UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNADESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201424 – NOMBRE DEL CURSO: ELECTROMAGNETISMO UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO 201424 –ELECTROMAGNETISMO Claudia Patricia Castro Rodríguez (Director Nacional) Wilmer Ángel Benavides Acreditador BOGOTA MAYO 2015 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201424 – NOMBRE DEL CURSO: ELECTROMAGNETISMO 2. ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO Las presentes guías fueron iniciadas en su versión por Juan Evangelista Gómez Rondón de la UNAD del CEAD de Medellín, y actualizadas en el segundo semestre del año 2015 por Claudia Patricia Castro Rodríguez, Hugo Ismael Rodríguez del CEAD JAG y Juan Carlos González encargado de laboratorio de la Sede Nacional. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201424 – NOMBRE DEL CURSO: ELECTROMAGNETISMO 3. INDICE DE CONTENIDO Pág. Características generales: 5 Descripción de Practicas: Práctica 1 8 Práctica 2 18 Práctica 3 25 Fuentes Documentales 31 unidad 3 28 Figura 13 Figura montaje bobinas en vacío 28 Figura 14 Montaje bobinas entre núcleo en forma de U 29 Figura 15 Bobinas con núcleo en forma de U 29 . unidad 2 20 Figura 10 Experimento 2. unidad 2 22 Figura 11 Montaje Faraday 27 Figura 12 Experimento 1. unidad 3 29 Tabla 4 Experimento 2. unidad 1 14 Tabla 2 Experimento 3. LISTADO DE TABLAS Tabla 1 Experimento 3. unidad 1 14 Figura 9 Circuito experimento 1.1 LISTADO DE GRÁFICOS Y FIGURAS Figura 1 Circuito para cargar condensador 10 Figura 2 Circuito para descargar condensador 10 Figura 3 Señal cuadrada de alta frecuencia 10 Figura 4 Circuito actividad experimental actividad 1 12 Figura 5 Circuito actividad experimental actividad 1 12 Figura 6 Circuito alimentado con señal cuadrada 13 Figura 7 Circuito alimentado con señal cuadrada y resistencia adicional 13 Figura 8 Circuito experimento 3.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201424 – NOMBRE DEL CURSO: ELECTROMAGNETISMO 4. unidad 3 29 4. unidad 1 14 Tabla 3 Experimento 2. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201424 – NOMBRE DEL CURSO: ELECTROMAGNETISMO 5. al igual se pretende que el estudiante desarrolle la capacidad de analizar datos experimentales. lo anterior implica el desarrollo de habilidades en los procesos científicos y tecnológicos de vanguardia.prácticos que rigen las diferentes leyes y postulados del electromagnetismo. Hace parte de la física e históricamente ha sido desarrollada gracias a varios experimentos que daban cuenta de los efectos eléctricos. Propósitos Intencionalidades formativas Contribuir al desarrollo de habilidades de pensamiento en los estudiantes mediante la apropiación de nociones. Objetivos Estudiar los fenómenos naturales relacionados con el electromagnetismo a partir de aplicaciones experimentales. Metas . plantear hipótesis. magnéticos y electromagnéticos. conceptos y experiencias aplicables a la ingeniería en el reconocimiento de fenómenos físicos en procesos teórico. Justificación En la UNAD se propende por la formación de calidad educativa para los estudiantes. El curso permite poder explicar los fenómenos naturales relacionados con el electromagnetismo . contrastar modelos a partir de sus resultados y comunicar sus conclusiones y observaciones en informes de laboratorio y a través del aprendizaje ABP. CARACTERÍSTICAS GENERALES Introducción El electromagnetismo es fundamento en la revolución de la ciencia y la tecnología que encontramos en la transformación del día a día. Desarrollar en el estudiante una actitud crítica frente a los conocimientos adquiridos. -El estudiante aplicaciones analizara del campo los conceptos y magnético y su influencia en gran cantidad de aparatos o dispositivos cercanos a todos: brújulas. al permitirle que experimente con los modelos teóricos del electromagnetismo mediante la interacción en los laboratorios presenciales.