era me&álica. Ano&e s"s o%servaciones. *;. Rei&a los asos ?, @, B 4 * con la %arra de vinili&o F"e 7a sido reviamen&e $ro&ada con el ao de lana.
167 CUES"IONARIO *. QCmo "ede "s&ed de&erminar el si/no de las car/as de las es$eras de &ecnoor&, exliF"e. :. En las exeriencias e$ec&"adas, Qcmo odr'a alicar el rinciio de s"erosicin ExliF"e. ;. Del exerimen&o reali9ado, Qse "ede ded"cir F"5 &io de car/a se &raslada de "n c"ero a o&ro
'(a)a edici&n
'*
Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III
+. En"ncie los &ios de elec&ri9acin, exliF"e cada caso. =. QPor F"5 el c"ero 7"mano es "n %"en cond"c&or de la elec&ricidad ExliF"e de&alladamen&e. >. En la il"s&racin > considere F"e la %ola * &iene "na car/a 6 4 la %ola : es&á descar/ada. Considere adem ás F"e las %olas &iene i/"al radio r. Q6"5 s"cederá ?. i/"iendo con la il"s&racin >, s"on/a F"e median&e al/ún desli9amien&o del 7ilo la es$era *, F"e con&iene "na car/a 6, se one en con&ac&o con la es$era :, F"e es&á descar/ada Q6"5 es lo F"e se o%servará. QC"ál será la ca r/a F"e adF"iere de la es$era :
*
:
Figura. 6
@. Resec&o a la re/"n&a =, s"on/a a7ora F"e la %ola * &iene "n radio :r 4 la %ola : "n radio r. i la %ola *, F"e con&iene "na car/a 6, se one en con&ac&o con la %ola : QC"ál será la car/a F"e adF"iere de la es$era : B. En "n exerimen&o de elec&ros&á&ica se o%serva F"e la dis&ancia en&re las es$eras id5n&icas * 4 :, inicialmen&e descar/adas es de *: cm, (Il"s&racin >). !"e/o de &ransmi&irles la misma car/a q a am%as es$eras es&as se searan 7as&a *> cm. QC"á l es el valor de es&a car/a, si la masa de cada "na de ellas es de = / 4 la lon/i&"d de los 7ilos en los F"e es&án s"sendidas las es$eras es de ; cm *. Un o%1e&o car/ado osi&ivamen&e se acerca a la es$era de "n elec&roscoio 4 se o%serva F"e las laminillas se cierran 4 c"ando se si/"e acercando, sin &ocar la es$era, de ron&o las 7o1"elas se a%ren. Q6"5 &io de car/a &iene el elec&roscoio **. 6"e $"ncin c"mle las %o&ellas de !e4den en la máF"ina de ims7"rs&, exliF"e de&alladamen&e. *:. D"ran&e el "so del /enerador elec&ros&á&ico s e erci%e "n color carac&er's&ico, inves&i/"e a F"e se de%e. ExliF"e de&alladamen&e. *;. ExliF"e el oder de las "n&as, 4 s"s alicaciones *+. Mencione al menos = alicaciones del eF"io de Jan De 2raa$$.
867 CONCUSIONES ! SU%ERENCIAS.
'(a)a edici&n
'+
Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III
Uso de instrumentacion y materiales en electricidad E3,eriencia N4 *
'6 O$5E"IVOS. *. Conocer el mane1o de ins&r"men&os 4 ma&eriales de "so corrien&e en los exerimen&os de elec&ricidad 4 ma/ne&ismo. :. Conocer el área de oeracin de los ins&r"men&os 4 de&erminar s"s lec&"ras. ;. Arender a mon&ar circ"i&o sencillo 4 medicin de &ensin 4 corrien&e el5c&rica. +. Iden&i$icacin de los valores de resis&encia.
*6 MA"ERIAES6 ITEMA UNITRSIN. En el c"al odemos &ener los Ins&r"men&os Jir&"ales como "na $"en&e de corrien&e con&in"a, vol&'me&ro, amer'me&ro, osciloscoio.
+6 FUNDAMEN"O "EORICO C
E!OCTRICA
!os elec&rones se "eden mover con ma4or velocidad mien&ras ma4or sea la in&ensidad de la &ensin alicada 4 menor sea la resis&encia F"e la red de á&omos oon/a a s" aso. !a intensidad de corriente I se de$ine como la car/a 6 F"e $l"4e or "nidad de &iemo a &rav5s de "na seccin &ransversal del cond"c&or, es&o esG !a "nidad con la F"e se desi/na la in&ensidad de la corrien&e es el amperio (F"e se a%revia con A).
(67 ROCEDIMEN"O E3,erimento 'a Circuito sencillo de corriente En el si/"ien&e exerimen&o se de%e mos&rar, en rimer l"/ar, F"e "na corrien&e "ede circ"lar c"ando el circ"i&o de corrien&e se enc"en&ra cerrado. Para ello se emleará el circ"i&o F"e se enc"en&ra en la ar&e s"erior de la &ar1e&a de Circuito de resistencias SO4203-6A , c"4a $"en&e de &ensin con&in"a de *=
'(a)a edici&n
'(
Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III
J se ac&iva a"&omá&icamen&e "na ve9 F"e la &ar1e&a se 7a inser&ado en el exerimen&ador. Una lámara incandescen&e servirá como car/a de es&e ci rc"i&o. El circ"i&o de corrien&e se "ede a%rir o cerrar or medio de la insercin de di$eren&es conec&ores.
MEDICIJN DE "ENSIJN !a &ensin el5c&rica se mide con elvot!metro. !a si/"ien&e reresen&acin m"es&ra el s'm%olo /rá$ico de "n vol&'me&ro.
El dia/rama de la i9F"ierda reresen&a, en es&e caso, la conexin del vol&'me&ro ara la medicin de la &ensin de la $"en&e el del cen&ro, la conexin ara la medicin de la &ensin a &rav5s del in&err"&or 4, $inalmen&e, el de la derec7a, la conexin ara la medicin de al &ensin de car/a.
E5ECUCIJN DE EKERIMEN"O Mon&e el circ"i&o exerimen&al reresen&ado a con&in"acinG !as i/"ras si/"ien&es il"s&ran la es&r"c&"ra de la conexin.
E3,erimento 'b
A.ustes del )oltímetro A Ran/o de medicinG
: J DC
Modo de oeracinG
AJ
Medici&n directa de la corriente el2ctrica !a corrien&e el5c&rica se mide con "n amper!metro . El dia/rama si/"ien&e resen&a di$eren&es osi%ilidades de in&e/rar el amer'me&ro al circ"i&o mos&rado
Medici&n indirecta de corriente i no se &iene a disosicin "n amer'me&ro, sino únicamen&e "n vol&'me&ro, se "ede de&erminar &am%i5n de manera indirec&a la in&ensidad de la corrien&e or medio de "na medicin de &ensin. Para ello se arovec7a la relacin F"e exis&e en&re la corrien&e 4 la &ensin en "na car/a, es&o es, la
'(a)a edici&n
'1
Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III
ey de O"m. !a in&ensidad de corrien&e I F"e nos in&eresa se o%&iene en&onces a ar&ir de la
ec"acinG !a ima/en de la i9F"ierda m"es&ra la medicin direc&a de corrien&e or medio de "n amer'me&ro, la de la derec7a, la medicin indirec&a or medio de "na resis&encia # M 4 "n vol&'me&ro.
E3,erimento 'c E.ecuci&n del e3,erimento con la resistencia de med ici&n y el instrumento )irtual Mon&e el circ"i&o exerimen&al reresen&ado a con&in"acin. !a animacin si/"ien&e il"s&ra la es&r"c&"ra de la conexinG
A.ustes del Am,erímetro A Ran/o de medicinG
: mA DC
Modo de oeracinG
AJ
7"n&G
* o7mios
El si/"ien&e /rá$ico il"s&ra la codi$icacin.
*a :da ci$ra ci$ra
'(a)a edici&n
ac&or
Tolerancia
'8
Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III
Color
'(a)a edici&n
Tolerancia
incoloro
:
la&eado
*
dorado
=
marrn
*
ro1o
:
verde
.=
a9"l
.:=
viole&a
.*
'?
Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III
Cam,o El2ctrico E3,eriencia N4+ '67
O$5E"IVOS 2ra$icar las l'neas eF"io&enciales en la vecindad de dos con$i/"raciones de car/a (elec&rodos). - Calc"lar la di$erencia de o&encial en&re dos "n&os. - Calc"lar la in&ensidad media del camo el5c&rico. - Es&"diar las carac&er's&icas rinciales del camo el5c&rico .
*67MA"ERIAES * C"%e&a de vidrio. * "en&e de vol&a1e de CD. * Jol&'me&ro. : Elec&rodos de co%re. * P"n&a de r"e%a. C"%e&a de Jidrio, A/"a 4 al
* C"c7aradi&a de sal. : Paeles milime&rados.
"en&e > J
+ Ca%les de conexin.
P"n&a de r"e%a
#"e/o de Elec&rodos de
Co%re
3.-6
FUNDAMEN"O "EJRICO
Cam,o El2ctrico !as $"er9as e1ercidas en&re s' or las car/as el5c&ricas se de%en a "n campo e$ctrico F"e rodea a cada c"ero some&ido a car/a, 4 c"4a in&ensidad es&á dada or la intensidad de campo % . i a7ora se enc"en&ra "na car/a F den&ro de "n camo el5c&rico (rod"cido or o&ra car/a), en&onces ac&úa so%re la rimera "na $"er9a & . Para la relacin en&re in&ensidad de camo 4 la $"er9a es válida la $rm"laG
F
E
q !a ma/ni&"d de la in&ensidad de la $"er9a el5c&rica, or lo &an&o, es&á dada or la ec"acinG
F V q W E
'(a)a edici&n
'
Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III
!a $"er9a so%re "na car/a el5c&rica den&ro de "n camo el5c&rico es ma4or mien&ras ma4or sea la in&ensidad del camo el5c&rico, 4 ma4or sea la misma car/a. No o%s&an&e, el camo el5c&rico no slo se ve de&erminado or la ma/ni&"d de la $"er9a F"e ac&úa so%re
L
la car/a, sino &am%i5n or s" sentido. Por &an&o, los camos el5c&ricos se reresen&an en $orma de !neas de campo, F"e indican el sen&ido del camo. !a $orma de "n camo el5c&rico es&á aF"' de&erminada or la $orma /eom5&rica de las car/as F"e /eneran el camo, al i/"al F"e or la osicin F"e ado&en en&re ellas. !as l'neas de camo indican, en cada "n&o del mismo, el sen&ido de la $"er9a el5c&rica. Al resec&o, las si/"ien&es imá/enes m"es&ran el ca mo el5c&rico de "na car/a "n&"al osi&iva (i9F"ierda) 4 el de "na car/a "n&"al ne/a&iva (derec7a). !as l'neas de camo se desla9an en es&e caso en $orma de ra4os F"e salen 7acia el ex&erior a ar&ir de la car/a. El sen&ido de las l'neas de camo (indicado or las $lec7as) seala, de ac"erdo a la convencin es&a%lecida, el sen&ido de la $"er9a de "na car/a osi&iva (en cada caso eF"eas car/as "n&"ales en las imá/enes) es&o si/ni$ica F"e las l'neas de camo ar&en cada ve9 de "na car/a osi&iva (o del in$ini&o) 4 &erminan en "na car/a ne/a&iva (o en el in$ini&o). !a densidad de las l'neas de camo indica corresondien&emen&e la in&ensidad del camo el5c&rico aF"', 5s&a decrece al ale1arse de la car/a "n&"al. i se enc"en&ran car/as osi&ivas 4 ne/a&ivas rear&idas "ni$ormemen&e so%re dos lacas de me&al colocadas $ren&e a $ren&e, en aralelo, como es el caso del condensador de pacas lanas aralelas, en&re am%as s"er$icies se /eneran l'neas de camo el5c&rico aralelas, como se m"es&ra en la $i/"ra si/"ien&e. Es&as l'neas de camo ar&en de la laca con car/a osi&iva 4 &erminan en la laca con car/a ne/a&iva. Dado F"e la densidad de las l'neas de camo, al in&erior del condensador, es i/"al en &odas ar&es, la in&ensidad de camo el5c&rico % de las lacas es &am%i5n i/"al en &oda la s"er$icie. Un camo el5c&rico de es&a na&"rale9a reci%e el nom%re de campo e$ctrico "omog$neo .
