TRABAJO COLABORATIVO 2ELECTROMAGNETISMO

Presentado Por:WALTER ANDRES ARGOTEJAIRO ANTONIO CASTRO

JHON FABIO RAMIREZNELSON STEFAN ORTIZJAIME EDUARDO LAGOS

Tutor:FUAN EVANGELISTA GOMEZ RENDON

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA23 DE ABRIL DE 2010

“PRINCIPIOS DE ELECTROMAGNETISMO”

OBJETIVO.

• Utilizando recursos del medio y mucha consulta y trabajo colaborativo, conocer y socializar, los principios básicos del electromagnetismo.

COMPETENCIAS A DESARROLLAR

• Comprender y socializar el concepto de campo magnético.• Construir las líneas de campo magnético de algunas distribuciones.• Valorar la consulta permanente y el trabajo en equipo• Estimular la creatividad y el uso de materiales del entorno para experimentar sin tener que realizar grandes inversiones económicas.• Desarrollar la capacidad para encontrar relaciones permanentes entre el material estudiado o sugerido y los principios de trabajo industriales.

CONCEPTOS BÀSICOS.

Experimentando con corrientes eléctricas que se transportaban en diversos alambres, Christian Oersted percibió que la aguja de una brújula se desviaba cuando se acercaba al conductor eléctrico. Este sencillo pero profundo experimento mostraba la relación íntima entre el campo eléctrico y el campo magnético y desde ese instante la humanidad comenzó a escuchar el término “electromagnetismo”. Esta deflexión sugiere la existencia de un campo magnético en el lugar. De igual manera, la dirección del campo magnético puede determinarse usando la regla de la mano derecha: si el pulgar derecho apunta en dirección de la corriente, los dedos apuntan en la dirección del campo magnético.

Si cogemos un pedazo de alambre y formamos con él una espira (un camino cerrado para la corriente) y además permitimos que una corriente eléctrica circule por ella, aparece un campo magnético alrededor de la espira. Un electroimán puede formarse enrollando un alambre aislado (con laca o con caucho) que conduce corriente eléctrica alrededor de un núcleo de hierro dulce.

El alambre enrollado al hierro varias veces forma una bobina. La bobina genera un campo magnético como el de un imán permanente. Una bobina de alambre enrollado alrededor de un núcleo con material ferro-magnético se llama solenoide.

Las líneas de campo magnético en torno a los devanados de alambre son conectadas por el núcleo: el resultado es un gran imán.

MATERIALES

• Brújula, limaduras de hierro y clips.• Papel Block y un pedazo de cartón• Fuente de poder de corriente directa.• Soporte Universal.• Multimetro.• Alambre de Calibre 14, un metro

PROCEDIMIENTO

Experimento A. Campo magnético alrededor de un alambre recto y largo.

1. Coloque el cartón en el borde de una mesa de laboratorio. Atraviéselo con el cable de manera que pase perpendicularmente por un agujero en el centro del cartón, como muestra la figura. Ponga el soporte de tal forma que el alambre pueda enrollarse en las pinzas y baje por el soporte hasta el amperímetro, después conéctelo a la terminal positiva de la fuente de poder. La parte del alambre que se encuentra debajo del cartón debe continuar verticalmente por lo menos 10cm (0.1m) antes de prolongarse por la mesa hasta la terminal negativa de la fuente de poder. Verifique la polaridad apropiada de la fuente de poder y del amperímetro cuando conecte los alambres.

Realizamos la solicitud, desarrollando un laboratorio casero, algo que aquí comenzamos a notar es que el cartón debe ser algo solido no un cartón que amortigüe los golpes, esto ayuda muchísimo, por ello colocamos una tableta plástica; nos dimos cuenta que con las medidas que nos piden en el laboratorio no conseguiríamos los objetivos, y nos propusimos en forma segura trabajar con unos amperajes mucho más altos; Para ello nos trazamos un plan, haciendo circular corriente por una resistencia de una plancha que son de 1000w., una fuente de 400w con salida de 6 VCA para lo cual conseguimos diodos en un caso y en el otro un puente rectificador de 15 amperios, logrando hacer circular en el primer caso hasta 6,9 amperios con una tensión VCC 8.9 Volt y en el segundo caso 4,7 Amp. Con una tensión de 1.8 volt VCC .Así comenzamos a experimentar, Primero trabajamos con una corriente rectificada con dos diodos. Pulsante continua y luego si trabajamos con un puente de rectificación. Y con la mayor corriente posible.