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201424 – NOMBRE DEL CURSO: ELECTROMAGNETISMO Lograr desarrollar habilidades relacionadas con el manejo del área del electromagnetismo en el contexto real a partir del aprendizaje práctico. ciclotrones. observar las NO (X) . campo eléctrico y potencial eléctrico así como sus aplicaciones. motores. materiales y dispositivos magnéticos Práctica 3: inducción electromagnética y ondas electromagnéticas Número de horas 12 horas total (4 horas por práctica) Porcentaje 34% Curso Evaluado por proyecto SI Seguridad industrial Cuando se trabaja en el laboratorio eléctrico o cuando se utiliza equipo eléctrico. -El estudiante solucionara situaciones en contexto donde se abordan las ondas electromagnéticas y en el fenómeno de la inducción electromagnética Denominación de practicas Práctica 1: campo electrostático. RMN. Competencias -El estudiante reconocerá los principales conceptos y leyes de la electrostática. potencial eléctrico y campo eléctrico en la materia Práctica 2: campo magnetostático. imanes. etc. objetos de metal. . ayuda a desarrollar una propia motivación para seguir tales procedimientos. En lo posible utilice instrumentos o herramientas eléctricas cuyos cables de alimentación estén provistos de un adecuado conductor de tierra. Evite pararse en piso húmedos.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201424 – NOMBRE DEL CURSO: ELECTROMAGNETISMO debidas precauciones de seguridad es tan importante cómo hacer mediciones exactas. La mejor forma de evitar accidentes es reconocer sus causas y ceñirse estrictamente a los procedimientos de seguridad establecidos. • Neutralice el ácido de las baterías usando agua y sal. El riesgo más común y serio en el laboratorio de electricidad es el choque o sacudida eléctrica. • No altere bruscamente las conexiones de los devanados de los transformadores pues se podrían presentar altos voltajes. pues la mezcla de ácido y agua empobrece a aquel • evitando quemaduras y daños. Existe un riesgo letal y potencial en el ambiente del laboratorio eléctrico y una falla en los procedimientos de seguridad. no lleve puestos anillos. puede hacerlo a usted o a su compañero de trabajo víctima de un serio accidente. • No maneje instrumentos eléctricos cuando su piel este húmeda • Nunca lleve ropa suelta cerca de maquinaria en movimiento • El uso inadecuado de las pistolas de soldar puede acarrear graves quemaduras o incendios. • Nunca toque instrumentos antes de desenergizarlos. • Vista siempre zapatos y consérvelos secos. Una plena conciencia de los peligros y las posibles consecuencias de los accidentes. Competencia(s) El estudiante reconocerá los principales conceptos y leyes de la electrostática. DESCRIPCIÓN DE PRÁCTICAS PRACTICA 1.CAMPO ELECTROSTÁTICO. • Verificar la ley de Kirchhoff. potencial eléctrico y campo eléctrico en la materia en el contexto real a partir del aprendizaje práctico. • Medir el tiempo característico de un circuito RC utilizando un osciloscopio • Investigar la relación entre el flujo de carga eléctrica y el tiempo que tarda en almacenarse energía eléctrica en forma de campo en una región adecuada. Objetivo(s) Verificar los conceptos de división de voltaje y división de corriente. Meta(s) Desarrollar habilidades relacionadas con el campo electrostático. un capacitor. POTENCIAL ELÉCTRICO Y CAMPO ELÉCTRICO EN LA MATERIA Tipo de practica Presencial Porcentaje de evaluación Horas de la practica Temáticas de la práctica 11. . campo eléctrico y potencial eléctrico así como sus aplicaciones.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201424 – NOMBRE DEL CURSO: ELECTROMAGNETISMO 6.4% 4 LEY DE KIRCHHOFF CIRCUITO RC CON OSCILOSCOPIO EL CAPACITOR Propósito(s) Intencionalidades formativas Relacionar al estudiante con el concepto de flujo de campo electrico a través de estructuras materiales en los circuitos. conocido como dieléctrico. INTENSIDAD DE CORRIENTE: Cantidad de corriente que pasa por una sección del conductor en unidad de tiempo i = ∆Q/∆t obteniéndose como unidades [i] = 1C/1s = 1 Amperio y sus submúltiplos 1mA = 10-3 A 1µA = 10-6 A. Esta ley es una consecuencia de la ley de la conservación de la energía. los circuitos que se usan para cargar y descargar un condensador a través de una resistencia. el área de las placas y la distancia entre ellas. SENTIDO DE LA CORRIENTE: contrario al sentido del movimiento real de los electrones. Los capacitores están integrados por dos placas conductoras separadas por aire u otro material aislante. siempre y cuando RC sea mayor que unas pocas decenas de segundos. se necesita un instrumento con el que se puedan medir intervalos de tiempo menores que 0. Para RC más pequeños. . en la pantalla de un osciloscopio se puede observar como varía el voltaje a través de las placas del condensador mientras se carga y descargar a condición de que se tenga un interruptor que se pueda abrir y cerrar alternada y rápidamente. figura 3. Tal instrumento puede ser un osciloscopio. POTENCIA DE UN GENERADOR: es el trabajo realizado por unidad