X X X X X X
Y
Y Y Y Y Y
No&aG Tam%i5n en el ex&erior del condensador circ"lan l'neas de camo en&re las lacas, las mismas F"e, no o%s&an&e, se c"rvan 4 no se &omará n en c"en&a en lo s"cesivo. Por es&a ra9n, se rescindi de s" reresen&acin. Un c"ero car/ado el5c&ricamen&e ca"sa alrededor de 5l "n camo elec&ros&á&ico. Para de&erminar 4 medir dic7o camo en "n "n&o c"alF"iera es necesario in&rod"cir en las vecindades de dic7o medio o&ro c"ero car/ado, F"e llamaremos car/a r"e%a, 4 medir la $"er9a F"e ac&úe so%re 5l. !a car/a r"e%a q0 se considera lo s"$icien&emen&e eF"ea de manera F"e la dis&orsin F"e s" resencia ca"se en el camo de in&er5s sea desrecia%le. !a $"er9a F"e ac&úa la car/a q0 en reoso en el "n&o en "n camo el5c&rico esG
F q0 E Para vis"ali9ar la in&ensidad 4 la direccin de "n camo el5c&rico se in&rod"ce el conce&o de l'neas de $"er9a. Es&as son l'neas ima/inarias F"e son &ra9adas &ales F"e s" direccin 4 s" sen&ido en c"alF"ier "n&o serán los del camo el5c &rico en dic7o "n&o. Es&as l'neas de $"er9a
'(a)a edici&n
'G
Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III
de%en di%"1arse de &al manera F"e la densidad de ellas sea roorcional a la ma/ni&"d del camo.
Elec&rodo +
+
+
+
+
+ +
+
E
E
__
_
_
__
_
Elec&rodo Dos "n&os A 4 en "n camo elec&ros&á&ico &ienen "na di$erencia de o&encial ZJ, si se reali9a &ra%a1o ara mover "na car/a de "n "n&o a o&ro, es&e &ra%a1o es indeendien&e de la &ra4ec&oria o recorrido esco/ido en&re es&os dos "n&os. E E
*
E
X
J A
J E
F
:
L
E
6
E E E
ea "n camo el5c&rico E de%ido a la car/a 6. <&ra car/a q en c"alF"ier "n&o A del camo
se soor&ará "na $"er9a. Por es&o será necesario re ali9ar "n &ra%a1o ara mover la car/a q del
"n&o A a o&ro "n&o a di$eren&e dis&ancia de la car/a 6. !a di$erencia de o& encial entre los puntos de A y B en un campo eléctrico se defne como:
W
V V
AB V A B
AB
[[[[..( )
q
Donde
V AB G Di$erencia de o&encial en&re los "n&os de A 4 W AB G Tra%a1o reali9ado or el a/en&e ex&erno
a%emos F"eG B
W AB
B
B
∫ F .dl q ∫ E .dl q ∫ E .dl cos1800 q Ed [[[[.(
A
'(a)a edici&n
A
)
A
*
Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III
De ( ) 4 ( )G
E
V B
V A
d
(67
ROCEDIMIEN"O
Podemos decir F"e no exis&e ins&r"men&o al/"no F"e ermi&a medir la in&ensidad del camo el5c&rico en las vecindades de "n sis&ema de cond"c&ores car/ados el5c&ricamen&e colocados en el esacio li%re. in em%ar/o, si los cond"c&ores es&án en "n l'F"ido cond"c&or, el camo el5c&rico es&a%lecerá eF"eas corrien&es en es&e medio, las F"e se "eden "sar ara &al $in. *. Arma el circ"i&o del esF"ema. El vol&'me&ro mide la di$erencia de o&encial en&re "n "n&o del elec&rodo 4 el "n&o F"e se enc"en&ra en la "n&a de r"e%a.
"en&e > J
L
Jol&'me&ro
J P"n&ero
Elec&rodo
C"%e&a
Elec&rodo
:. U%iF"e en $orma de$ini&iva los elec&rodos so%re el $ondo de la c"%e&a de vidrio, an&es de ec7ar la sol"cin elec&rol'&ica, rearada an&eriormen&e en "n reciien&e común. ;. Con el vol&'me&ro, mida la di$erencia de o&encial en&re "n "n&o del elec&rodo 4 el "n&o ex&remo in$erior del elec&rodo de r"e%a. +. En cada "na de las dos 7o1as de ael milime&rado &race "n sis&ema de coordenadas \3, "%icando el ori/en en la ar&e cen&ral de la 7o1a, di%"1e el con&orno de cada elec&rodo en las osiciones F"e F"edarán de$ini&iva men&e en la c"%e&a. =. i&"5 "na de las 7o1as de ael milime&rado de%a1o de la c"%e&a de vidrio. Es&a servirá ara 7acer las lec&"ras de los "n&os de i/"al o&encial F"e irá ano&ando en el o&ro ael. >. Ec7e la sol"cin elec&rol'&ica en el reciien&e $"en&e de vidrio. ?. in 7acer con&ac&o con los elec&rodos mida la di$erencia de o&encial en&re ellos acercando el elec&rodo de r"e%a a cada "no de los o&ros dos casi or con&ac&o 4 &omando no&a de las lec&"ras del vol&'me&ro. V
electrodos
VV
electrodos
anillo
'(a)a edici&n
V
electrodos
placa
*'
Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III
@. eleccione "n número de l'neas eF"io&enciales or cons&r"ir, no menor de die9. 9.
Entonces el salto de potencial entre y línea será, en el caso de seleccionar diez líneas por ejemplo: V
V
electrodos
10
, 4 en /eneral.
V
V
electrodos
NG el número de l'neas
N En el caso de &ener "n número incmodo, redondee or el exceso o or de$ec&o a "n valor cercano cmodo.
*. Deslace la "n&a de r"e%a en la c"%e&a 4 de&ermine "n&os ara los c"ales la lec&"ra del vol&'me&ro ermanece. Ano&e lo o%servado 4 reresen&e es&os "n&os en s" 7o1a de ael milime&rado a"xiliar. **. Una los "n&os de i/"al o&encial median&e &ra9o con&in"o, 7a%rá Ud de&erminado cada "na de las s"er$icies J:, J;, J+, J=,[.
167
CUES"IONARIO *. De&ermine la ma/ni&"d del camo el5c&rico en&re las l'neas eF"io&enciales. QEl camo el5c&rico es "ni$orme QPor F"5 :. En s" /rá$ica, di%"1e al/"nas l'neas eF"io&enci ales ara el sis&ema de elec&rodos F"e "&ili9. ;. QCmo ser'an las l'neas eF"io&enciales si los elec&rodos $"eran de di$eren&es $ormas +. QPor F"5 n"nca se cr"9an las l'neas eF"io&enciales =. i Ud. ima/inariamen&e coloca "na car/a de r"e%a en "na corrien&e elec&rol'&ica QC"ál será s" camino de recorrido >. QPor F"5 las l'neas de $"er9a de%en $ormar "n án /"lo rec&o con las l'neas eF"io&enciales c"ando las cr"9an ?. El &ra%a1o reali9ado ara &ransor&ar la "nidad de car/a de "n elec&rodo a o&ro esG @. iendo E
V B
V A
, el error a%sol"&o de E esG
d B. El error rela&ivo de la medida de E esG
*. Q6"5 seme1an9a 4 di$erencia exis&e en&re "n camo el5c&rico 4 "n camo /ravi&a&orio **. i el o&encial el5c&rico es cons&an&e a &rav5s de "na de&erminada re/in del esacio. Q6"5 "ede decirse acerca del camo el5c&rico en la misma ExliF"e.
867 SU%ERENCIAS ! CONCUSIONES
'(a)a edici&n
**
Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III
A.ustes del Am,erímetro A
E! DE O=M E3,eriencia N4 (
167 O$5E"IVOS -Jeri$icar exerimen&almen&e la le4 de <7m. -<%&ener los da&os de vol&a1e 4 corrien&e
-
Ran/o de medicinG
: mA DC
Modo de oeracinG
AJ
el5c&rica en elemen&os resis&ivos con el $in 7"n&G * o7mios de iniciar el es&"dio de circ"i&os el5c&ricos simles. Disear 4 Mon&ar circ"i&os el5c&ricos con resis&encias en erie 4 Paralelo.
*67MA"ERIAES Md"lo de ensean9a ITEMA UNITRSIN con resis&encia (s7"n&), 4 el amer'me&ro vir&"al
+67 FUNDAMEN"O "EJRICO i se F"iere res"mir or medio del cálc"lo los roc esos elec&rnicos F"e oc"rren en "n circ"i&o sencillo de corrien&e, o en circ"i&os más comle1os, es necesario conocer, or "na ar&e, la deendencia F"e exis&e en&re la in&ensidad de corrien&e I 4 la &ensin ' 4, or o&ra ar&e, en&re la corrien&e I 4 la resis&encia # . Es&a deendencia es&á descri&a or la ey de O"m, F"e de%e s" nom%re al $amoso $'sico alemán. Para ello se o%serv ará, en rimer l"/ar, el circ"i&o sencillo de corrien&e reresen&ado an&eriormen&e. !e4 de <7mG !a in&ensidad de corrien&e I a"men&a si a"men&a la &ensin ' 4 dismin"4e si a"men&a la resis&encia # . AF"', la in&ensidad de corrien&e var'a roorcionalmen&e a la &ensin 4 de manera inversamen&e roorcional a la resis&encia.
!a le4 de <7m se "ede en&onces exresar or medio de la si/"ien&e $rm"laG
o´
'(a)a edici&n
y
*+
Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III
No&aG !as resis&encias ara las F"e es válida la le 4 de <7m (es&o es, la roorcionalidad en&re la corrien&e 4 la &ensin) se denominan resistencias ó"micas . !os cond"c&ores me&álicos son, or lo /eneral, resis&encias 7micas, mien&ras F"e, or e1emlo, las resis&encias de $l"idos cond"c&ores no c"mlen con la le4 de <7m.
(67 ROCEDIMIEN"O !os si/"ien&es comonen&es son necesarios, ara la e1ec"cin de los exerimen&os ex"es&os den&ro del marco de es&e c"rsoG !a &ar1e&a inser&a%le Circ"i&os de resis&encias !a &ar1e&a inser&a%le UniTrainI de Circuitos de resistencias <+:;>A ermi&e el análisis de circ"i&os de corrien&e sencillos. Para e llo, la &ar1e&a se 7a dividido en seis sec&ores. *. Circ"i&o sencillo de corrien&e con &ensin con&in"a 4 lámara incandescen&e con car/a resis&iva. :. Circ"i&o en serie com"es&o or "n máximo de &re s resis&encias. ;. Circ"i&o en aralelo com"es&o or "n máximo de &res resis&encias. +. Un máximo de seis resis&encias conec&adas en /r" o. =. Condensador con resis&encia de car/a. >. o%ina de resis&encia a car/a. En el si/"ien&e exerimen&o se de%e comro%ar la relacin en&re la corrien&e 4 la &ensin de ac"erdo con la le4 de <7m. Para ello, se alicarán di$eren&es &ensiones a la resis&encia R* de la &ar1e&a de Circuitos de resistencias 4 se medirá cada valor res"l&an&e de in&ensidad de corrien&e. !a in&ensidad de la corrien&e se reresen&ará a con&in"acin, /rá$icamen&e, en $"ncin de la &ensin. A%ra el ins&r"men&o vir&"al &uente de tensión continua
4 seleccione los a1"s&es F"e se de&allan en la &a%la si/"ien&e. Encienda a con&in"acin el ins&r"men&o or medio de la &ecla P<ER.
A.ustes de la @uente de tensi&n continua Ran/oG Tensin de salidaG
* J J
A%ra el ins&r"men&o vir&"al (ot!metro A 4 seleccione los a1"s&es F"e se de&allan en la &a%la si/"ien&e.
'(a)a edici&n
*(
Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III
A.ustes del )oltímetro A Ran/o de medicinG
* J DC
Modo de oeracinG
AJ
En el caso de F"e realice la medicin de corrien&e emleando el amer'me&ro vir&"al, a%ra el ins&r"men&o Amper!metro ) 4 seleccione los a1"s&es F"e se de&allan en la &a%la si/"ien&e.
A.ustes del Am,erímetro $ Ran/o de medicinG
* mA DC
Modo de oeracinG
AJ
7"n&G
* o7mios
A7ora, a1"s&e en el ins&r"men&o &uente de tensión continua "na &ensin de * J. Mida el valor de la corrien&e res"l&an&e en miliamerios 4 ano&e el valor o%&enido en la corresondien&e $ila de la &a%la si/"ien&e. A7ora, eleve la &ensin en asos de * J 4 ano&e de la misma manera el res"l&ado de la in&ensidad de corrien&e medida en la &a%la. i "lsa la es&aa Dia/rama de la &a%la, odrá vis"ali9ar /rá$icamen&e la carac&er's& ica I*' res"l&an&e.