2. Active la fuente de poder y genere una corriente de 200mA (0.2A). Coloque la brújula al lado del alambre. Debe tenerse mucho cuidado con esta experiencia puesto que el alambre puede recalentarse si se deja la corriente circulando por mucho rato. Desplace la brújula lentamente alrededor del alambre para trazar el campo magnético. Registre sus observaciones y haga un dibujo del campo magnético generado alrededor del alambre.

Con poco amperaje el movimiento de la brújula era casi, imperceptible, así comenzó el experimento en la sede del CEAD, (de allí juntamos nuestro elementos y proseguimos en una casa) como no pudimos entonces le dimos varias vueltas sobre la brújula y comenzamos a hacer circular corriente y fue bastante notorio la desviación de la brújula después, con un solo hilo que circulaba corriente al acercársela a la brújula logramos que esta se desviara, invertimos el sentido de la energía y la brújula desviaba para el lado contrario al que estaba desviando antes. La corriente con que trabajamos aquí fueron 1.8 amperios.

3. Invierta las conexiones de la fuente de poder de modo que la corriente circule en dirección opuesta. Accione la fuente de poder y dibuje ahora la dirección del campo magnético alrededor del alambre, empleando la brújula. Registra tus observaciones y has un dibujo del campo magnético alrededor del alambre

Realmente para lograr detectar, campo magnético alrededor de un conductor que lleva corriente en forma transversal a una brújula no fue sencillo allí nos dimos cuenta que necesitábamos bastante corriente circulando, pero si el conductor lo acercábamos a la brújula en el mismo plano esta lo detectaba bastante fácil, sin embargo lo logramos con 6.9 amperios y la desviación de la brújula es bastante pequeña, y si invertíamos el sentido de circulación de la corriente la pequeña desviación de la brújula se hacía para el otro lado.

Experimento B. Intensidad del campo magnético.

1. Coloque sobre el cartón atravesado por el alambre un pedazo de papel que tenga una abertura y un agujero. Distribuya aleatoriamente algunas limaduras de hierro sobre el papel y alrededor del alambre y active la fuente de poder para que genere una corriente eléctrica de 150 mA (miliamperios).

Como ya lo comentamos la superficie sobre la que hay que pegar el papel debe ser firme pero no metálica, y colocamos una lamina de una pasta que se usa para anotar informes así al golpear si se nota la formación de las líneas de fuerza que se forman al hacer circular mas corriente. Con un cartón amortigua demasiado y las limaduras de hierro se amontonan sin formar las figuras de las líneas de fuerza, otra nota fue que nos toco recoger con un imán permanente, limaduras de hierro de la arena pero nos toco tamizarla varias veces pues la limadura de hierro gruesa no se deja alinear por los campos magnéticos que logramos ver.

2. Golpear suavemente el papel varias veces e interrumpa la corriente. Describa en lenguaje sencillo lo que está observando.

Al principio teníamos sobre el papel bastante limadura y sin tamizar y no veíamos nada, después al tamizar las limaduras dejar poca limadura; comenzamos a notar que al circular energía esta formaba unos caminitos concéntricos alrededor del conductor

3. Golpear ahora el papel con la intención formativa de desarreglar las limaduras. Active la fuente y genere 100 mA. Golpear el papel y anote observaciones.

Ojo es clave que el papel este pegado a una superficie dura, sobre un cartón las limaduras se amontonan y no se nota nada.

Experimento C. El Campo magnético generado por una bobina.

