electroestática

Informe ElectrostaticaPractica 3

David Montenegro - Hector Ortega

25 de marzo de 2015

Indice

1. Introduccion 11.1. Objetivos Generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2. Objetivos Especficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

2. Marco teorico 32.1. Campo magnetico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.1.1. Campo magnetico producido por un conductor largo, rec-to y portador de corriente . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

3. Procedimiento experimental 43.1. Equipamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43.2. La corriente electrica y los campos magneticos . . . . . . . . . . 5

3.2.1. Procedimiento experimental . . . . . . . . . . . . . . . . 53.3. Efecto magnetico de la corriente electrica . . . . . . . . . . . . . 6

3.3.1. Procedimiento experimental . . . . . . . . . . . . . . . . 63.4. Principio de un timbre electrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

3.4.1. Procedimiento experimental . . . . . . . . . . . . . . . . 73.5. Switch electromagnetico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3.5.1. Procedimiento experimental . . . . . . . . . . . . . . . . 83.6. Rele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3.6.1. Procedimiento experimental . . . . . . . . . . . . . . . . 83.7. Funcionamiento de alumbrados publicos . . . . . . . . . . . . . . 9

3.7.1. Procedimiento experimental . . . . . . . . . . . . . . . . 9

4. Resultados y Analisis 104.1. Corriente electrica y los campos magneticos . . . . . . . . . . . . 104.2. Efecto magnetico de la corriente electrica . . . . . . . . . . . . . 104.3. Principio de un timbre electrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114.4. Switch electromagnetico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124.5. Funcionamiento de alumbrados publicos . . . . . . . . . . . . . . 12

5. Conclusiones 13

Indice de figuras

Indice de cuadros

Resumen

En este presente informe

1. Introduccion

1

1.1. Objetivos Generales

1.2. Objetivos Especficos

Examinar si un alambre conductor con corriente electrica genera un campomagnetico

Demostrar que una bobina portadora de corriente se comporta como uniman en forma de barra

Examinar la dependencia de la magnitud del campo magnetico de una bo-bina portadora de corriente

Examinar el funcionamiento de un timbre electrico

Abrir y cerrar un circuito mediante un switch electromagnetico

Demostrar que un rele electromagnetico puede ser utilizado para conectar ydesconectar circuitos

Construir un modelo de alumbrado publico mediante un rele y un fotoresis-tor.

2

2. Marco teorico

2.1. Campo magnetico

2.1.1. Campo magnetico producido por un conductor largo, recto y porta-dor de corriente

B =0 I

2 pi r (1)

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3. Procedimiento experimental

3.1. Equipamiento

1 Plug-in board

4 Wire building block

1 Brujula

1 Iman , barra, l=72mm

1 Yugo

1 Hoja, A4

Clips para papel

1 Bell striker, cuchilla de contacto R/S

1 Bell gong

2 Soporte universal

2 Connecting plugs

1 Relay, 1017V

1 Fotoresitor, LDR 03

1 Batera, 1,5V, R14

1 Soporte bombilla E10

1 Potenciometro, 250

2 Cable conector, 50 cm, rojo

2 Cable conector, 50 cm, azul

2 Cable conector, 25 cm, rojo

2 Cable conector, 25 cm, azul

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1 Bobina, 1600 vueltas

2 Bobina, 400 vueltas

2 Bombilla con filamento, 12V/0,01A, E10

2 Multmetro

1 Fuente de poder, 0...12 V-,6 V, 12 V

3.2. La corriente electrica y los campos magneticos

3.2.1. Procedimiento experimental

Se limito la corriente de la fuente de poder a 2A

Se encendio la fuente de poder a 0V

Se cerro el switch y se ajusto la corriente a 1, 8A

Se abrio el switch y se posiciono la brujula directamente por debajo delconductor de manera que los polos norte-sur quedaron alineados sobre elcable conductor.