'(a)a edici&n
*1
Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III
COMRO$ACIJN ANAJ%ICA DE A E! DE O=M VARIACIJN DE VO"A5E ! CORRIEN"E MAN"ENIENDO A RESIS"ENCIA CONS"AN"E
+ -
r
V A R
i/"ra *
TABLA 1
J
VARIACIJN DE A CORRIEN"E ! A RESIS"ENCIA MAN"ENIE NDO CONS"AN"E E VO"A5E Usando el mismo c"rsor de la $i/"ra *, o%serve 4 ano&e en la &a%la : los valores de corrien&e c"ando cam%ian los valores R de la ca1a de resis&encia conservando cons&an&e la di$erencia de o&encial en&re los &erminales de la misma. Para conse/"ir es&o vari5 la osicin del c"rsor del res&a&o ara cada lec&"ra. TABLA 2
REITENCIA ( ) INTENCIDAD (A)
VARIACIJN DE A DIFERENCIA DE O"ENCIA ! A RESIS" ENCIA MAN"ENIENDO CONS"AN"E A CORRIEN"E
'(a)a edici&n
*8
Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III
Arme el circ"i&o de la $i/"ra : vari5 los valores de las resis&encias en la ca1a 4 ara cada valor o%servado ano&e en la &a%la ; los valores del vol&a1e, conserve cons&an&e "n de&erminado valor de la corrien&e ara las dis&in&as lec&"ras de J 4 R, variando la osicin del c"rsor de res&a&o. +
-
r
V A
R
Figura 2
TABLA 3
REITENCI A ( ) J
1
CUES"IONARIO6
*. QC"án&as escalas oseen los ins&r"men&os (desc ri%a cada "no de ellos), indiF"e s" m'nima 4 máxima lec&"ra en cada escala. :. Inves&i/"e de F"5 o&ra manera se de&ermina el valor de "na resis&encia. (in cdi/o de colores). ;. 2ra$iF"e en "n ael milime&rado e in&5rre&e J vers"s I, "sando los valores de la &a%la * de&ermine el valor de la endien&e de la misma. +. 2ra$iF"e e in&5rre&e J vers"s I , I vers"s R 4 J vers"s R , en ael milime&rado, 4 comare los valores encon&rados a ar&ir del análisis del /rá$ico con los valores de de R, I 4 J de las &a%las *, : 4 ; =. Considere "na lámara F"e &iene aroximadamen&e =.= 4 or la c"al asa "na corrien&e de := m A QC"ál es el vol&a1e alica do Qe c"mlirá la le4 de o7m
'(a)a edici&n
*?
Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III
>. Con resec&o a la le4 de <7m odemos decirG i) e c"mle en ma&eriales cond"c&ores 4 semicond"c&ores ii) !a endien&e de la /rá$ica vol&a1e vs. In&e nsidad da como res"l&ado el valor de la resis&encia iii) 6"e la le4 de ma&emá&ica F"e la /o%ierna es I V J L R 4 sirve &an&o ara corrien&e con&in"a como al&erna A) JJJ
) JJ
C) J
D) JJJ
E)
J
867 SU%ERENCIAS ! CONCUSIONES
'(a)a edici&n
*
Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III
Potencia eléctrica E\PERIENCIA
N4 1
'67 O$5E"IVOS *. Mos&rar la o&encia el5c&rica como $"ncin del vol&a1e 4 de la corrien&e, calc"lando 4 midiendo la o&encia disiada en "na resis&encia con$orme a"men&a el vol&a1e. :. Demos&rar el Jol&a1e 4 Corrien&e de car/a 4 descar/a de "n condensador ;. Mien&ras F"e el camo el5c&rico aarece en el en&orno de car/as en reoso, el camo ma/n5&ico es&á li/ado a or&adores de car/a e n movimien&o, es&o es, a "na corrien&e el5c&rica 4 veremos el comor&amien&o de "na %o%ina
Fundamento "e&rico 7 otencia El2ctrica !a o&encia el5c&rica es ma4or mien&ras ma4or sea la &ensin 4 ma4or sea la corrien&e. Para la o&encia + es válida la relacinG !a "nidad de la o&encia el5c&rica reci%e el nom%re de att (), el in/l5s F"e la de$ini. * es la o&encia de "na corrien&e con&in"a de * A con "na &ensin con&in"a de * J. !a o&encia a%sor%ida or "na car/a se "ede medir, or &an&o, de manera indirec&a con "n vol&'me&ro 4 "n amer'me&ro. Una medicin direc&a de o&encia se "ede reali9ar or medio de "n vat!metro. i en la $rm"la an&erior, de ac"erdo con la le4 de <7m, ara la o&encia, se reemla9a la &ensin ' or el rod"c&o I ] # , se o%&iene la ec"acinG
i en la ec"acin inicial, or el con&rario, se reemla9a la corrien&e I or el cocien&e '*# , se o%&iene la relacinG
E3,erimento/ Medici&n de ,otencia En el exerimen&o si/"ien&e se de%e examinar la medicin indirec&a de la o&encia el5c&rica or medio de "na medicin aralela de corrien&e 4 &ensin. Mon&e el circ"i&o exerimen&al reresen&ado a con&in"acinG A%ra el ins&r"men&o vir&"al &uente de tensión continua , 4 seleccione los a1"s&es. Encienda a con&in"acin el ins&r"men&o or medio de la &ecla P<ER. A%ra el ins&r"men&o vir&"al (ot!metro A, 4 el ins&r"men&o Amper!metro ), 4 seleccione los a1"s&es.
'(a)a edici&n
*G
Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III
A7ora, a1"s&e en el ins&r"men&o &uente de tensión continua "na &ensin ' P de * J. Mida la &ensin ' * a &rav5s de la resis&encia R* al i/"al F"e la corrien&e res"l&an&e I * en miliamerios 4 ano&e los valores o%&enidos en la corresondien&e col"mna de la &a%la si/"ien&e. A ar&ir de ello, de&ermine la o&encia + * a%sor%ida or la resis&encia en m 4 ano&e de i/"al manera el res"l&ado en la &a%la. Rei&a el exerimen&o ara las &ensiones de en&rada de :J, =J 4 * J 4 ano&e los valores en las l'neas corresondien&es de la &a%la.
Ta%la *G
A7ora, en el mon&a1e exerimen&al, reemlace la resis&encia R* de * ^ or la resis&encia R: de = 4 rei&a la serie de mediciones. Ano&e los res"l&ados de las mediciones, al i/"al F"e los valores de o&encia calc"lados, en la si/"ien&e &a%la (&a%la :).
Ta%la :G
CUES"IONARIO. (P
'(a)a edici&n
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RESIS"ENCIA VARIA$E EKERIENCIA N4 8 '6 O$5E"IVOS ·
Mos&rar cmo es el comor&amien&o de las resis&encias varia%les.
·
Carac&eri9ar sensores resis&ivos.
·
Calc"lar los errores o%&enidos di$erenciando el de cero, /anancia 4 no linealidad.
*67 MA"ERIAES !a &ar1e&a inser&a%le UniTrainI de #esistencias variaes , <+:;?, sirve ara anali9ar es&a clase de resis&encias, siendo osi%le es&"diar los si/"ien&es &iosG o&orresis&encia (!DR) Termorresis&encia con coe$icien&e ne/a&ivo de &emera&"ra (NTC) Termoresis&encia con coe$icien&e osi&ivo de &emera&"ra (PTC) Jaris&ores (JDR)
+67 FUNDAMEN"O "EJRICO Para o%servaciones sencillas, se "ede rescindir de la alicacin de la &ecnolo/'a de medicin "es&o F"e las resis&encias (exce&o la JDR) reaccionan m"4 sensi%lemen&e a las in$l"encias ex&ernas. !a sensi%ilidad de los comonen&es se "ede variar or medio de o&encime&ros o resis&encias conec&adas en serie. e "ede comro%ar la reaccin de los comonen&es F"e reaccionan a los cam%ios de &emera&"ra simlemen&e con el &ac&o (&emera&"ra cororal). !a alimen&acin de &ensin se reali9a or medio del sis&ema de %"s UniTrainI o or los exerimen&adores.
Resistencias variables termorresistencias (NT! !as &ermorresis&encias NTC (NTC V Coe$icien&e "emera&"ra Ne/a&iva) son semicond"c&ores $a%ricados con cerámica olicris&alina de xidos mix&os, F"e se emlean en ma4or /rado ara la medicin de la &emera&"ra. En los ma&eriales semicond"c&ores, la can&idad de or&adores li%res de car/a se eleva con el a"men&o de la &emera&"ra, de manera F"e la resis&encia el5c&rica dismin"4e an&e dic7o a"men&o de &emera&"ra. Por es&a ra9n se los denomina &am%i5n termistores . Con &emera&"ra am%ien&e, resen&an "n coe$icien&e ne/a&ivo de &emera&"ra en el orden de ma/ni&"d de ; a = or /rado. El ran/o &'ico de &emera&"ra va de >_C a X: _C. !a deendencia en $"ncin de la &emera&"ra o%edece a la si/"ien&e ec"acinG
. G Temera&"ra en H . G Temera&"ra de re$erencia ) G Cons&an&e deendien&e del ma&erial
'(a)a edici&n
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!a &emera&"ra de re$erencia 4 la cons&an&e deendien&e ) del comonen&e se "eden &omar de la corresondien&e 7o1a de da&os. !as &emera&"ras se de%en exresar en Helvin. !a &rans$ormacin de la &emera&"ra a /rados Helvin se reali9a or medio de la ec"acinG T V ( X :?;8C). !as resis&encias NTC oseen "na sensi%ilidad esencialmen&e ma4or F"e los &ermme&ros de resis&encia me&álica. En&re los camos de alicaci n se enc"en&ra &odo &io de medicin 4 con&rol a"&omá&ico de &emera&"ra. !a desven&a1a de m"c7as alicaciones, no o%s&an&e, radica en F"e la c"rva de la resis&encia no es lineal sino exonencial. Por &an&o, se de%e llevar a ca%o "na lineali9acin de dic7a c"rva. !a &a%la si/"ien&e m"es&ra, a manera de e1emlo, los valores %ásicos de "na resis&encia NTC, con "na &emera&"ra de re$erencia de . V :=8C 4 "n valor de resis&encia corresondien&e d e # := V = ^. Ta%la *G Jalores %ásicos de "na resis&encia NTC. (R := V =^) Temera&"ra
de medicin
:
:=
+
>
@
*
*:
en 8C
Jalores
%ásicos en o7mios
*>;:= >:+= = :>>; *:++ >:?,= ;;B *B+,?
!a ima/en si/"ien&e m"es&ra la carac&er's&ica corresondien&e (c"rva ro1a) 1"n&o con la carac&er's&ica de "na resis&encia F"e &iene "n valor de re$erencia de * ^ (c"rva a9"l).
'(a)a edici&n
+*
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(67 ROCEDIMIEN"O Característica estBtica de resistencia En el exerimen&o si/"ien&e se de%e anali9ar la res"es&a de las resis&encias NTC. Para ello se re/is&rará la carac&er's&ica de "na resis&encia de es&e &io 4 se disc"&irán los osi%les ran/os de alicacin de es&e &io de resis&encias. Mon&e el circ"i&o exerimen&al F"e se reresen&a a con&in"acin en la seccin II de la &ar1e&a de exerimen&acin <+:;?G
A%ra el ins&r"men&o vir&"al Fuente de tensión continua 4 seleccione los a1"s&es F"e se de&allan en la &a%la si/"ien&e. Encienda a con&in"acin el ins&r"men&o or medio de la &ecla P<ER. A%ra el ins&r"men&o vir&"al Voltímetro A 4 Amperímetro B, seleccione los a1"s&es F"e se de&allan en la &a%la si/"ien&e
A.ustes de la @uente de tensi&n continua Ran/oG
* J
Tensin de
*J
salidaG
A.ustes del )oltímetro A Ran/o de medicinG
= J DC
A.ustes del Am,erímetro $ Ran/o de medicinG
: mA DC
Modo de oeracinG
AJ
7"n&G
* o7mios
En el caso de F"e realice la medicin de corrien&e emleando el amer'me&ro vir&"al, a%ra el ins&r"men&o 4 seleccione los a1"s&es F"e se de&allan en la &a%la si/"ien&e.
A7ora, a1"s&e la &ensin de alimen&acin ' e, emleando "no &ras o&ro, los valores ex"es&os en la &a%la *. Mida cada &ensin ' en la resis&encia NTC, al i/"al F"e la corrien&e I F"e $l"4e or la resis&encia 4 ano&e los valores de medicin en la &a%la. An&es de a1"s&ar "n n"evo valor de &ensin, esere siemre a,ro3imadamente un minuto an&es de llevar a ca%o la medicin de corrien&e. i "lsa la es&aa Dia/rama de la &a%la, des"5s de reali9ar &odas las mediciones, odrá vis"ali9ar /rá$icamen&e la carac& er's&ica res"l&an&e.
Modo de oeracinG
'(a)a edici&n
AJ
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El /rado de calen&amien&o de la resis&encia d"ran&e el servicio deende de la o&encia cons"mida. i se re/is&ra es&a o&encia en $"ncin del valor de la resis&encia, se o%&iene la carac&er's&ica de &emera&"ra de la resis&encia. Calc"le la o&encia + V ' ] I 4 la resis&encia # V ' LI ara cada medicin doc"men&ada en la &a%la *, 4 ano&e en la &a%la : los valores o%&enidos. A con&in"acin, vis"alice las corresondien&es c"rvas carac&er's&icas.