1. Consiga alambre con laca o encauchetado (para evitar cortos eléctricos entre espiras) y enróllelo cuidadosamente alrededor de un núcleo (un pedazo de varilla de hierro o de acero) y pele intencionalmente las puntas del dispositivo (acabas de realizar una bobina conocida como un solenoide)

Un solenoide es una bobina con núcleo de aire, y cuando tiene un núcleo de un metal ferroso, en este caso es un electroimán, para su realización enrollamos con un calibre de alambre esmaltado no 23, AWG 80 vueltas, una varilla de hierro cilíndrica de aproximadamente un centímetro de diámetro; el caso aprendido es que el solenoide no tiene tanta fuerza magnética como cuando se le introduce en su centro un núcleo de un metal ferroso, así se hace un electroimán bastante poderoso con una capacidad de accionar la aguja de la brújula a mas o menos 35 centímetros, que nos levanto muchos tornillos y hasta un alicate, cuando lo magnetizábamos al hacer circular una corriente por esta bobina.

2. Conecte las dos puntas peladas de la bobina a la fuente de poder. Genere una corriente de 100mA (se puede colocar una resistencia de protección entre la fuente y la bobina para evitar calentamientos o cortos eléctricos).

La corriente que nosotros le hicimos circular al electroimán fue de 6.35 amperios con una tensión directa de 1.78 voltios, y para la protección la tomábamos de una fuente de tensión que nosotros rectificamos con un puente de diodos.

3. Acerque la bobina a un conjunto de clips colocados aleatoriamente y analice cuántos son capturados por el dispositivo. Apaga la fuente y anota tus observaciones. Actívale nuevamente y describe lo que percibes; estás experimentando con un electroimán (consulta sobre este término).

Como lo puede confirmar la evidencia fotográfica el electroimán asi construido tiene un gran poder y notamos como por sus extremos abiertos concentra su fuerza, cuando se apaga la fuente el electroimán pierde su fuerza aunque después de mucho experimentar la barra de hierro quedo levemente magnetizada permanentemente.

4. Quita intencionalmente el núcleo (la barrita donde enrollaste el alambre) y repite la experiencia anterior. Trata de sacar interesantes conclusiones.

Al quitarle el núcleo de hierro el solenoide no tenía fuerza de imán, ya no tenía la misma fuerza incluso se hizo imperceptible

5. Trata de determine la polaridad del electroimán generando una corriente en la fuente de poder y pasando una brújula varias veces por la bobina.

El electroimán que construimos por accidente la barrita de hierro, tenía una cabeza y al acercársela a la punta de la brújula que apunta al norte está la rechazaba se notaba vivamente, ósea la punta de la brújula que apunta al norte, si el polo norte tiene el polo magnético norte la punta de las brújulas que apuntan al norte son polos sur, entonces el polo de la cabeza del electroimán construido para este punto del experimento es un polo sur.

ANÁLISIS

1. ¿Qué relación encuentras entre la corriente que transporta un conductor y el campo magnético que se genera a su alrededor?

A través de la observación de la práctica pudimos confirmar que la corriente transportada por el conductor influye en la fuerza y radio de influencia del campo magnético, son directamente proporcionales. A mayor corriente en el conductor mayor campo magnético y mayor el área de influencia.

2. Consultar y profundizar en la regla de la mano derecha y aplicarla y realizar el diagrama de los parámetros involucrados en el estudio de la corriente eléctrica que pasa por un alambre recto para generar un campo magnético.

Según el sentido convencional de la corriente, al colocar la mano derecha con el dedo pulgar apuntando haci donde va la corriente, el campo magnético se asemeja a los dedos de la mano.

3. ¿Qué efecto magnético tiene el cambiar la intensidad de la corriente eléctrica que pasa por un conductor eléctrico?

El sentido de de las lineas de fuerza cambio de direccion y la desviación de brujula se hace haacia el lado contrario.

4. ¿Qué factores determinan la capacidad de un electroimán? ¿Qué tan determinante es la naturaleza de su núcleo?