de tiempo P = W/t = εQ/t = εi P=εi Ley de Mallas: Establece que la suma algebraica de las tensiones en una trayectoria cerrada en una red plana es cero.1 s. El capacitor es un dispositivo que almacena carga eléctrica. FUENTES DE CORRIENTE ELECTRICA: las fuentes o generadores son dispositivos capaces de mantener una diferencia de potencial entre dos puntos de un conductor.. o capacidad de un capacitor. La capacitancia. Con cualquiera de estos circuitos se puede medir experimentalmente el tiempo característico τ = RC. *Las figuras 1 y 2 muestran. Tal interruptor se puede lograr alimentando el circuito con una señal cuadrada. Esta ley expresa simplemente que la carga eléctrica no se acumula en ningún punto de la red. utilizando un voltímetro y un reloj común. respectivamente. Ley de Nodos: Establece que la suma algebraica de las corrientes que concurren a cualquier nodo de una red plana o no plana es cero. Una forma antigua de un capacitor es el recipiente de Leyden.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201424 – NOMBRE DEL CURSO: ELECTROMAGNETISMO Fundamentación Teórica CORRIENTE ELECTRICA: Al producirse una diferencia de potencial entre los extrema de un conductor las cargas negativas del mismo tienden a moverse en sentido contrario al campo. Efectivamente. depende de la naturaleza del material dieléctrico. de alta frecuencia. y si elige adecuadamente la frecuencia de la señal podrá ver en la pantalla del osciloscopio cómo se carga y descarga el condensador. a través de cuya resistencia interna RG se carga y descarga el condensador. Bautista et al. Este tipo de señal se puede obtener del generador de funciones con el que trabajo cuando empezó a familiarizarse con el uso del osciloscopio. es decir la señal actúa como si se tuviera un interruptor que permite alimentar y suprimir la alimentación del circuito. Figura 3: Señal cuadrada de alta frecuencia. Universidad Nacional De Colombia. *Tomado y adaptado de: E. medición de corriente y diferencia de potencial. comprobación de la ley Kirchhoff en un circuito. Electromagnetismo). .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201424 – NOMBRE DEL CURSO: ELECTROMAGNETISMO Figura 1: Circuito para cargar un condensador a través de una resistencia. Electromagnetismo (Guías de laboratorio II. Observe que durante medio periodo se proporciona un voltaje continuo y durante el medio periodo siguiente el voltaje es cero. Figura 2: Circuito para descargar un condensador a través de una resistencia. Experimento 2: Circuito RC y alimentación con la señal de onda cuadrada proveniente del generador. Bogotá. El voltaje entre placas del condensador se aplica al osciloscopio Experimento 3: Relación entre el flujo de la carga eléctrica y el tiempo que tarda en almacenarse la energía en un capacitor. 2001 Descripción de la practica Experimento 1: Flujo de corriente eléctrica. encontrando la corriente I y los voltajes a través de todas las resistencias. .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201424 – NOMBRE DEL CURSO: ELECTROMAGNETISMO Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos) Generador de ondas Fuente de voltaje Osciloscopio Resistencias Cables de conexión Multímetro Condensadores de diferentes capacitancias Cronómetro Software a utilizar en la practica Ninguno Seguridad Industrial Las indicadas en las características generales de la guía Metodología Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica. Forma de trabajo: grupo de máximo 4 estudiantes Procedimiento: Experimento 1: Figura 4 Realice el análisis teórico del circuito de la Figura 4. • Compare los resultados a diferentes frecuencias. . repita el procedimiento anterior. Explique. • Compare resultados teóricos con resultados prácticos. qué valor de resistencia se debe colocar en paralelo para obtener este valor? • Haga un desarrollo teórico y posteriormente compruebe los resultados prácticamente. Ahora cambie la frecuencia a 1 Khz y repita nuevamente el procedimiento. utilice una función senoidal a una frecuencia de 60 Hz.