TA!A*G
TA!A :
167 CUES"IONARIO '67 QPor F"5 es necesario eserar aroximadamen&e "n min"&o an&es de medir la corrien&e des"5s de reali9ar "na modi$icacin de la &ensin
a) En rimer l"/ar, la &ensin de alimen&acin de%e es&a%ili9arse %) !a resis&encia NTC se calien&a an&e el $l"1o de corrien&e. De es&a manera dismin"4e la resis&encia 4 la medicin slo se "ede reali9ar des"5s de F"e la &emera&"ra 7a4a alcan9ado s" valor es&acionario. c) !a resis&encia NTC se en$r'a an&e el $l"1o de corrien&e. De es&a manera dismin"4e la resis&encia 4 la medicin slo se "ede reali9ar des"5s de F"e la &emera&"ra 7a4a alcan9ado s" valor es&acionario. d) No exis&e nin/ún mo&ivo en esecial ara eser ar an&es de medir la corrien&e
*67 Q6"5 a$irmaciones odr'a reali9ar en relacin conla carac&er's&ica o%&enida a) !a endien&e de la carac&er's&ica es cons&an&e %) !a endien&e de la carac&er's&ica var'a. c) !a &ensin en la resis&encia NTC ado&a "n valor máximo. d) !a &ensin en la resis&encia NTC a"men&a con&in"amen&e. e) i la &ensin asciende, dismin"4e la endien&e de la carac&er's&ica. $) i la &ensin asciende, a"men&a la endien&e de la carac&er's&ica.
+67 QA F"5 concl"sin "ede arri%ar a ar&ir de las dos carac&er's&icas o%&enidas a) i la &emera&"ra a"men&a, dismin"4e el valor de la resis&encia NTC. %) i el cons"mo de o&encia a"men&a, se incremen&a el valor de la resis&encia NTC c) i el cons"mo de o&encia a"men&a, dismin"4e el valor de la resis&encia NTC. d) i el cons"mo de o&encia a"men&a, dismin"4e la &emera&"ra de la resis&encia NTC. e) i el cons"mo de o&encia a"men&a, a"men&a la &emera&"ra de la resis&encia NTC. $) i las resis&encias NTC se emlean como sensores de &emera&"ra, de%er'an oerar con %a1as in&ensidades de corrien&e ara evi&ar los e$ec&os del calen&amien&o. /) i las resis&encias NTC se emlean como sensores de &emera&"ra, de%er'an oerar con elevadas in&ensidades de corrien&e ara o%&ener res"l&ados es&a%les.
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ondensadores " #obinas en ircuitos de $$ %&periencia N'
FUNDAMENTO TEÓRICO - CONDENSADORES !os condensadores son es&r"c&"ras en las F"e se "eden almacenar car/as el5c&ricas en reoso. En s" es&r"c&"ra %ásica, "n condensador con s&a de dos lacas me&álicas F"e reresen&an los elec&rodos del condensador. Por medio del aislamien&o de las car/as se $orma "na di$erencia de o&encial el5c&rico (&ensin) ' en&re los elec&rodos. !a ima/en si/"ien&e m"es&ra como e1emlo "n condensador de lacas, con la s"er$icie A 4 la dis&ancia en&re lacas d , F"e or&a la car/a 6. De%ido al aislamien&o de car/as se $orma "n camo el5c&rico en&re las lacas (no reresen&ado en es&a ima/en).
En&re las lacas, or lo /eneral, se enc"en&ra "n ma&erial aislan&e, es&o es, el elemen&o F"e se conoce como die$ctrico (no reresen&ado en la ar&e s"erior). En&re la car/a 4 la &ensin exis&e "na relacin lineal es válida la si/"ien&e relacin !a ma/ni&"d C reresen&a la capacidad del condensador, 4 se exresa con la "nidad /aradio (s'm%oloG ). !a caacidad de "n condensador se "ede as"mir como cons&an&e, 4 deende únicamen&e de la es&r"c&"ra /eom5&rica 4 del diel5c&rico emleado. Para "n condensador de lacas es válida la si/"ien&e relacinG En es&a ec"acin, ` es la cons&an&e el5c&rica de camo 4 osee "n valor de @.@=+:]**: ALJm, `r es el 'ndice diel5c&rico (caren&e de "nidad), A la s"er$icie de "na laca 4 d la dis&ancia en&re lacas. i "n condensador se conec&a a "na &ensin con&in"a ' a &rav5s de "na resis&encia de car/a # , se car/a de%ido a
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la resencia de dic7a &ensin, roceso d"ran&e el c"al la &ensin del condensador, de ac"erdo con "na $"ncin exonencial, a"men&a de J 7as&a alcan9ar s" valor $inal U (*) (c"rva de car/a de "n condensador, v5ase la ima/en de la i9F"ierda). i, a con&in"acin, se desconec&a el condensador de la $"en&e de &ensin 4 se lo corô"i&a, se rod"ce "n roceso de descar/a inverso al roceso de car/a (v5ase la ima/en de la derec7a).
roceso de carga del condensador en el circuito de corriente continua En el exerimen&o si/"ien&e se de%e anali9ar el roceso de car/a de "n condensador de * (c"rva de la &ensin del condensador 4 corrien&e de car/a). Mon&e el circ"i&o exerimen&al reresen&ado a con&in"acin. !a si/"ien&e $i/"ra il"s&ra el mon&a1e exerimen&alG A%ra el ins&r"men&o vir&"al Fuente de tensión continua , 4 seleccione los a1"s&es F"e se de&allan en la &a%la si/"ien&e. En rimer l"/ar, no conec&e el ins&r"men&o.
A.ustes de la @uente de tensi&n continua Ran/oG * J Tensin de salidaG * J
A%ra el ins&r"men&o vir&"al Oscioscopio a &rav5s de la ocin de menú Instrumentos b Instrumentos de medición b Oscioscopio, o &am%i5n "lsando la si/"ien&e ima/en, 4 seleccione los A.ustes del oscilosco,io a1"s&es F"e se de&allan en la &a%la si/"ien&e. Canal A = J L div Canal : mJ L div ase de : ms L div &iemoG Modo de oeracinG \LT, DC Canal A L $lanco Tri//erG ascenden&e L IN2!E L reTri//er :=
AliF"e a7ora "n sal&o de &ensin al condensador, conec&ando la $"en&e de &ensin con&in"a or
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medio de la &ecla P<ER. Arras&re el oscilo /rama o%&enido 7acia la si/"ien&e ven&ana
CUES"IONARIO (E! C
QC"ál es la &ra4ec&oria de la c"rva de corrie n&e de car/a des"5s de F"e se conec&a la &ensin con&in"a A) D"ran&e &odo el roceso de car/a se man&iene cons&an&e. ) En rimer l"/ar, sal&a a "n valor máximo 4 l"e/o desciende linealmen&e 7as&a lle/ar a cero. C) Asciende exonencialmen&e de cero a "n valor máx imo. D) En rimer l"/ar, sal&a a "n valor máximo 4, a co n&in"acin, desciende exonencialmen&e 7as&a lle/ar a cero.
;.
Q6"5 reaccin ocasionar'a "na dismin"cin dela resis&encia de car/a R*; en el valor máximo de la corrien&e de car/a A) Nin/"na. ) !a corrien&e de car/a dismin"ir'a. C) !a corrien&e de car/a ascender'a.
eare el condensador de la &ensin de alimen&acin re&irando el ca%le del clavi1ero J+; 4 o%serve la &ensin del condensador d"ran&e "n &iemo rolon/ado. +. Q6"5 s"cede con la &ensin del condensador A) Permanece cons&an&e. ) A"men&a. C) Desciende a"la&inamen&e 7as&a lle/ar a J. D) Primeramen&e asciende 4 l"e/o desciende 7as&a J. =. QCmo se "ede exlicar es&a reaccin A) El condensador, "na ve9 F"e se 7a re&irado la &ensin de alimen&acin, reresen&a "na resis&encia 7mica. A) El condensador se descar/a a &rav5s de la resis&encia in&erna de la medicin. ) El condensador man&iene s" &ensin "es&o F"e la car/a no "ede salir al ex&erior. J"elva a conec&ar la $"en&e de &ensin con&in"a ara volver a car/ar el condensador. Para anali9ar la in$l"encia de la resis&encia de en&rada necesaria ara la medicin (ANA!<2 IN), seare a7ora la conexin con el clavi1ero AX). J"elva a searar a7ora el ca%le F"e va al clavi1ero \+;. A con&in"acin, conec&e AX, slo %revemen&e, ara comro%ar la &ensin del condensador 4 mida la &ensin en lar/os in&ervalos de &iemo. >. Q6"5 se "ede o%servar en con&raosicin a lamedicin con&in"a A) No se o%serva nin/"na di$erencia con la medicin con&in"a. ) !a &ensin desciende a7ora más ráidamen&e. C) !a &ensin desciende a7ora más len&amen&e. D) !a &ensin ermanece a7ora cons&an&e.
'(a)a edici&n
+?
Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III
FUNDAMENTO TEÓRICO DE LA BOBINA EN EL CIRCUITO DE CORRIENTE CONTINUA Inductancia de una bobina #"n&o al camo el5c&rico, F"e aarece or e1emlo en&re las lacas de "n condensador car/ado, exis&e en la elec&ro&ecnia "n se/"ndo &io de camo en $orma de camo magn$tico . Mien&ras F"e el camo el5c&rico aarece en el en&orno de car/as en reoso, el camo ma/n5&ico es&á li/ado a or&adores de car/a e n movimien&o, es&o es, a "na corrien&e el5c&rica. !a ind"c&ancia de la %o%ina es, en es&e caso, "n indicador de s" caacidad ara /enerar "na &ensin de a"&oind"ccin. Para "na %o%ina alar/adaes válida la si/"ien&e relacinG
En es&a ec"acin, 1 es la cons&an&e ma/n5&ica de camo, 1 r la ermea%ilidad rela&iva del núcleo de la %o%ina, el número de esiras, la lon/i&"d de la %o%ina 4 A s" seccin &ransversal (v5ase la ima/en si/"ien&e). !a "nidad de la ind"c&ancia es el "enrio (s'm%olo K, * K V * JsLA). Una %o%ina &iene "na ind"c&ancia i/"al a * K si d"ran&e la modi$icacin "ni$orme de la corrien&e F"e $l"4e or ella en * A or se/"ndo, se ind"ce "na &ensin de a"&oind"ccin i/"al a * J.
Cone3i&n y descone3i&n de una bobina i "na %o%ina se enc"en&ra en "n circ"i&o de corrien&e con&in"a, la corrien&e F"e $l"4e or ella es cons&an&e &omando en c"en&a, en rimer l"/ar, el roceso de conexin de manera F"e no se /enera nin/"na &ensin de a"&oind"ccin. !a %o%ina ac&úa, or &an&o, en es&e caso, como "na resis&encia 7mica, c"4o valor de resis&encia (or lo /eneral m"4 eF"eo), res"l&a del valor de resis&encia esec'$ico del ma&erial de la %o%ina al i/"al F"e de la lon/i&"d 4 seccin &ransversal del alam%re. C"ando se conec&a "na %o%ina, en rimer l"/ar, se $orma s" camo ma/n5&ico de%ido a las modi$icaciones res"l&an&es del $l"1o, se crea "na &ensin de a"&oind"ccin F"e ac&úa o"es&amen&e a la &ensin alicada. De es&a manera no asciende la in&ensidad de corrien&e a%r"&amen&e en el circ"i&o el5c&rico (como oc"rrir'a con "na car/a resis&iva), sino F"e la corrien&e asciende a"la&inamen&e 7as&a alcan9ar "n de&erminado valor $inal. i se desconec&a la %o%ina, &iene l"/ar "n roceso inversoG Al dil"irse el camo ma/n5&ico se ori/ina "na &ensin de a"&oind"ccin, F"e &iene el mismo sen&ido F"e la &ensin F"e se alica%a an&eriormen&e, 4 F"e en las %o%inas con $"er&es camos ma/n5&icos "ede ado&ar valores más elevados. !a &ensin de a"&oind"ccin, en rinciio, man&iene el $l"1o de corrien&e F"e a&raviesa la %o%ina, de manera F"e la corrien&e no var'a a%r"&amen&e sino F"e desciende a"la&inamen&e 7as&a lle/ar a cero.