Se cerro el switch y se observo la aguja de la brujula

Se realizo una rutina de encendido y apagado con el switch y se observo laaguja de la brujula durante la misma

Con el switch apagado, se sostuvo la brujula directamente por encima delconductor alineandolo con los polos de la brujula.

Se vario la altura de la brujula con respecto al conductor y se anotaron lasobservaciones

Se sostuvo la brujula de lado del conductor y a su mismo nivel, luego sealejo la brujula del conductor y se anotaron las observaciones

Se sostuvo la brujula debajo del conductor, se abrio el switch y se revirtio lapolaridad en la fuente de poder y en el ampermetro, se cerro el switch y se

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anotaron las observaciones.

Se apago la fuente de poder.

3.3. Efecto magnetico de la corriente electrica


Se dibujo en un papel dos lineas perpendiculares entre s para posicionar labrujula de manera que el pivot de la aguja quede en el punto de interseccionde las dos lneas y los polos norte-sur quedaron alineados con una de laslneas

Se posiciono el iman en forma de barra sobre la hoja a una distancia aproxi-mada de 10cm de la aguja de la brujula y se marcaron las puntas de la agujadesviada sobre la hoja

Se observaron las distintas posiciones de la aguja de la brujula a medida quese movio la misma alrededor del iman

Se retiro el iman y se lo reemplazo por una bobina de 1600 vueltas y seselecciono el rango de medicion de 300mA en el multmetroSe encendio la fuente de poder ajustando previamente el voltaje a 0V

Se cerro el switch y se aumento el voltaje hasta antes que el ampermetromarcase 250mA

Se acerco lentamente la bobina hacia la brujula y se observo atentamente laaguja de la misma

Se movio la brujula lentamente alrededor de la bobina y se marcaron laslineas de campo magnetico, para luego ser comparadas con las lneas gene-radas por el iman en forma de barra

Se coloco a la brujula en su posicion inicial, se observo la desviacion angu-lar de la aguja de la brujula para corrientes sucesivas de 250mA, 150mA, y

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50mA, para cada caso se marcaron las posiciones de las puntas de la agujade la brujula

Se abrio el switch, se reemplazo la bobina de 1600 vueltas, se cerro el switchy se observo la desviacion angular de la aguja de la brujula para las mismascorrientes de 50, 150 y 250mA

Se introdujo el yugo a la bobina, se compararon las desviaciones angularesde las puntas de la aguja para la bobina con yugo y la misma bobina sinyugo

Se reemplazo el ampermetro con un wire building block y se revirtio lapolaridad de las conexiones a la fuente de poder. Se observaron las des-viaciones angulares de la aguja de la brujula antes y despues de revertir lapolaridad

Se dejaron caer clips para papel sobre la hoja, se acerco la bobina y seobservo lo sucedido

Se apago la fuente de poder

3.4. Principio de un timbre electrico


Se ajusto la rosca del soporte universal de manera que hiciera buen contactocon el resorte de la armadura (bell striker)

Se ajusto el voltaje de la fuente de poder a 5V y se encendio

Se cerro el switch y se posiciono la campana de manera que sea impactadapor el brazo de la armadura ajustada a el soporte universal

Se cerro y abrio el switch varias veces y se observo lo ocurrido

Se ajusto la fuente de poder a 0V y se apago

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3.5. Switch electromagnetico


Primer experimento

Se ajusto el brazo percutor entre los soportes universales de manera querealice contacto con con los mismos

Se encendio la fuente de poder, se limito la corriente a 1A y se ajusto elvoltaje entre 3V y 4V

Se cerro y abrio el switch varias veces con lo que se observo el resorte delbrazo accionador y la bombilla incandescente

Se abrio el switch y se apago la fuente de poder

Segundo experimento

Se giro el soportes universales 180 respecto a su posicion original, ajusto eltornillo de contacto hasta una distancia aproximadamente 2mm del resortede la armadura

Se encendio la fuente de poder, se cerro y abrio el switch varias veces ob-servando el resorte de armadura y la bombilla incandescente

