OBJETIVOS1. Llevar a cabo las pruebas experimentales en un reactor con núcleo de hierro. 2. Observar las características de magnetización de determinado material ferromagnético. 3. Observar el lazo de histéresis dinámico y la forma de onda de la corriente de excitación. 60 Hz. 1 Resistencia de aproximadamente 60K. 1 Voltímetro de 150V AC. 1 Reóstato de 4. 1 Vatímetro de 120W. 1 Osciloscopio con dos puntas de pruebas con acceso vertical y horizontal. 1 Multímetro.5 Ohm. 1 Amperímetro de 2A AC.MATERIALES Y EQUIPOS A UTILIZAR 1 Transformador de 1KVA. 1 condensador de 20uF. 127/220V. 1 Autotransformador variable con capacitancia de 3A. . Reactor con Núcleo de Hierro: Un reactor es un dispositivo que genera inductancia para obtener reactancias inductivas. este núcleo hace que la bobina al ser recorrido por una intensidad de corriente alterna (I) obtenga altas inductancias con dimensiones reducidas. Campo Magnético o Densidad de Flujo Magnético (B): Muchos historiadores de la ciencia creen que la brújula. sostenía: “La corriente galvánica y el magnetismo deben ser manifestaciones de la electricidad. Pueden producirse efectos magnéticos por el movimiento de cargas eléctricas”. Sin embargo los fenómenos en los que interviene el campo magnético fueron observados por primera vez hace más de 2800 años. la cual utiliza una ajuga magnética. es decir aproximadamente en los años 800 a. y que su invención es de origen árabe o indio. C por los griegos. fue usada en China desde el siglo XIII d. C. Esta última fue la . 2. en Turquía occidental). Su construcción consiste en una bobina enrollada sobre un núcleo de material ferromagnético. Algunas ideas expuestas son las de Oersted y Faraday: Oersted en 1819. En el reactor distinguimos: Reactancia inductiva: XL Inductancia: L Frecuencia angular: w Numero de espiras de la bobina: N Corriente de excitación: I Voltaje de alimentación: V(t) = E Flujo magnético: Φ(t) Flujo de dispersión: Φd(t) Despreciando la resistencia de la bobina y el flujo de dispersión se cumple V(t) ≈ E(t). quienes tenían conocimiento de esto por los fragmentos del mineral de hierro magnetizado (magnetita de Óxido de Hierro Fe3O4) que atraían trozos de hierro cerca de la ciudad de Magnesia del Meandro en el Asia Menor (hoy Manisa. siendo ellos los primeros en conocer sobre el magnetismo.FUNDAMENTO TEÓRICO 1. he de ahí su nombre. Así mismo cualquier sustancia magnética que forma parte de un imán permanente (ejemplo claro de la Retentividad Magnética.conclusión de una experiencia que tuvo cuando quiso demostrar. La idea es la misma. y por otro lado si están más distanciadas el campo es menor. Física para ciencias e ingeniería de Serway-Jewett y algunos nacionales como Electrostática y Magnetismo del Lic. las cuales son en mi opinión las más importantes premisas que nos sirven para darnos una idea de lo que viene a ser el campo magnético. como un campo vectorial es necesario saber cómo describirlo. Humberto Leyva Naveros. las líneas de campo nunca se pueden cruzar y siempre buscan cerrarse por donde exista menor resistencia magnética o reluctancia magnética sin tener inicio ni fin. Ampere. También pretendía realizar algunas demostraciones con la brújula pero mientras realizaba sus demostraciones eléctricas notó con sorpresa que la aguja de la brújula se movía cada vez que conectaba la corriente eléctrica. Debido a que la dirección de B es única. Para ello es que se utiliza. Weber. Se dibujan unas cuantas líneas representativas para no ocupar todo el espacio. que también explicaré posteriormente) está rodeada de un campo magnético. al igual que para describir el campo eléctrico. Complementando más ideas del campo magnético tendríamos a personajes como Gauss. Por otro lado Faraday observó: “Se produce en un circuito una corriente eléctrica instantánea cuando en otro circuito próximo se establece o interrumpe una corriente. mas no