'(a)a edici&n
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Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III
E3,erimento/ a bobina en el circuito de corriente continua En el exerimen&o si/"ien&e se anali9ará el roces o de desconexin de "na %o%ina. Para ello, en rimer l"/ar, se car/ará la %o%ina con "na &ensi n con&in"a de = J 4, a con&in"acin, se a%rirá el circ"i&o de corrien&e or medio de "n rel 5. Mon&e el circ"i&o exerimen&al F"e se reresen&a a con&in"acin en la &ar1e&a de exerimen&acin <+:; >AG AF"' se de%e ca%lear el rel5 * de manera F"e el clavi1ero \+@ de la &ar1e&a de exerimen&acin, en es&ado de reoso, se enc"en&re conec&ado al rel5 con la salida (ANA!<2
el
ins&r"men&o vir&"al , 4 seleccione los Oscioscopio a1"s&es F"e se de&allan en la &a%la si/"ien&e.
A.ustes del oscilosco,io Canal A ase de &iemoG
: J L div * s L div
Modo de \LT, DC oeracinG Tri//erG
Canal A L $lanco ascenden&e L re&ri//er :=
A%ra el anel de rel5s or medio de la ocin de menú Instrumentos b #e$ o "lsando la ima/en F"e se enc"en&ra a con&in"acin.
'(a)a edici&n
+G
Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III
Corô"i&e %revemen&e el rel5 * del anel ara desconec&ar la %o%ina de la alimen&acin de &ensin. Arras&re con el ra&n el oscilo/rama o%&enido en la si/"ien&e ven&ana, 4 v"elva a conec&ar el rel5 en la osicin inicial.
CUES"IONARIO (!A <INA) *. QC"ál es la &ra4ec&oria de la c"rva de &ensin en la resis&encia de descar/a R: A) al&a a "n elevado valor osi&ivo 4 desciende a con&in"acin len&amen&e acercándose a J ) al&a a "n elevado valor ne/a&ivo 4 desciende a con&in"acin len&amen&e acercándose a J. C) al&a inmedia&amen&e a J Permanece cons&an&e
A7ora, reemlace la resis&encia de descar/aG R: V = or la resis&encia R; V *= 4 rei&a el exerimen&o. !leve el oscilo/rama a la si/"ien&e ven&ana.
:. QCmo var'a la c"rva de &ensin A) No var'a en lo a%sol"&o. ) !a &ensin desciende a7ora ráidamen&e 4 el ico ne/a&ivo m"es&ra "na li/era ron"nciacin. C) !a &ensin desciende a7ora ráidamen&e 4 el ico ne/a&ivo m"es&ra "na ron"nciacin marcada. D) !a &ensin desciende a7ora len&amen&e 4 el ico ne/a&ivo m"es&ra "na li/era ron"nciacin. E) !a &ensin desciende a7ora len&amen&e 4 el ico ne/a&ivo m"es&ra "na ron"nciacin marcada. ) !a &ensin ermanece cons&an&e.
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(
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E UEN"E DE <=EA"S"ONE EKERIENCIA N4 O$5E"IVO/ *. De&erminar los valores de resis&encias desconocidas, "&ili9ando el "en&e de 7ea&s&one. :. Es&"diar la versa&ilidad del circ"i&o "en&e.
Circuito ,uente El circuito puente se comone de la conexin en aralelo de dos divisores de &ensin, de ac"erdo con la si/"ien&e ima/en.
i el divisor de &ensin s"erior (com"es&o or las resis&encias # * 4 # :) divide la &ensin de alimen&acin en la misma relacin F"e el divisor de &ensin in$erior (com"es&o or las resis&encias # ; 4 # +), en&onces, en&re los "n&os C 4 D no exis&e nin/"na &ensin (' D V ). En es&e caso se a$irma F"e los "en&es man&ienen "na condicin de equiirio . !a condicin de eF"ili%rio es la si/"ien&eG
i se reemla9an las resis&encias # ; 4 # + or "na resis&encia a1"s&a%le, se "ede emlear el circ"i&o "en&e ara medir la resis&encia es&e &io de circ"i&o lleva el nom%re del $'sico in/l5s "eatstone 4 se lo conoce &am%i5n como puente de "eatstone (v5ase si/"ien&e ima/en). AF"', # x es la resis&encia c"4o valor se de%e de&erminar 4 # N "na resis&encia (la ma4or'a de las veces a1"s&a%le) de comaracin (resis&encia normal). El "en&e se in&rod"ce ara la medicin en es&ado de eF"ili%rio (' D V ) 4 # x se determina a ,artir de la siguiente relaci&n/
E3,erimento/ Circuito ,uente En el si/"ien&e exerimen&o se de%e anali9ar "n circ"i&o "en&e. Para ello se com%inarán los dos divisores de &ensin 4a anali9ados en "n exerimen&o an&erior.
'(a)a edici&n
('
Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III
A%ra el ins&r"men&o vir&"al (ot!metro A,) la si/"ien&e ima/en 4 seleccione los a1"s&es F"e se de&allan en la &a%la si/"iente.
A.ustes del Voltímetro $ Ran/o de medicinG
* J DC
A.ustes del )oltímetro A Com are
Ran/o de medicinG
circ"i
Modo de
&o
oeracinG
el
Modo de oeracinG
AJ
: J DC AJ
mon& ado con el circ"i&o "en&e F"e se reresen&a a con&in"acin, 4 F"e 4a $"era resen&ado en la á/ina an&erior del c"rso. Q6"5 resis&encias de la &ar1e&a de exerimen&acin corresonden a los valores ano&ados en el dia/rama de circ"i&o Ano&e s"s res"es&as en la &a%la *. De%e 7acer las veces de resis&encia de car/a ara ello, inser&e el conec&or "en&e ; (v5ase el an&erior mon&a1e exerimen&al). Inser&ando o re&irando los conec&ores "en&e * 4 : se "ede alicar la car/a, al&erna&iva Q6"5 &ensin ' D del "en&e de%er'a eserarse en&re los "n&os de medicin MP: 4 MP>, si se &oma en c"en&a el 7ec7o de F"e am%os divisores de &ensin resen&an la misma relacin de divisin Conec&e el Jol&'me&ro en&re es&os dos "n&os de medicin. En el caso de F"e sea necesario, var'e el ran/o de medicin 4 mida la &ensin del "en&e.
Ta%la *G R (dia/rama de circ"i&o)
R (&ar1e&a)
Rx RN R; R+
Ano&e s"s res"l&ados en las si/"ien&es casillas.
'(a)a edici&n
(*
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Tensin F"e de%er'a es&ar en&re MP: 4 MP>
' eserada V
J
V
'
V Tensin medida en&re MP: 4 MP> A7ora se de%e examinar la res"es&a del circ"i&o "en&e some&ido a car/a . !a resis&encia R; de la &ar1e&a de exerimen&acin n"evamen&e, en el divisor de &ensin de la i9F"ierda 4Lo en el de la derec7a. Mida cada &ensin U resen&e en&re MP* 4 MP; ara las com%inaciones indicadas en la &a%la :, al i/"al F"e las &ensiones arciales ' * 4 ' : del divisor de &ensin i9F"ierdo (&ensiones en&re MP* 4 MP: %ien en&re MP: 4 MP;) as' como las corresondien&es &ensiones arciales del divisor de &ensin derec7o (&ensiones en&re MP= 4 MP> %ien en&re MP> 4 MP;). Mida, además, en cada ocasin, la &ensin ' D del "en&e, en&re MP: 4 MP>. Ano&e &odos los valores de medicin en la &a%la :. medida
TA!A : "abla */
$7 '
$7*
Di)isor I-Huierdo
U$ V
U' V
U* V
Di)isor DerecIo
U' V
U* V
UD V
COMRO$ACIJN ANAJ%ICA DE UEN"E DE <=EAS"S"ONEP e "&ili9a c"ando deseamos medir resis&encias el5c&ricas or comaracin con o&ras F"e es&án cali%radas. e ins&alan c"a&ro resis&encias R*, R:, R; 4 R+, &al como se m"es&ra en la $i/"ra *. !os "n&os A 4 se "nen a los olos de "na $"en&e de vol&a1e J, "niendo los "n&os C 4 D a &rav5s de "n /alvanme&ro 2. !as resis&encias R* 4 R;, es&án conec&adas en serie, as' como &am%i5n lo es &án las resis&encias R: 4 R+. Es&as dos ramas es&án conec&adas en aralelo.
'(a)a edici&n
(+
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C
R 1
R 3
B
A G R 2
R 4
D +
-
En el &io de "en&e F"e se "&ili9a en es&a exeriencia ("en&e "ni$amiliar), !as resis&encias R: 4 R+ son s"s&i&"idas or "n alam%re 7omo/5neo cil'ndrico de seccin er$ec&amen&e cons&an&e. Un c"rsor F"e desla9a so%re el "en&e 7ace las veces del "n&o D. Al cerrar el circ"i&o con la llave , se ori/ina "na corrien&e I F"e al lle/ar al "n&o A se %i$"rca en dosG "na ar&e asa or la resis&encia R * (corrien&e I*) 4 el res&o a &rav5s de la resis&encia R :, (corrien&e I:). En&onces se &ieneG I I 1
I 2
En la $i/"ra dos se "ede o%servar F"e la di$erencia de o&encial en&re los "n&os A 4 , es común ara las dos ramasG rama $ormado R * 4 R; 4 la rama $ormada or las resis&encias R: 4 R+. e consi/"e el eF"ili%rio del "en&e dando "n valor $i1o a R *, 4 desla9ando el c"rsor D 7as&a F"e el /alvanme&ro marF"e , es decir, corrien&e n"la. En&onces la ec"acin &oma la $ormaG
'(a)a edici&n
((
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R1 R2
[[[[[[[[[*
R3
R4
R 3
R4 R
R x
[[[[[.:
1
R2 La resistencia de un conductor homoéneo en !unci"na su resis#$idad. % está dado por la relaci"n:
L
[[[[[[[[.;
R
A i reemla9amos (;) en (:) o%&enemosG R
L4 R
x
[[[[[[[.+ 1
L2 Con es&e res"l&ado odemos de&erminar $ácilmen&e e l valor de la resis&encia desconocida
R
x.
(67 ROCEDIMIEN"O6 *. Arme el circ"i&o de la $i/"ra :. Considere "na resis&encia R* del &a%lero de resis&encias 4 seleccione o&ra resis&encia Rx de la ca1a de resis&encias. :. Jar'e la osicin de con&ac&o desli9an&e D, a lo lar/o del 7ilo 7as&a F"e la lec&"ra del /alvanme&ro sea cero. ;. Ano&e los valores de lon/i&"des del 7ilo !: 4 !+ as' como &am%i5n el valor de R* en la &a%la *. +. U&ili9ando la ec"acin 7alle el valor de la resis&encia Rx l"e/o comárelo con el valor F"e indica la ca1a de resis&encias (d5cada). =. Rei&a los asos *,:,; 4 + ara o&ras resis&encias ano&ándolas en la &a%la * >. Comle&e la &a%la *. TABLA & Caa !e Res"stenc"a R 1 ()*+,
Porcentae !e Error
Res"stenc"a Lon#"t$! !e% &"%o
'e!"!a ()*,
E E t
e
100/
E t
L 2
(c,
L 4
(c.,
Con e% E$"o
C!"#o !e Co%ores
167 CUES"IONARIO6 *. #"s&i$iF"e la exresin (+) "&ili9ando las le4es de Hirc77o$$. :. QC"áles cree F"e 7an sido las osi%les $"en&es de error en la exeriencia reali9ada ;. QCmo cree F"e odr'a evi&ar es&as $"en&es de error +. ExliF"e Ud. F"5 condiciones $'sicas exis&en c"ando no asa corrien&e or el
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(1
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/alvanme&ro. =. QC"áles son los $ac&ores F"e in$l"4en en la re cisin del "en&e de 7ea&s&one al &ra&ar de conocer el valor de "na resis&encia desconocida QPor F"5 >. QC"ál ser'a la máxima resis&encia F"e se odr' a medir con el "en&e de 7ea&s&one !a máxima resis&encia F"e "ede medirse con e l circ"i&o &io "en&e es
?. QPor F"5 circ"la corrien&e or el /alvanme&roc"ando el "en&e no es&á en condiciones de eF"ili%rio ExliF"e de&alladamen&e. @. QC"áles son las ven&a1as 4 desven&a1as de "sar el "en&e QPor F"5
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(8
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Cam,o Magn2tico "errestre Com,onente =ori-ontal E3,eriencia No G MA%NE"ISMO El ma/ne&ismo es "n $enmeno $'sico carac&eri9ado or el 7ec7o de F"e, los c"eros F"e oseen es&a roiedad, e1ercen $"er9as de a&raccin 4 re"lsin so%re o&ros o%1e&os. De&erminados ma&eriales oseen carac&er's&icas ma/n5&icas 4 se conocen or &an&o como imanes o ma/ne&os. Todo imán &iene dos olosG el ,olo norte 4 el ,olo sur (diolo ma/n5&ico). e/"ramen&e, "s&ed conoce las si/"ien&es $ormas de imanesG Am%os olos a&raen o%1e&os F"e, or lo menos arcialmen&e, es&án cons&i&"idos or ma&eriales $er roma/n5&icos.