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201424 – NOMBRE DEL CURSO: ELECTROMAGNETISMO • Realice mediciones prácticas de la corriente I y de los voltajes en todas las resistencias. Explique diferencias (si existen). El circuito se alimenta con la señal de onda cuadrada proveniente del generador. qué valor y como deben estar conectadas para cumplir con las especificaciones de potencia de R1? Realice un montaje práctico y realice mediciones. Figura 5 • Tenemos un circuito como el mostrado en la Figura 5 y deseamos que la potencia absorbida por la resistencia R1 sea de 1*10 -4 W. suponga que en la caja con la interrogación se encuentran dos resistencias. ¿Existe influencia de la frecuencia para circuitos resistivos?. • Usando de nuevo la configuración de la Figura 1 deseamos que la corriente I sea aproximadamente 84 mA. El voltaje entre placas del condensador se aplica al osciloscopio. Arme el circuito que muestra la figura 6. a través de cuya resistencia interna RG se carga y descarga el condensador. • Reemplace la fuente DC de 30 V por una fuente AC (Generador de señales). Experimento 2: 1. 10. mida el tiempo que transcurre mientras el voltaje entre las placas del condensador se reduce a la mitad de su valor inicial. Deduzca la relación τ = 1. ¿Cuál es el valor de la resistencia interna RG del generador de funciones? 6.1µF. Incluya en el circuito una resistencia como muestra la figura 7 Figura 7: Circuito alimentado con una señal cuadrada y resistencia adicional. ¿Cuál es el valor de la resistencia a través de la cual se carga y descarga ahora el condensador? Explique. Compare el valor que obtiene con el que predice la teoría. Al circuito se le ha adicionado la resistencia R. Utilice un condensador de 0. 5. Escoja la escala de tiempo del osciloscopio que le permita observar un periodo de carga y descarga del condensador.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201424 – NOMBRE DEL CURSO: ELECTROMAGNETISMO Figura 6: Circuito alimentado con una señal cuadrada.44 tm. Este tiempo se llama tiempo medio y se designa por tm se relaciona por medio de la expresión: τ = 1. 9. Una forma de medir el tiempo característico de un circuito RC con osciloscopio consiste en lo siguiente: teniendo la señal de descarga en la pantalla. Utilice condensadores de otras capacitancias para medir RG. Mida el tiempo característico de este circuito como se explicó en el paso 3. Conecte ahora condensadores en serie y en paralelo y utilice lo que ha aprendido en esta práctica para verificar los equivalentes de conexiones en serie y en paralelo. 7. 4. Experimento 3: .44 tm Ahora determine el τ del circuito a partir de su medida del tiempo medio. 2. Tenga en cuenta que la forma de la señal debe mostrar que tanto la carga como la descarga del condensador sean efectuado completamente. 3. 11. 8. 3. Si las conexiones se invierten.en los componentes del circuito. el capacitor y la batería deben conectarse en el orden adecuado. Estime sus lecturas del amperímetro con la mayor precisión posible. Registre las lecturas en la tabla 2. El amperímetro.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201424 – NOMBRE DEL CURSO: ELECTROMAGNETISMO Figura 8 1. Las resistencias no tienen extremo + o -. 5. Arregle el circuito como muestra la figura 8. el capacitor puede dañarse. Apague la fuente de poder. Tome lectura de la corriente cada cinco segundos. En el instante que se enciende la fuente. Tabla 1 Voltaje (V) Capacitancia (µF) Resistencia 1 Resistencia 2 Tabla 2 Resistencia 1 Tiempo (s) 0 Voltaje en C Resistencia 2 Voltaje en C con R1 con R2 Corriente Corriente (mA) (mA) . La placa positiva del capacitor debe conectarse a la terminal positiva de la batería. Empleando una pieza de cable conecte ambos extremos del capacitor para descargarlo. 2. encienda la fuente de poder y empiece a tomar las lecturas. hasta que sea demasiado pequeña para medirla. 4. circulará una gran corriente. Registre las lecturas en la tabla 2. Con un compañero de práctica tomando el tiempo y otro leyendo y registrando los valores de corriente. Registre en la tabla 1 el voltaje de la batería y el valor del capacitor. Vea las marcas + y . el primer dato se toma 5 segundos después de encender la fuente. Repita los pasos 1 al 3 con el resistor de 10k. Reemplace la resistencia de 27k por la resistencia de 10k 6. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201424 – NOMBRE DEL CURSO: ELECTROMAGNETISMO 5 10 15 20 25 30 35 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 100 105 110 115 120 1. Analice los datos obtenidos con las dos resistencias. Describa con sus palabras ¿Por qué la corriente inició en un valor máximo y descendió hasta cero mientras el capacitor se estaba cargando? 2. Encuentre el área entre la curva y el eje del tiempo representa la carga . Explique la función de la resistencia en el circuito. Trace una curva continua. 4. dibuje dos gráficas para la corriente eléctrica como una función del tiempo. Empleando los datos de la tabla 2. 