Se apago la fuente de poder y se anotaron las observaciones

3.6. Rele


Se ajusto el voltaje para el control circuit a 12V y el voltaje alterno parael operating circuit a 12V Se encendio el switch y se observo la bombilla incandescente L1

Se encendio y se apago el control circuit. Se observo L1 y se tomaron notas

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Se interrumpio el operating circuit 1, se removio la bombillaL1 y se anadio labombilla L2 al operating circuit 2

Se encedio y apago el control circuit 1. Se observo la bombilla L2 y setomaron notas

Se encendio el operating circuit 1 anadiendo la bombilla incandescente devuelta en el circuito. Se encendio y se apago el control circuit repetidamentemientras se observaron las bombillas.


3.7. Funcionamiento de alumbrados publicos


Se ajusto el voltaje del control circuit a 12V y el voltaje del operatingcircuit a 12V y se encendio la fuente de poderSe encendio el control circuit y se observo la bombilla incandescente

Se ilumino el sensor del fotoresistor y se observo la bombilla incandescente

Se cubrio el sensor del fotoresistor y se observo la bombilla incandescente

Se alternaron los dos pasos anteriores secuencialmente

Se anotaron las observaciones

Se conecto el cable de conexion 2 en el punto de contacto 1 y se observaronlos efectos en la bombilla incandescente al tapar e iluminar el sensor delfotoresistor


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4. Resultados y Analisis

4.1. Corriente electrica y los campos magneticos

En este experimento, al mantener la brujula debajo del alambre, en el momentoque pasa corriente a traves del alambre, el puntero de a brujula cambia de direc-cion bruscamente, posicionando al puntero norte con un angulo positivo respectoal alambre en sentido horario y queda en una posicion fija, al colocar la brujulapor encima del conductor, el puntero norte gira con sentido antihorario respec-to al conductor, formando un angulo negativo bastante semejante al experimentoanterior en nuestro sistema de referencia esto se debe a que la corriente a travesdel alambre crea un campo magnetico de magnitud igual a la ecuacion (1), y enestos casos estudiados los sentidos de los campos magneticos arriba y debajo delalambre tienen misma direccion pero sentidos opuestos. Del mismo modo, cuandoalejamos la brujula verticalmente del conductor, notamos como el angulo inicialva disminuyendo, hasta volver a su posicion normal sin la influencia del campodel alambre conductor.Al mantener la brujula al lado del conductor y mover en direccion horizontalalejandola del alambre se observa el puntero norte de la brujula inclinarse lige-ramente hacia el alambre conductor.

4.2. Efecto magnetico de la corriente electrica

Al mover la brujula alrededor del iman en forma de barra, se observo como elpuntero norte de la brujula siempre tiende a apuntar al polo sur del iman.Al acercar el puntero norte de la brujula observamos como este apunta cada vezmas a la bobina.Sabemos por la ecuacion que la magnitud del campo de una bobina es proporcio-nal al numero de vueltas de la misma. Al girar la brujula alrededor de la bobinade 1600 vueltas, observamos que esta se comporta de la misma forma que con eliman de barra, solo que la intensidad del campo en la bobina es mucho menor.

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Al ubicar a la brujula a una distancia de 10cm de la bobina, observamos una incli-nacion del puntero norte de aproximadamente 60 en la direccion de la bobina conuna corriente de 250mA, para una corriente de 150mA se observo una inclinacionmayor que en el caso anterior debido a una corriente mas debil y para 50mA lainclinacion fue aun menor como esperabamos.Se reemplazo la bobina de 1600 vueltas por la bobina de 400 vueltas, obtuvimosresultados de la misma naturaleza que con la bobina de 1600 vueltas, para lascorrientes de 250mA, 150mA y 50mA obtuvimos mayor inclinacion del punterohacia la bobina para la corriente de 250mA y menor inclinacion para la corrientede 50mA.En el momento de introducir el nucleo de hierro dentro de la bobina, el punte-ro norte de la brujula sufrio una defleccion mucho mayor con una corriente de250mA que con cualquiera de las corrientes analizadas.Al invertir la polaridad en la conexion de la fuente de poder, el sentido del punteronorte se volvio opuesto a las observaciones anteriores.La bobina con el nucleo de hierro atrae los clips y otros metales como si fuera uniman, mientras posee corriente.De todo esto podemos concluir que el campo magnetico de una bobina es propor-cional a la intensidad de la corriente que fluye a traves de la bobina, del numerode vueltas en la bobina e inversamente proporcional a la distancia entre la bobinay un punto.