Materiales magn2ticos Materiales diamagnéticos
Pla&a, co%re, %ism"&o, a/"a. Os&os a&enúan m"4 oco el camo, es decir, no son ma/n5&icos. Materiales ferromagnéticos
Kierro, co%al&o, n'F"el. Os&os in&ensi$ican el camo considera%lemen&e. Materiales paramagnéticos
Pla&ino, al"minio, aire. Os&os in&ensi$ican el camo m"4 levemen&e.
Cam,o magn2tico de la "ierra Kaciendo "na simli$icacin, la Tierra se "ede considerar como "n imán de %arra, F"e e1erce "na $"er9a de a&raccin 4 re"lsin so%re o&ros imanes . Por es&a ra9n, como %ien se sa%e, la a/"1a iman&ada de "na %rú1"la se orien&a 7acia los olos de la &ierra, a lo lar/o de las l'neas de camo. Tam%i5n arece F"e al/"nos animales, como las alomas, "&ili9an el camo ma/n5&ico de la &ierra ara orien&arse. El olo nor&e de "na %rú1"la indica aroximadamen&e la direccin del olo nor&e /eo/rá$ico. En es&e caso, aaren&emen&e, exis&e "na con&radiccin con la re/la de los olos (olos o"es&os V a&raccin). En realidad, el imán de %arra &erres&re se enc"en&ra olari9ado inversamen&e, es&á con&enido en el núcleo l'F"ido ex&erior de la &ierra 4 &iene "na inclinacin de "nos *:8 con resec&o al e1e de ro&acin de la Tierra.
Origen del campo magnético terrestre El núcleo in&erno de la &ierra es slido 4 el núcle o ex&erno es l'F"ido. En el núcleo l'F"ido ex&erior se rod"ce la conveccin (movimien&o circ"lar) de la me9cla l'F"ida de 7ierro, n'F"el 4 a9"$re, lo F"e ca"sa "na corrien&e el5c&rica de ma/ni&"d inima/ina%le. Es&o ori/ina "na ind"ccin elec&roma/n5&ica en el núcleo de la Tierra, F"e rod"ce, a s" ve9, "n /i/an&esco camo ma/n5&ico.
'(a)a edici&n
(?
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a brQ.ula Una %rú1"la cons&a %ásicamen&e de "n imán ao4ado s o%re el cen&ro del e1e, lo F"e le ermi&e ro&ar li%remen&e. Por lo /eneral, la %rú1"la &iene "na $orma eF"ea 4 s"s ex&remos &erminan en "n&a. Por es&a ra9n se 7a%la de la a/"1a iman&ada de la %rú1"la. a1o el e $ec&o del camo ma/n5&ico de la Tierra, la a/"1a se orien&a si/"iendo el sen&ido de las l'neas de camo. Es decir, el olo nor&e de la %rú1 "la seala aroximadamen&e en la direccin del olo nor&e /eo/rá$ico U%icacin /eo/rá$ica de los olos En realidad, el olo ma/n5&ico s"r de la Tierra F"eda cerca del olo /eo/rá$ico nor&e. En el maa se "ede "%icar exac&a men&e el olo ma/n5&ico a ?+8 de la&i&"d nor&e 4 *8 de lon/i&"d oes&e. El olo ma/n5&ico nor&e F"eda en el lano exac&amen&e a ?:8 de la&i&"d s"r 4 *==8 de lon/i&"d es&e. e de%e &ener en c"en&a F"e los olos ma/n5&icos se desla9an len&amen&e. !os valores mencionados se re$ieren a mediciones de los aos ?.
CÁLCULO
DEL CAMPO MAGNÉTICO DE LA TIERRA
ColoF"e la %rú1"la so%re la mesa 4 o%serve la direc cin F"e indica la a/"1a. 2ire la %rú1"la ree&idamen&e en di$eren&es direcciones. QCmo se comor&a la a/"1a Conse1oG Man&en/a la %rú1"la ale1ada lo s"$icien&e de los imanes de %arra. A ,= m de dis&ancia, la in$l"encia es &odav'a clara, mien&ras F"e a * m, or lo /eneral, es s"$icien&emen&e escasa . !a a/"1a se orien&a cada ve9 en o&ra direccin. !a a/"1a se orien&a siemre en la misma direccin. En la /rá$ica, la %rú1"la es&á ro&"lada con los "n
&os cardinales. QC"ál es la ro&"lacin correc&a
QC"ál es la olaridad del lado de la a/"1a ma/n5&ic a F"e se orien&a 7acia el olo nor&e /eo/rá$ico
*6
O$5E"IVOS · · ·
De&erminar las carac&er's&icas del camo ma/n5&ico de la Tierra. De&erminar la comonen&e 7ori9on&al del camo ma/n5&ico &erres&re en el la%ora&orio. Anali9ar el comor&amien&o de "na %arra ma/n5&ica en "n camo ma/n5&ico.
'(a)a edici&n
(
Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III
*6
MA"ERIAES
+6 FUNDAMEN"O "EJRICO Es m"4 conocido F"e la a/"1a de "na %rú1"la se orien&a de s"r a nor&e de%ido al camo ma/n5&ico &erres&re. !a Tierra se comor&a como "n /i/an&esco imán. !a a/"1a ma/n5&ica de la %rú1"la se orien&a se/ún las l'neas del camo ma/n5&ico de la Tierra, las c"ales no coinciden exac&amen&e con las l'neas del meridiano /eo/rá$ico. i/. * El án/"lo F"e $orma el Meridiano Ma/n5&ico resec&o de la direccin del meridiano /eo/rá$ico se llama declinaci&n magn2tica D0 4 "ede es&ar osicionado a la i9F"ierda () o a la derec7a (E) del meridiano /eo/rá$ico. Por c onvencin se es&a%leci F"e las declinaciones ma/n5&icas osicionadas al (oes&e) del meridiano /eo/rá$ico F"e asa or el l"/ar serán Negati)as (D ) 4 las F"e es&5n a la derec7a o E (es&e) será n ositi)as D L06 Es&"dios reali9ados d"ran&e m"c7os aos ermi&ieron es&a%lecer F"e la D (declinacin ma/n5&ica) man&iene "n sen&ido de crecimien&o o a"men&o de s" valor en /rados 7as&a lle/ar a "n valor máximo F"e man&iene d"ran&e "n er'odo con sidera%le ara comen9ar a decrecer (dismin"cin de s" valor en /rados). !as l'neas de $"er9a salen e in/resan al núcleo de la Tierra a&ravesando la cor&e9a &erres&re, son &an/enciales al meridiano ma/n5&ico. El meridiano ma/n5&ico descri%e "n arco F"e rovoca F"e al in/resar en el olo nor&e ma/n5&ico lo 7a/an en $orma ver&ical a la s"er$icie &erres&re. C"ando la inclinacin es 7ori9on&al las l'neas de $"er9a es&án "%icadas en el Ecuador Magn2tico 4 a medida F"e se ale1an 7acia los olos se inclinan 7as&a lle/ar a la ver&icalidad en los olos, saliendo del olo s"r e in/resando en el olo nor&e ma/n5&ico. !a in&ensidad del camo ma/n5&ico &erres&re en "n "n&o dado deende de s"s olos ma/n5&icos 4 es &an/en&e a la l'nea de $"er9a F"e asa or dic7o "n&o. C"ando "na %arra ma/n5&ica s"sendida median&e "n 7ilo m"4 del/ado $ormando "n án/"lo con la comonen&e 7ori9on&al del camo ma/n5&ico &erres&re, inicia "n movimien&o oscila&orio de%ido al &orF"e rod"cido or la $"er9a ma/n5&ica, como se m"es&ra. i el án/"lo f *=_ en&onces el movimien&o de la %arra ma/n5&ica se odrá considera r como armnico simle, en es&e caso s" eriodo de oscilacin es&a dado orG
T
2
I B x
'(a)a edici&n
.
(*)
(G
Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III
Donde, I es el momen&o de inercia de la %arra con resec&o al e1e de ro&acin, es el momen&o ma/n5&ico de la %arra 4 \ es la comonen&e 7ori9on&al del camo ma/n5&ico &erres&re. Por de$inicin, el momen&o ma/n5&ico de la %arra es&á dado orG Vm.! (:) donde, m es la la car/a ma/n5&ica o &am%i5n llamada masa ma/n5&ica 4 ! es la dis&ancia en&re las masas ma/n5&icas. De la ec"acin (*) se ded"ce F"eG 2
B x
4 I T
(;)
2
El momen&o de inercia de "n aralele'edo rec&an/"lar de masa M F"e /ira alrededor de "n e1e, es&á dado orG
I M (a 12
a
2
2
b ,
(+)
"#$ra 2
Por o&ro lado, la ma/ni&"d del camo ma/n5&ico de la %arra ma/n5&ica, en el "n&o P, &al como se m"es&ra, se enc"en&ra a ar&ir de la le4 de Co"lom% ara el camo ma/n5&ico, 4 viene dada orG
B P
32kmLd (4d 2 L2 , 2 ,
(=)
donde, d es la dis&ancia desde el "n&o medio de la %arra al "n&o P (ver i/"ra ;) 4 m es la Wb masa ma/n5&ica. En el I k 10 Am
B L
Bt
B
5 P !
-
6 "#$ra 3
i la %arra ma/n5&ica se orien&a erendic"larmen&e al camo ma/n5&ico &erres&re, se enc"en&ra F"e, en el "n&o P, el camo ma/n5&ico &o&al, T, es&á en la direccin como el F"e se m"es&ra en la i/"ra ;. C"ando el án/"lo V +=_ en&onces el camo ma/n5&ico de la %arra es i/"al a la comonen&e 7ori9on&al del camo ma/n5&ico &erres&re, es decir, V 7. C"ando es&o oc"rre la ec"acin (=) se &rans$orma enG
'(a)a edici&n
1
Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III
B x
8 2kId 2 2 T (4d L ,
(>)
(67 ROCEDIMIEN"OS +.* Examine 4 recono9ca cada "no de los ma&eriales de s" eF"io. Realice las cali%raciones de los eF"ios +.: U&ilice la %alan9a de masas 4 mida el valor de la masa de la %arra ma/n5&ica, M, en ^ilo/ramos. Con el vernier mida las dimensiones, a 4 %, de la %arra ma/n5&ica. A ar&ir de es&os da&os medidos 7alle el momen&o de inercia de la %arra ma/n5&ica "sando la si/"ien&e exresinG 2 2 a
b M
I
(?)
12
Ano&e &"s res"l&ados en la Ta%la *. MAA M(^/)
!
TA!A * ANCK< %(m)
M
+.; De&ermina la dis&ancia, !, en&re los olos ma/n5&icos del imán. Para ello "&ilice la %rú1"la. An&es de reali9ar la medicin desalo1e de la mesa de &ra%a1o &odo ma&erial ma/n5&ico, como or e1emlo, relo1, anillos, /a$as, e&c. ColoF"e la %arra ma/n5&ica en el cen&ro de la mesa 4 con la a4"da de la %rú1"la &race al/"nas l'n eas de $"er9a, F"e se sal/an de los olos. Prolon/ando las l'neas &ra9adas en la direccin en F"e ellas arecen conver/er ara encon&rar la osicin de los olos ma/n5&icos. <%serve la i/"ra +, mida la dis&ancia ! (dis&ancia en&re los olos ma/n5&icos), 4 ano&e el valor en la Ta%la :.
L
i/"ra +
+.+ De&ermine la direccin del camo ma/n5&ico &eres&re, re&irando lo más le1os osi%les la %arra ma/n5&ica 4 coloF"e la %rú1"la en el cen&ro de la mesa. Trace la direccin del camo ma/n5&ico &erres&re. +.= Trace "na erendic"lar a la direccin del camo ma/n5&ico &erres&re 4 so%re es&a rec&a alinee la %arra ma/n5&ica, &al como se m"es&ra en la i/"ra ;. El "n&o P es la in&erseccin de las dos rec&as F"e se 7an &ra9ado. +.> ColoF"e la %rú1"la en el "n&o P. Acercándose o ale1ando la %arra ma/n5&ica al "n&o P se consi/"e F"e las a/"1as de la %rú1"la $ormen "n án/ "lo g V +=_. En esa osicin mida la dis&ancia d 4 re/is&re es&e da&o en la Ta%la :.
'(a)a edici&n
1'
Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III
+.? "senda la %arra ma/n5&ica en la 7orF"illa del ma/ne&me&ro 4 alin5ela en la direccin del camo ma/n5&ico &erres&re. Con la a4"da de o&ra %arra ma/n5&ica rod"9ca oscilaciones con án/"los de /iro no ma4ores de *_, F"e no &en/a vi%raciones la&erales. Re&ire &odos los c"eros ma/n5&icos "na ve9 F"e la %arra es&5 oscilando. +.@ Mida el &iemo F"e emlea la %arra ma/n5&ica en reali9ar * oscilaciones comle&as 4 de&ermine s" eriodo T. Rei&a es&a medicin = veces como m'nimo 4 re/is&re es&os valores en la Ta%la :. Ta%la : N_ DE MEDICI
*
:
;
+
=
N_ DE <CI!ACI
TV )
m
dV (
)m
7V
<%servacinG * nT V * nano&esla V *B Tesla (T).