3. Describa la curva de corriente eléctrica contra tiempo. Compare el valor determinado en la pregunta anterior con el valor indicado por el fabricante y que usted anotó en la tabla 1. Tal vez deba tenerse en cuenta que i = dq/dt ¿Cuál es la carga eléctrica estimada para el capacitor con el resistor de 27 k y con el de 10 k? 5. por lo que éstos deben convertirse a amperes utilizando 1 mA = 1 x 10 -3 A. presentación y sustentación de informe de laboratorio Informe o productos a entregar Informe de laboratorio según formato . con frecuencia del orden del 50%. tiempo en que se considera se ha cargado completamente. Encuentre el error relativo entre los dos valores. 6. podría dársele algún uso. Calcule la capacitancia del capacitor C=q/V empleando el valor para la carga eléctrica de la pregunta anterior y la diferencia de potencial medida de la fuente de poder. Los capacitores electrolíticos tienen grandes tolerancias. Qué conclusiones y observaciones puede usted deducir de esta experiencia. Describa cómo a un circuito RC (un circuito que incluye una resistencia y un capacitor). por lo que es posible que exista una considerable diferencia. consultar. Sistema de Evaluación Realización de la práctica.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201424 – NOMBRE DEL CURSO: ELECTROMAGNETISMO almacenada en el capacitor. Este sistema tiene enormes aplicaciones. Note que la corriente está en mA. capaz de cargarse y descargarse a una rapidez específica y constante. Puede realizarse mediante el dibujo de vario triángulos que aproximen el área. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201424 – NOMBRE DEL CURSO: ELECTROMAGNETISMO Rúbrica de evaluación Retroalimentación En la segunda sesión . Fundamentación Teórica Experimentando con corrientes eléctricas que se transportaban en diversos alambres. materiales y dispositivos magnéticos Objetivo(s) • Analizar y comprender las características del campo magnético generado en diferentes sistemas Meta(s) Desarrollar habilidades relacionadas con el manejo de campo magnetostático. Christian Oersted percibió que la aguja de una brújula se desviaba cuando se acercaba al conductor eléctrico.4% 4 campo magnetostático. materiales y dispositivos magnéticos. 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”. Desarrollar la capacidad para encontrar relaciones permanentes entre el material estudiado o sugerido y los principios de trabajo industriales. MATERIALES Y DISPOSITIVOS MAGNÉTICOS Tipo de practica Presencial Porcentaje de evaluación Horas de la practica Temáticas de la práctica 11. Competencia(s) El estudiante reconocerá los principales conceptos del el campo magnetostático.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201424 – NOMBRE DEL CURSO: ELECTROMAGNETISMO PRACTICA No. materiales y dispositivos magnéticos. magnéticos Propósito(s) Intencionalidades formativas materiales y dispositivos Relacionar al estudiante con el concepto de campo magnetostático. Esta deflexión sugiere la existencia . 2 – CAMPO MAGNETOSTÁTICO. 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. De igual manera. La bobina genera un campo magnético como el de un imán permanente. la dirección del campo magnético puede determinarse usando la regla de la mano derecha: si el pulgar derecho apunta en dirección de la corriente. Un electroimán puede formarse enrollando un alambre aislado (con laca o con caucho) que conduce corriente eléctrica alrededor de un núcleo de hierro dulce. campo magnético alrededor de un alambre recto y largo. Una bobina de alambre enrollado alrededor de un núcleo con material ferromagnético se llama solenoide. aparece un campo magnético alrededor de la espira.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201424 – NOMBRE DEL CURSO: ELECTROMAGNETISMO de un campo magnético en el lugar. El alambre enrollado al hierro varias veces forma una bobina. Las líneas de campo magnético en torno a los devanados de alambre son conectadas por el núcleo: el resultado es un gran imán Descripción de la practica Campo magnético generando campo eléctrico. campo magnético generado por una bobina Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos) Experimento 1: Experimento 2: Software a utilizar en la práctica u otro tipo de requerimiento para el desarrollo de la . Registre sus observaciones y vaya sacando conclusiones. Introduzca el imán dentro de la bobina y repita cuidadosamente la experiencia anterior. Introduzca uno de los imanes de barra a través de la bobina y comienza a generar con su mano y en el interior una movimiento armónico simple. Conecte las terminales del amperímetro a la bobina de 100 espiras.