La magnitud del campo magnético de un electroimán o solenoide, depende de los siguientes factores:a) Del número de espiras. A mayor número de espiras será mayor el campo magnético, ya que se suman los campos magnéticos de cada espira, debido a que las líneas de flujo tienen la misma dirección.b) De la separación de las espiras. Si la bobina se comprime ligeramente, los campos magnéticos se juntarán aún más para formar un solo flujo magnético, si se colocan separadas, las líneas de flujo de cada espira no se pueden juntar unas a otras.c) Del tipo de núcleo. Si en lugar del aire, se coloca un núcleo de hierro dulce, se hace más intenso el campo magnético. Esto se debe a que el hierro proporciona una trayectoria más fácil a las líneas de fuerza magnéticas y éstas líneas magnéticas orientan a los dominios magnéticos propios del hierro, creando así líneas de flujo en el núcleo, mismas que se suman a las líneas de flujo de la bobina.d) Del área o sección transversal. Si el núcleo del solenoide tiene una sección transversal grande, creará más líneas de flujo que las que crea un núcleo de área reducida.e) De la cantidad de corriente. La forma más fácil de incrementar el campo magnético del electroimán, es mediante el aumento de corriente, ya que esto hace que se incremente el magnetismo en el conductor, y por lo tanto en cada espira y en el electroimán

5. Los imanes de barra son muy conocidos y fáciles de adquirir comercialmente. Encuentre relaciones y diferencias entre un “electroimán” y un “imán de barra”.

Efecto de fuerza (atrae el hierro y lo retiene) Efecto de orientación (se sitúan en dirección norte – sur) Los extremos del imán se denominan “polos” pues ellos ejercen las mayores fuerzasmagnéticas.Las líneas de fuerza son cerradas y se distribuyen de "norte a sur" por fuera del imán. Las líneas de fuerza son cerradas y se distribuyen de "norte a sur" por dentro del imán Todas las líneas de fuerza constituyen el flujo magnético.

6. Analizar la forma y la intensidad de los campos magnéticos generados por dos solenoides uno con núcleo de aire y otro con núcleo de material ferro magnético, cuando sus terminales se conectan a una fuente de poder.

El solenoide es un alambre aislado enrollado en forma de hélice (bobina) o un número de espiras con un paso acorde a las necesidades, por el que circula una corriente eléctrica. Cuando esto sucede, se genera un campo magnético dentro del solenoide. El solenoide con un núcleo apropiado se convierte en un imán (en realidad electroimán). Se utiliza en gran medida para generar un campo magnético uniforme.

7. Cuando un conductor eléctrico se sumerge en un campo magnético se genera sobre él una fuerza magnética; consultar efectos y propiedades. Simultáneamente se presenta un torque (torca) sobre el alambre, consultar efectos, propiedades y aplicaciones cotidianas de este fenómeno.

CONCLUSIONES

El campo magnético creado por un solenoide se incrementa al elevar la intensidad de la corriente, al aumentar el número de espiras y al introducir un trozo de hierro en el interior de la bobina (electroimán).

Las líneas de fuerza de atracción o repulsión que se establecen entre esos polos son invisibles, pero su existencia se puede comprobar visualmente si espolvoreamos limaduras de hierro sobre un papel o cartulina y la colocamos encima de uno o más imanes.

Cuando aproximamos los polos de dos imanes, de inmediato se establecen un determinado número de líneas de fuerza magnéticas de atracción o de repulsión, que actúan directamente sobre los polos enfrentados.

Una de las características principales que distingue a los imanes es la fuerza de atracción o repulsión que ejercen sobre otros metales las líneas magnéticas que se forman entre sus polos.

Cuando enfrentamos dos o más imanes independientes y acercamos cada uno de ellos por sus extremos, si los polos que se enfrentan tienen diferente polaridad se atraen (por ejemplo, polo norte con polo sur), pero si las polaridades son las mismas  (polo norte con norte, o polo sur con sur), se rechazan.