167 CUES"IONARIO =.* U&ilice la ec"acin (>) ara calc"lar la ma/ni&"d de la comonen&e 7ori9on&al del camo ma/n5&ico &erres&re en el !a%ora&orio. Comare s" res"es&a ara el camo ma/n5&ico de la Tierra en la%ora&orio con el valor &erico o%&enido del modelo de re$erencia del camo /eoma/n5&ico :, F"e se enc"en&ra en la á/ina he % en l'nea 7&&GLLhhh.n/dc.noaa./ovLc/i%inLse/L/ma/L$ldsn&7:.l 4 disc"&a las ra9ones ara las discreancias en los res"l&ados.
Ta%la ; Coordenadas /eo/rá$icas 4 al&"ra en msnm en el a&io de la C "sando "n 2P de * m de resol"cin esacial.
!ATITUD
!
A!TURA
*
*:8 ;j ;>jj
??8 +j =+jj
B= m
=.:
K
!U2AR Pa&io de la ac"l&ad de Ciencias 'sicas
Q6"5 $"en&es de error considera "s&ed F"e 7an a$ec&ado a los res"l&ados F"e 7a o%&enido QCmo odr'an s"erarse es&os errores
=.;
2ra$iF"e la l'nea de $"er9a de la %arra ma/n5&ica, sealando la osicin de los olos ma/n5&icos 4 las dis&ancias ! 4 d.
=.+
QC"áles son las carac&er's&icas del camo ma/n5 &ico &erres&re QC"ál es el comor&amien&o de "na %arra ma/n5&ica den&ro de "n camo ma/n5&ico
=.=
QEn F"5 l"/ar de la Tierra los comonen&es 7ori9on&al 4 ver&ical del camo ma/n5&ico &erres&re son máximos QPor F"5 Exli F"e /rá$icamen&e.
867 SU%ERENCIAS ! CONCUSIONES
'(a)a edici&n
1*
Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III
INDUCCIJN MA%N9"ICA ! "RANSFORMADORES EKERIENCIA NO' O$5E"IVOS *. Es&"diar al/"nos $enmenos de ind"ccin elec&roma/n5&ica :. De&erminar la relacin en&re corrien&e ind"cida 4 la variacin de $l"1o ma/n5&ico ;. Es&"diar la relacin de &rans$ormadores !a elec&ricidad 4 el ma/ne&ismo es&án es&rec7amen&e relacionados, "es la corrien&e el5c&rica mani$ies&a "n e$ec&o ma/n5&ico. El elec&roma/ne&ismo a%arca los $enmenos $'sicos F"e &ienen F"e ver con el e$ec&o de las car/as 4 corrien&es el5c&ricas, 4 las $"er9as F"e res"l&an de es&os $enmenos. En *@*B, el $'sico 4 F"'mico dan5s Kans C7ris&ian
CAMO MA%N9"ICO AREDEDOR DE UN CONDUC"OR E9C"RICO Todo cond"c&or el5c&rico or el F"e circ"la "na corrien&e /enera "n camo ma/n5&ico. Dic7o camo se ori/ina de%ido a F"e los or&adores de car/a (elec&rones) se m"even den&ro del cond"c&or. !a si/"ien&e animacin m"es&ra el camo ma/n5&ico /enerado or "n cond"c&or or el F"e $l"4e "na corrien&eG Un cond"c&or or el F"e circ"la corrien&e es&á rode ado or l'neas de cam,o conc2ntricas. Para de&erminar el sen&ido de las l'neas de camo se "ede alicar la llamada re/la del &ornilloG !as l'neas del camo ma/n5&ico rodean el cond"c&or or el F"e circ"la corrien&e en la misma direccin en la F"e 7a%r'a F"e /irar "n &ornillo (de rosca derec7a) ara are&arlo en el sen&ido &5cnico del $l"1o de la corrien&e.
Veri@icaci&n del cam,o magn2tico de una bobina Con "na %rú1"la se anali9ará "na %o%ina mien&ras o r ella circ"la "na corrien&e al i/"al F"e c"ando no se alica nin/"na corrien&e. En es&e caso, se de&erminarán ci er&as roiedades ma/n5&icas 4 la $orma de las l'neas de camo. Mon&e el si/"ien&e arre/lo exerimen&alG
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Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III
· ·
Re&ire la %rú1"la de s" soor&e 4 ac5rF"ela len&am en&e a la %o%ina. <%serve la orien&acin de la a/"1a de la %rú1"la.
Comlemen&e el arre/lo exerimen&al. !a animacin TEP: m"es&ra la manera de 7acerlo. M"eva de n"evo la %rú1"la alrededor de la %o%ina or la F"e a7ora circ"la corrien&e. · <%serve la direccin de la corrien&e. · Q6"5 se "ede a$irmar acerca de la orien&acin de al a/"1a de la %rú1"la c"ando se la coloca en di$eren&es osiciones alrededor de la %o%ina sin corrien&e Ano&e lo o%servado Q6"5 se "ede a$irmar acerca de la orien&acin de al a/"1a de la %rú1"la c"ando se la coloca en di$eren&es osiciones alrededor de la %o%ina or la F"e circ"la corrien&e Ano&e lo o%servado <%serve el comor&amien&o de la a/"1a de la %rú1"la en di$eren&es osiciones con resec&o a la %o%ina or la F"e circ"la corrien&e. Por $avor, ordene las si/"ien&es a$irmacionesG A) Q!a a/"1a de la %rú1"la se orien&a ) Q!as l'neas de camo descri%en "n arco
E@ecto del nQcleo de ierro Con "na %rú1"la se anali9ará "na %o%ina con núcleo de 7ierro, or la F"e circ"la corrien&e. e comararán las roiedades ma/n5&icas de la %o%ina con 4 sin núcleo de 7ierro. Mon&e el si/"ien&e arre/lo exerimen&alG Q6"5 "ede a$irmar acerca del comor&amien&o de la %rú1"la $ren&e a "na %o%ina con núcleo de 7ierro si se reali9a "na comaracin con lo F"e s"cede c"ando el núcleo se enc"en&ra a"sen&e
E@ecto dinBmico magn2tico e veri$icará si "na $"er9a ac&úa so%re "n imán F"e se in&rod"ce en "na %o%ina. Mon&e el si/"ien&e arre/lo exerimen&alG In&rod"9ca 4 saF"e ree&idamen&e el imán del devanado de la %o%ina con corrien&e. Q6"5 se sien&e
=ist2resis En los ma&eriales $erroma/n5&icos no exis&e "na relacin lineal en&re la densidad de $l"1o ma/n5&ico $ 4 la in&ensidad del camo ma/n5&ico K. En las Imá/enes m"es&ra la c"rva de ma/ne&i9acin.
i la in&ensidad de camo K ac&úa so%re "n ma&erial $erroma/n5&ico, la rimera ve9, 5s&e se comor&a de "na manera dis&in&a F"e d"ran&e ma/ne&i9aciones os&eriores.
'(a)a edici&n
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Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III
P"lse el %o&n * 4 odrá o%servar la n"eva c"rva de ma/ne&i9acinG (Ano&e lo o%servado) P"lse el %o&n : ara o%servar lo F"e oc"rre si la in&ensidad de camo dismin"4eG (Ano&e lo o%servado) P"lse el %o&n ; ara o%servar la manera en F"e la densidad de $l"1o "ede lle/ar a ceroG (Ano&e lo o%servado) P"lse el %o&n + ara o%servar el %"cle comle&o de 7is&5resisG (Ano&e lo o%servado)
Materiales de magnetismo @uerte y d2bil !a caacidad de man&ener "n ma/ne&ismo resid"al elevado o eF"eo, es "na roiedad de los ma&eriales F"e ermi&e di$erenciarlos en&reG ma/n5&icamen&e $"er&es 4 ma/n5&icamen&e d5%iles
ey de la inducci&n !os rocesos $'sicos rela&ivos a es&e $enmeno se descri%en median&e la le4 de la ind"ccin. Una variacin del $l"1o en el &iemo dLd& ind"ce en "n %"cle cond"c&or, F"e a%arca la s"er$icie A, la &ensin de ind"ccin.
i el cond"c&or es "na %o%ina con n v"el&a, las &ensiones arciales ind"cidas en cada arrollamien&o se s"man ara con$ormar la &ensin &o&al
E3,erimento ' de inducci&n En "na %o%ina sin núcleo se /enerará "na &ensin con el movimien&o de "n imán ermanen&e.
Dic7a &ensin se medirá con "n vol&'me&ro. Mon&e el si/"ien&e arre/lo exerimen&alG Ara e instrumento virtua vot!metro A de men de instrumentos de medición o puse sore a imagen de instrumento #eaice os siguientes a 5ustes #ango 0,7 (, 8C 8ispay an9ogo Conmutador giratorio en A( :visuai;ación de vaor medio<
'(a)a edici&n
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Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III
Conec&e la %o%ina a "n vol&'me&ro. In&rod"9ca 4 re&ire varias veces el imán ermanen&e del devanado de la %o%ina. Q6"5 se "ede o%servar en el vol&'me&ro (Ano&e lo o%servado)
E3,erimento * de inducci&n e variará el camo ma/n5&ico sin reali9ar nin/ún movimien&o, encendiendo 4 aa/ando la corrien&e en "na %o%ina de camo. e o%servará la &ensin ind"cida en "na se/"nda %o%ina 4 se medirá es&a &ensin con "n vol&'me&ro. Mon&e el si/"ien&e arre/lo exerimen&al. A%ra el ins&r"men&o vir&"al vol&'me&ro 4 realice los si/"ien&es a1"s&esG Ran/oG ,= J, DC Disla4 análo/o Conm"&ador /ira&orio en AJ (vis"ali9acin de valor medio) Dos %o%inas se enc"en&ran arrolladas alrededor del núcleo de 7ierro. !a %o%ina * es&á conec&ada al vol&'me&ro. En la %o%ina : se conec&a 4 desconec&a "na corrien&e. Q6"5 se "ede o%servar en el vol&'me&ro (Ano&e lo o%servado)
COMRO$ACIJN ANAJ%ICA DE INDUCCIkN E!ECTR
'6
FUNDAMEN"O "EJRICO6 !a ind"ccin elec&roma/n5&ica, es el $enmeno or el c"al se rod"ce corrien&e I en "n cond"c&or, de%ido a las variaciones del $l"1o ma/n5&ico F"e la in&erce&a. arada4 7acia *@; desc"%ri es&e $enmeno el c"al se "ede reali9ar or la accin de "n imán o or la accin de "na corrien&e. Dison/a de "na %o%ina ara el caso de la $i/"ra *. !
!
V
!
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5
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a) a"men&a %) no var'a c) dismin"4e i/"ra * '(a)a edici&n
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Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III
En (a) el imán se m"eve 7acia la %o%ina rod"ciendo "na corrien&e el5c&rica, denominada corrien&e ind"cida. En (%) el imán es&á en reoso, en&onces no 7a4 corr ien&e. En (c) el imán se ale1a de la %o%ina ind"ciendo "na corrien&e, ero en sen&ido con&rario al caso (a). i movemos el imán con ma4or raide9, la corrien&e será más in&ensa. !o an&erior se exlica as"miendo F"e c"ando acercamos el olo nor&e del imán a la %o%ina, la can&idad de l'neas F"e a&r aviesan la esira ($l"1o ma/n5&ico) a"men&a aareciendo "na corrien&e ind"cida, la F"e cesa c"ando de&enemos el imán es decir, la corrien&e d"ra slo mien&ras 7a4 variacin de camo.
E! DE EN El sen&ido de la corrien&e ind"cida es &al F"e &iende a oonerse median&e s"s acciones elec&roma/n5&icas, a la ca"sa F"e la rod"ce. !a corrien&e ind"cida I en la %o%ina es rod"cida or "na $"er9a elec&romo&ri9 ($em.) &am%i5n ind"cida E. Por lo &an&o "sando la le4 de !en9 odemos de$inir el sen&ido de la ($em.) ind"cida. As' en el e1emlo an&erior al in&rod"cir el olo nor&e del imán. Para es&o, en el ex&remo de la esira rximo al imán se de%e $ormar "n olo N, c"4a re"lsin de%emos vencer reali9ando "n &ra%a1o F"e se &rans$orma en corrien&e el5c&rica (olo N $ren&e al olo N). Por el con&rario al sacar el imán la corrien&e ind"cida crea "n camo ma/n5&ico F"e a&rae al imán, ara ven cer es&a a&raccin 7a4 F"e /as&ar &ra%a1o F"e se &rans$orma en corrien&e ind"cida de sen&ido con&rario al an&erior (olo N $ren&e al olo ). Conociendo los olos de la %o%ina es osi%le conocer el sen&ido del corrien&e F"e circ"la so%re 5l.