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201424 – NOMBRE DEL CURSO: ELECTROMAGNETISMO práctica Ninguno Seguridad Industrial Las indicadas en las características generales de la guía Metodología Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica: Conceptos de magnetismo. Introduzca el imán dentro de la bobina y repita cuidadosamente la experiencia anterior. Observe cuidadosamente los cambios de valor en el amperímetro y apunte sus observaciones. Forma de trabajo: Colaborativo Procedimiento: Experimento 1 Conectar la bobina de espira al amperímetro. Figura 9 Conecte las terminales del amperímetro a la bobina de 50 espiras. Repita la experiencia anterior invirtiendo la polaridad del imán de barra y si percibe cambios apunte con cuidado sus observaciones. Si el diámetro del núcleo se lo permite (en caso contrario rediseñe sus bobinas) una los dos imanes de barra (para generar un imán más fuerte) e introduzca el . Registre sus observaciones y continúe sacando conclusiones. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201424 – NOMBRE DEL CURSO: ELECTROMAGNETISMO sistema a la bobina de 100 espiras. Tratar de buscar. La parte del alambre que se encuentra debajo del cartón debe continuar verticalmente por lo menos 10cm (0. 3. Explique en lenguaje sencillo sus apreciaciones del movimiento generado en la aguja cuando el imán se introduce en la bobina de una espira: 2. . 1. como muestra la figura.1m) antes de prolongarse por la mesa hasta la terminal negativa de la fuente de poder. Coloque el cartón en el borde de una mesa de laboratorio. Encuentre los factores que afectan directamente la “F. sacar conclusiones de los registros conservados y proponer explicaciones razonables. después conéctelo a la terminal positiva de la fuente de poder. 2. Observe el movimiento de la aguja del amperímetro.E.M” (fuerza electromotriz) generada en un sistema de inducción y explique la influencia en la generación del voltaje inducido de cada uno de ellos Experimento 2. Explique en lenguaje sencillo sus apreciaciones o implicaciones del movimiento generado en la aguja del galvanómetro cuando el imán se introduce en cada una de las bobinas de 50 y 100 espiras. Campo magnético alrededor de un alambre recto y largo. 3. Apunte una a una sus observaciones y saque conclusiones significativas del proceso. 1. consultar o sugerir una explicación al fenómeno siguiente: “la aguja del galvanómetro se desvía en una dirección cuando el imán se introduce en la bobina y en la dirección opuesta cuando el imán se saca”. Verifique la polaridad apropiada de la fuente de poder y del amperímetro cuando conecte los alambres. ahora genere movimientos armónicos simples y a diferentes velocidades y analice con cuidado el valor en el amperímetro. Finalmente dejar el sistema de imanes en reposo y mover a diferentes velocidades cada una de las bobinas alrededor del sistema de los imanes. Ponga el soporte de tal forma que el alambre pueda enrollarse en las pinzas y baje por el soporte hasta el amperímetro. Atraviéselo con el cable de manera que pase perpendicularmente por un agujero en el centro del cartón. Explique en lenguaje sencillo sus apreciaciones e implicaciones del movimiento generado en la aguja cuando sistema de imanes se introduce en cada una de las bobinas y se mueve a diferentes frecuencias o velocidades: 1. Coloque la brújula al lado del alambre. estás experimentando con un electroimán (consulta sobre este término). El Campo magnético generado por una bobina. Acerque la bobina a un conjunto de clips colocados aleatoriamente y analice cuántos son capturados por el dispositivo. ¿Qué relación encuentras entre la corriente que transporta un . 5. 4. Conecte las dos puntas peladas de la bobina a la fuente de poder. Accione la fuente de poder y dibuje ahora la dirección del campo magnético alrededor del alambre. Debe tenerse mucho cuidado con esta experiencia puesto que el alambre puede recalentarse si se deja la corriente circulando por mucho rato. Registra tus observaciones y has un dibujo del campo magnético alrededor del alambre Experimento 3. empleando la brújula. Trata de determine la polaridad del electroimán generando una corriente en la fuente de poder y pasando una brújula varias veces por la bobina. 