4.3. Principio de un timbre electrico

En el experimento observamos como al principio la bobina de 400 vueltas con elnucleo de hierro atrae el brazo que golpea la campana hasta hacer contacto conel mismo, en ese momento el iman se desconecta, lo que provoca volver al brazoen su posicion original, pero al volver golpea la campana y es atrado nuevamentepor la bobina y su nucleo de hierro.

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4.4. Switch electromagnetico

Al cerrar el circuito de corriente directa la cual contiene a la bobina de 400 vueltasy su nucleo de hierro se puede explicar la mecanica del switch electromagneticocomo sigue, la bobina atrae al brazo movil del circuito que contiene la bombillaincandescente, abriendo as el circuito de corriente alterna. Al abrir el circuito dela bobina, el brazo movil vuelve a cerrar el circuito de corriente alterna, encen-diendo de nuevo la bombilla incandescente, el proceso de abrir y cerrar el circuitoresulto ser bastante ineficiente debido a que el brazo no era atrado totalmente porel iman y no cerraba correctamentePara el segundo experimento solamente se ajusto la dispocicion de un soporte delbrazo movil, con esto se obtuvo un funcionamiento optimo para el switch electro-magnetico.

4.5. Funcionamiento de alumbrados publicos

En el primer experimento se conecta el cable de conexion del circuito con corrien-te alterna al punto de contacto 2 del rele y se observa como al tapar el fotoresistorla bombilla incandescente se enciende, pero al iluminar al fotoresistor, la bombillaincandescente se apaga.Al conectar el cable de conexion del circuito con corriente alterna al punto decontacto 1 del rele se observa como ahora al tapar el fotoresistor la bombilla in-candescente se apaga, y al alumbrar al fotoresistor, esta se enciende, este principioes exactamente el mismo utilizado en los alumbrados publicos

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5. Conclusiones

En este trabajo, observamos que un conductor portador de corriente electrica gene-ra efectivamente un campo magnetico en su entorno, el cual su magnitud dependede la distancia la cual se encuentra del alambre, as como de la intensidad de lacorriente electrica, tambien observamos como la direccion del campo varia en elespacio alrededor del alambre.Se verifico que el campo generado fuera de una bobina portadora de corriente essimilar al de un iman en forma de barra, y se observo como la magnitud de estecampo generado depende de la cantidad de vueltas de la bobina en cuestion.Se examino correctamente el funcionamiento de un timbre electrico mediante eluso de un electroiman para abrir y cerrar un circuito. Lo cual resulto ser el princi-pio del funcionamiento de un rele.

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Referencias

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IntroduccinObjetivos GeneralesObjetivos Especficos

Marco tericoCampo magnticoCampo magntico producido por un conductor largo, recto y portador de corriente

Procedimiento experimentalEquipamientoLa corriente elctrica y los campos magnticosProcedimiento experimental

Efecto magntico de la corriente elctricaProcedimiento experimental

Principio de un timbre elctricoProcedimiento experimental

Switch electromagnticoProcedimiento experimental

RelProcedimiento experimental

Funcionamiento de alumbrados pblicosProcedimiento experimental

Resultados y AnlisisCorriente elctrica y los campos magnticosEfecto magntico de la corriente elctricaPrincipio de un timbre elctricoSwitch electromagnticoFuncionamiento de alumbrados pblicos

Conclusiones

electroestática

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