UER0A E!ECTR
E = - M dø/dt
/ de esiras
/ !a variacin del $l"1o ma/n5&ico dt / &iemo en F"e e$ec&úa la variacin dø
El si/no ne/a&ivo indica F"e la $em. <%&enida se oone a la variacin del $l"1o F"e la ori/ina
'(a)a edici&n
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Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III
*6
ROCEDIMIEN"O
ROIEDADES MA%N9"ICAS DE OS SOENOIDES6
Conec&e el solenoide &al como indica el circ"i&o de la $i/"ra :, man&eniendo la osicin rela&iva del solenoide 4 comás. Cierre la llave 4 ano&e la direccin en el c"al el olo nor&e de la a/"1a es de$lac&ada. Ano&e &am%i5n la direccin de la corrien&e alrededor de la 75lice F"e cons&i&"4e el solenoide. (Invier&a el sen&ido de la corrien&e 4 7a/a las mismas ano&aciones.)
Figura *
E RINCIIO DE EEC"ROIM:N ColoF"e el solenoide en direccin es&eoes&e del comás de modo F"e la a/"1a no es&5 de$lac&ada más de *8 con resec&o al e1e del solenoide c"ando la llave es&á a%ier&a. Cierre la llave 4 ano &e la osicin. Invier&a la corrien&e 4 ano&e la osicin de la a/"1a. Inser&e a7ora el &ornillo de me&al en el in&erior de la %o%ina. Q6"5 o%serva F!"#A !L!$T"OMOT"I# I%&$I&A
Conec&e las &erminaciones de "n solenoide al /alvanme&ro como m"es&ra la $i/"ra ;. Examine la direccin en la c"al el alam%re de la %o%ina es&á arrollada. Ind"ciendo el imán &al como se indica en la $i/"ra ;, ano&e la de$lexin del /alvanme&ro, en cada caso (7acia arri%a, 7acia a%a1o 4 de&ermine de F"5 modo en la $i/"ra $l"4e la corrien&e alrededor de la %o%ina, es 7orario o an&i7orario).
Figura E+
Mirando de arri%a 7acia a%a1o 4 moviendo el imán 7a cia aden&ro, se o%serva "na de$lexin en sen&ido 7orario en el /alvanme&ro, rod"ciendo lo con&rario al ale1ar el imán. Al cam%iar la raide9 del movimien&o del imán se r od"ce lo an&eriormen&e ero con ma4or in&ensidad. !a olaridad rod"cida en la %o%ina or la corrien&e ind"cida, se 7allara con la re/la de la mano derec7a.
FUERA EEC"ROMO"RI INDUCIDA EN"RE DOS CIRCUI"OS Alinee dos solenoides de modo F"e s"s e1es es&5n aralelos 4 los enrollamien&os es&5n en la misma direccin, como se indica en la $i/"ra +.
'(a)a edici&n
1
Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III
El solenoide conec&ado a "na ila se denomina rimario o ind"c&or 4 el o&ro es el sec"ndario o ind"cido. Con la llave cerrada mover la %o%ina rimaria 7acia a&rás o 7acia adelan&e como se 7i9o con el imán. i la a/"1a del /alvanme&ro se re$lec&a demasiado red"9ca la corrien&e en el rimario. <%serve las direcciones de la corrien&e en el sec"ndario 4 7a/a los dia/ramas similares al mos&rado en cada "no de los dia/ramas de%e indicar lo si/"ien&eG *) !a direccin de la corrien&e en el rimario :) !a direccin del movimien&o del rimario (7acia o desde el sec"ndario) ;) !a direccin de la corrien&e ind"cida en el sec"ndario. Q6"5 s"ceder'a si en l"/ar del rimario se m"eve el sec"ndario Con la %o%ina rimaria cerca de la sec"ndaria, var'e la corrien&e en el rimario %r"scamen&e, a%riendo o cerrando el circ"i&o. <%serve la amli&"d rela&iva de la de$lexin de la a/"1a del /alvanme&ro. Re/is&re s"s o%servaciones en dos dia/ramas de "n amanera similar a la s"/erida an&eriormen&e mos&rando en es&os casos c"ando la llave 7a sido cerrada 4 c"ando 7a sido a%ier&a.
i/"ra ;
Figura (
+6
CUES"IONARIO *. Q6"5 relacin o%serva "s&ed en&re la cond"c&a de "n solenoide or el F"e asa corrien&e el5c&rica 4 "n imán de "na %arra :. Mencione or lo menos dos re/las rác&icas ara de&erminar la olaridad de "n solenoide F"e lleva corrien&e el5c&rica
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;. Q6"5 e$ec&o rod"ce la insercin de "na varilla me&álica en el in&erior de "na %o%ina F"e lleva "na corrien&e el5c&rica +. Usando la le4 de !en9, indiF"e el sen&ido de la corrien&e el5c&rica 4 la olaridad en el sen&ido de la $i/"ra ; c"ando el imán se ale1a. =. De la $i/"ra + con la llave cerrada 4 con la idea de F"e el $l"1o ma/n5&ico en el sec"ndario a"men&e o dismin"4e a medida F"e acerF"emos o ale1emos el rimario, en"ncie "na re/la rac&ica ara de&erminar la olaridad en el ind"cido.
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Trans)ormadores
Es "na de las más imor&an&es alicaciones &5cnicas de la ind"ccin. e "ede encon&rar en &odos los &amaos, como &rans$ormador de al&a &ensin, en la &ransmisin de ener/'a 7 o como &rans$ormador de %a1a &ensin, rác&icamen&e, en &o dos los aara&os F"e se alimen&an con la &ensin de la red. !os &rans$ormadores slo se "eden oerar %ásicamen&e con corrien&e al&erna. En&re las $"nciones F"e c"mlen se enc"en&ranG
"ransmisi&n de energía Un &rans$ormador "ede &ransor&ar ener/'a, con ocas 5rdidas, de "n nivel de &ensin a o&ro.
Ada,taci&n de tensi&n Un &rans$ormador convier&e &ensiones, es decir, &rans$orma &ensiones en o&ras ma4ores o menores.
rinci,io del trans@ormador Por lo /eneral, los &rans$ormadores cons&an de devanados acolados ma/n5&icamen&e. e di$erencia en&re el de)anado ,rimario, es decir, el F"e cons"me o&encia el5c&rica, 4 el de)anado secundario, es decir, el F"e en&re/a o&encia el5c&rica. I/"almen&e, de modo análo/o se 7a%la deG · · ·
Tensin rimaria "* 4 sec"ndaria ": Corrien&e rimaria* 4 sec"ndaria i: Número de esiras del devanado rimario n * 4 del sec"ndario n:
!os &rans$ormadores &ienen diversas $ormas. En los eF"eos &rans$ormadores mono$ásicos, como el F"e se m"es&ra en el e1emlo, am%os devanados se enc"en&ran arrollados en "n slo lado del núcleo de 7ierro. Con es&o se lo/ra F"e el $l"1o ma/n5&ico /enerado or "na %o%ina se &ransmi&a casi or comle&o a la o&ra %o%ina. !as l'neas de camo se enc"en&ran rác&icamen&e den&ro del núc leo, la disersin es m'nima 4 el circ"i&o ma/n5&ico se cierra a &rav5s de los o&ros lados ex&eriores. i or el devanado rimario circ"la "na corrien&e, de%ido a la variacin del $l"1o ma/n5&ico en el &iemo, en el devanado sec"ndario se ind"cirá "na & ensin. !a relacin en&re las dos &ensiones corresonderá a la exis&en&e en&re el número de es iras de los devanados. !as corrien&es, al con&rario, &ienen "na relacin inversamen&e roorcional a la de los devanadosG
Com,ortamiento El &rans$ormador no se "ede considerar de nin/ún m odo como "n comonen&e ideal, caren&e de disersin 4 5rdidas. En la rác&ica se de&erminan 5rdidas F"e se mani$ies&an en el calen&amien&o del &rans$ormador. !as ca"sas de es&o sonG · ·
P5rdidas en los devanados de%idas a la resis&encia del alam%re de co%re P5rdidas en el 7ierro de%idas a corrien&es arási& as 4 5rdidas or 7is&5resis, ca"sadas or la inversin ma/n5&ica del 7ierro
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Para red"cir es&as 5rdidas, el núcleo del &rans$ormador se cons&r"4e de caas de c7aas individ"ales, aisladas en&re s'. Es&o evi&a considera%lemen&e la $ormacin de c orrien&es arási&as. !a c7aa del &rans$ormador se cons&r"4e de ma&erial ma/n5&ico s"ave, con "na c"rva de 7is&5resis an/os&a. !as 5rdidas resis&ivas son la ca"sa esecial de F"e la &ensin sec"ndaria del &rans$ormador con car/a no ermane9ca cons&an&e, sino F"e descienda. Es&e $enmeno se arecia más en los &rans$ormadores eF"eos, F"e oseen devanados de alam%re de co%re del/ado.
'67"rans@ormador sin nQcleo y con nQcleo e es&"diará la &ransmisin de ener/'a en "n &rans$ormador con 4 sin núcleo de 7ierro 4 se conocerá el e$ec&o imor&an&e F"e &iene dic7o comonen&e. Mon&e el si/"ien&e arre/lo exerimen&al.
A%ra el ins&r"men&o vir&"al /enerador de $"nciones "lsando so%re la ima/en del ins&r"men&o. Realice los si/"ien&es a1"s&esG orma de la c"rva INU rec"encia en =K9 Amli&"d *G* 4 * Ac&ive el %o&n P<ER 4 o%serve la l"minosidad de la lámara. Aa/"e de n"evo el %o&n P<ER del /enerador de $"nciones. P"lse a con&in"acin TEP:, en la animacin, 4 comlemen&e el &rans$ormador, como se indica, con el núcleo de 7ierro. Conec&e de n"evo el /enerador de $"nciones 4 o%serve la l"minosidad de la lámara. *. QCmo se comor&a la lámara en el devanado sec"ndario de "n &rans$ormador con 4 sin núcleo resonda 2.- En e% trans9ora!or7 $: "n9%$enc"a eerce $nn;c%eo !e *"erro sore %a trans"s"n !e ener#
*67Relaci&n de trans@ormaci&n e alicará "na &ensin al&erna al &rans$ormador se medirá con el vol&'me&ro la amli&"d de las &ension es rimarias 4 sec"ndarias 4 se calc"lará la relacin de &rans$ormacin. Mon&e el si/"ien&e arre/lo exerimen&alG
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A%ra el ins&r"men&o vir&"al vol&'me&ro A "lsando so%re la ima/en. Realice los si/"ien&es a1"s&esG Ran/oG = J, DC Disla4 di/i&al Conm"&ador /ira&orio en RM (valor e$ica9) A%ra el ins&r"men&o vir&"al vol&'me&ro "lsando so%re la ima/en. Realice los si/"ien&es a1"s&esG Ran/oG : J, DC Disla4 di/i&al Conm"&ador /ira&orio en RM (valor e$ica9) A%ra el ins&r"men&o vir&"al /enerador de $"nciones "lsando so%re la ima/en. Realice los si/"ien&es a1"s&esG orma de la c"rva INU rec"encia =K9 Amli&"d *G* 4 := Conec&e el /enerador de $"nciones accionando el %o&n P<ER. !ea am%os ins&r"men&os 4 &rans$iera los valoresG Jol&'me&ro AG &ensin rimaria U PRIM V
J
Jol&'me&ro G &ensin sec"ndaria U EC V
J
Jar'e el número de esiras del &rans$ormador n * V +, n: V :. !a animacin TEP: m"es&ra la manera de 7acerlo. !ea am%os ins&r"men&os 4 &rans$iera los valoresG Jol&'me&ro AG &ensin rimaria U PRIM V
J
Jol&'me&ro G &ensin sec"ndaria U EC V
J
Calc"leG Tensin rimariaL &ensin sec"ndariaG U
PRIM
LU
EC
V
Esiras del rimarioL esiras del sec"ndario n* L n:V *. QC"ál de las a$irmaciones de relacin de &rans$ ormacin del &rans$ormador es correc&a exliF"e cada "na de ellas. :. QPor F"5 ra9n, la &ensin de salida es menor F"e lo eserado de ac"erdo con la relacin en&re el número de esiras de los devanados ExliF "e or F"5
+67"rans@ormador con carga e alicará "na car/a a "n &rans$ormador 4 se medirá la &ensin del sec"ndario mien&ras se a"men&a la car/a. !os valores medidos se ano&arán en "na &a%la 4 se reresen&aran /rá$icamen&e. Mon&e el si/"ien&e arre/lo exerimen&al.
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