3. Active la fuente de poder y genere una corriente de 500mA (0. Desplace la brújula lentamente alrededor del alambre para trazar el campo magnético. 3. Actívale nuevamente y describe lo que percibes.5A).UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201424 – NOMBRE DEL CURSO: ELECTROMAGNETISMO Figura 10 2. Trata de sacar interesantes conclusiones. Invierta las conexiones de la fuente de poder de modo que la corriente circule en dirección opuesta. Quita alambre) intencionalmente el núcleo (la barrita donde enrollaste el y repite la experiencia anterior. Genere una corriente de 100mA (se puede colocar una resistencia de protección entre la fuente y la bobina para evitar calentamientos o cortos eléctricos). Registre sus observaciones y haga un dibujo del campo magnético generado alrededor del alambre. ANÁLISIS 1. Apaga la fuente y anota tus observaciones. 1. Consiga alambre con laca o encauchetado (para evitar corto 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) 2. Simultáneamente se presenta un torque (torca) sobre el alambre. 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. propiedades y aplicaciones cotidianas de este fenómeno. cuando sus terminales se conectan a una fuente de poder. 7. ¿Qué efecto magnético tiene el cambiar la intensidad de la corriente eléctrica que pasa por un conductor eléctrico? 4. 3.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201424 – NOMBRE DEL CURSO: ELECTROMAGNETISMO conductor y el campo magnético que se genera a su alrededor? 2. Sistema de Evaluación Realización de la práctica. Cuando un conductor eléctrico se sumerge en un campo magnético se genera sobre él una fuerza magnética. presentación y sustentación de informe de laboratorio Informe o productos a entregar Informe de laboratorio según formato Rúbrica de evaluación . consultar efectos y propiedades. Encuentre relaciones y diferencias entre un “electroimán” y un “imán de barra”. ¿Qué factores determinan la capacidad de un electroimán? ¿Qué tan determinante es la naturaleza de su núcleo? 5. 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. Los imanes de barra son muy conocidos y fáciles de adquirir comercialmente. consultar efectos. 3 – INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Y ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201424 – NOMBRE DEL CURSO: ELECTROMAGNETISMO Retroalimentación En la tercera sesión PRACTICA No. el inquieto Faraday (uno de los grandes inventores de la humanidad) percibió que. Después de repetir y de analizar la experiencia varias veces se percibe que hay direcciones privilegiadas en las cuales no se genera corriente o algunas en las cuales se genera un máximo valor.2% 4 inducción electromagnética y ondas electromagnéticas Propósito(s) Relacionar al estudiante con el concepto y aplicación de la inducción electromagnetica y las ondas electromagneticas Objetivo(s) Analizar y comprender las características de la inducción electromagnética. se genera o se induce en el sistema una corriente eléctrica. Este fenómeno de generación de corriente eléctrica se denomina “inducción electromagnética” y la corriente generada se . la volante es un imán y en el interior se tienen tres bobinas regularmente espaciadas. para prender la farola (gratis.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201424 – NOMBRE DEL CURSO: ELECTROMAGNETISMO Tipo de practica Presencial Porcentaje de evaluación Horas de la practica Temáticas de la práctica Intencionalidades formativas 11. cuando un conductor eléctrico se desplaza en un campo magnético. Fundamentación Teórica Por la época de 1831. En las motos por ejemplo. no necesita batería para ello). por ejemplo. Competencia(s) El estudiante reconocerá los principales elementos referentes al concepto de inducción electromagnéticaComprender y socializar el concepto de inducción electromagnética. cuando el motociclista prende su móvil las bobinas comienzan a girar a gran rapidez y entonces se induce en ellas una corriente que sirve. Meta(s) Desarrollar habilidades relacionadas con el manejo de la inducción electromagnética y las ondas electromagnéticas. la ecuación anterior se transforma en Descripción de la practica La corriente inducida se genera cuando se presenta un movimiento relativo entre el conductor y el campo magnético. En el caso de un inductor de N vueltas de alambre. quienes desde lugares muy lejanos entre sí. no importa cuál de los dos se mueva. La fuerza del agua mueve a gran velocidad unas turbinas alrededor de las cuales se tienen poderosos imanes. Esta experiencia fue enriquecida significativamente con los aportes de Henry y de Lenz. Donde es el flujo magnético a través de la superficie.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201424 – NOMBRE DEL CURSO: ELECTROMAGNETISMO conoce como “inducida”. La ley anterior puede ser escrita de forma matemática de la siguiente manera. industrias. Esta energía eléctrica es transportada por cables a través de las montañas y es conducida a las ciudades donde es utilizada según la necesidad específica. residencias. Las centrales hidroeléctricas generan electricidad usando este interesante fenómeno. La ley de inducción de Faraday establece que la fem es directamente proporcional al cambio en el tiempo del flujo magnético que atraviesa el circuito.Ley de Faraday Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos) 4 Bobinas (diferente número de espiras) 1 núcleo y barra ferromagnéticos s 1 Generador de señales 1 Osciloscopio . En el experimento a realizar se dispone de un imán y de un conductor eléctrico y será el movimiento relativo entre los dos el que genera una “corriente inducida”. contribuyeron a sacar la ley que lleva por nombre la “ley de inducción electromagnética de Henry-Faraday” y que gobierna el mundo de la inducción. empresas. La corriente inducida se genera cuando se presenta un movimiento relativo entre el conductor y el campo magnético. . Aplique una tensión senoidal a B P con una frecuencia de 100 HZ. Visualice en el osciloscopio la señal generada en B s.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201424 – NOMBRE DEL CURSO: ELECTROMAGNETISMO Software a utilizar en la practica Ninguno Metodología Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica: campos eléctricos y magnéticos Forma de trabajo: Colaborativo Procedimiento: Figura 11 Experimento 1 Conecte una bobina (primaria B p) con una resistencia( R=100 Ω) en serie a un generador de funciones y una segunda bobina(secundaria B s) a un osciloscopio como muestra la fig 8 . Utilice bobinas de diferente número de espiras. es decir que sus ejes queden perpendicularmente. Al cambiar la señal del generador por una señal triangular.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201424 – NOMBRE DEL CURSO: ELECTROMAGNETISMO Figura 12 Describa sus observaciones en la señal obtenida bajo las siguientes condiciones: 1. Experimento 2 Se propone realizar mediciones del voltaje (Vs) que se generan en BS cuando se aplica una diferencia de potencial (V P) en BP. Al introducir un núcleo de material ferromagnético al interior de las bobinas 4. 6. Realice un análisis y conclusiones a los resultados obtenidos anteriormente. 5. Al variar la frecuencia en el generador sin modificar la distancia entre las bobinas 2. Tome medidas de diferencias de potencial y registre los valores obtenidos para los siguientes casos: Bobinas en vacío (fig 13) Figura 13 Montaje bobinas en vacío . Al rotar una bobina un ángulo de 90 o con respecto a la otra. Al aumentar la distancia entre BP y Bs para una misma frecuencia 3. Sistema de Evaluación Realización de la práctica. Realice un análisis de los resultados obtenidos A partir del análisis realice las respectivas conclusiones. presentación y sustentación de informe de laboratorio Informe o productos a entregar Informe de laboratorio según formato .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201424 – NOMBRE DEL CURSO: ELECTROMAGNETISMO VP VS Tabla 3 #espiras en BP______________ #espiras en B S___________ Colocando entre las bobinas un núcleo en forma de U (Fig 11) Figura 14 Montaje Bobinas entre núcleo en forma de U Figura 15 Bobinas con núcleo en forma de U VP VS Tabla 4 #espiras en BP______________ #espiras en B S___________ Realice graficas de VS contra VP con los valores obtenidos experimentalmente para los dos casos. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201424 – NOMBRE DEL CURSO: ELECTROMAGNETISMO Rúbrica de evaluación Retroalimentación Al finalizar la sesión . UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201424 – NOMBRE DEL CURSO: ELECTROMAGNETISMO 7. Buerke. (seventh edition) . (2008). Tomo II. M. R. Addison Wesley Serway R. S. Physics for USA: Thomson higher education. Fondo Educativo Latinoamericano. M. volumen 2. FUENTES DOCUMENTALES Resnick-Halliday-Krane: Física volumen II. CECSA. Física Universitaria. F. Sears. D. Jewett J. J. International Thomson Editores. La naturaleza de las cosas vol II. 4a edición. Young. Feynman. P. scientists and engineers. Zemanski y H. Lea. Lectures on Physics.