dependen de estos. además de un campo eléctrico. la magnitud del campo es mayor. Finalmente el valor del campo magnético es dependiente de las características magnéticas del medio donde se encuentre”. las líneas de campo magnético. También el campo magnético ejerce una fuerza ´´F´´ sobre cualquier otra carga o corriente en movimiento presente en el campo. Puede obtenerse corrientes por el movimiento de imanes”. Cuando hablamos del campo magnético. Así llegamos a las definiciones actuales que tenemos del campo magnético donde en todos los libros como por ejemplo: Física Universitaria de Sears-Zemansky. el calentamiento de un hilo por una corriente eléctrica. . Donde las líneas de campo están más cercas entre sí. entre otros. resaltan que: “Una carga en movimiento o corriente eléctrica crean un campo magnético en el espacio circundante. ante amigos y estudiantes. Maxwell. se dibujan las líneas de modo que la línea que pasa a través de cualquier punto sea tangente al vector del campo magnético B en ese punto. en el que los electrones se mueven en órbitas circulares al rededor de los núcleos más pesados. Como sabemos según la ley de Biot-Savat. para marcar diferencia . llamada usualmente Intensidad del Campo Magnético “H”. que viene definida como el momento magnético por unidad de volumen. El resultado neto es que para la mayor parte de los materiales el valor del momento magnético producido por el movimiento orbital de los electrones es cero o muy pequeño (posteriormente daré a conocer la clasificación de los materiales según sus características magnéticas como esta). que no viene a ser otra cosa que el número de líneas de campo que pasan a través de una determinada área. Pero en clase. En este modelo un electrón en órbita forma una espira de corriente minúscula. y que parte la proporciona el material en sí. Los campos magnéticos generados por las corrientes y que se calculan por la ley de Ampere o la ley de Biot-Savat.Otro concepto que no me es ajeno a las líneas de campo magnético es el de Flujo Magnético. cuando los campos generados pasan a través de materiales magnéticos que por sí mismo contribuyen con sus campos magnéticos internos. surgieron ambigüedades sobre que parte del campo proviene de las corrientes externas. Intensidad de Campo Magnético (H): Para describir la Intensidad de Campo Magnético es necesario conocer algunas ideas previas y se inicia la explicación con el modelo atómico. ya que se trata de una carga en movimiento y el momento magnético del electrón está asociado con este movimiento orbital. Finalmente he aprendido que nos es posible definir un campo magnético “B” en cualquier punto del espacio en función de la fuerza magnética “F” que ejerce el campo sobre una partícula con carga “q” (la cual viene a ser nuestro objeto de prueba) que se mueve con una velocidad “v” y la relación que nos permite hacerlo es: ( ̅ ̅) 3. se puede producir un campo magnético “B” debido a una corriente eléctrica “I”. se caracterizan por el campo magnético “B” medido en Teslas. Para ello es que se ha definido otra cantidad de campo magnético. Por supuesto que a partir de conocer el valor de la intensidad de campo magnético “H” se puede hablar de la susceptibilidad magnética Xm (como nos lo explica el libro Máquinas Eléctricas de Jesús Fraile Mora y el Física Universitaria de Sears-Zemansky) de un material. que viene a ser una característica intrínseca de este. Así se alcanzó un campo magnético máximo o de saturación Bsat que ya no podría seguir aumentando tras la Intensidad de campo. Histéresis: . 4. que es un coeficiente adimensional que expresa la proporcionalidad de la Magnetización o Imanación “M” y la intensidad del campo magnético “H” de acuerdo con la ecuación: Además se ha llegado a conocer la relación entre el campo magnético “B” y la intensidad de campo magnético “H” gracias a: ( ( ) ( ) ) Donde es el valor de la permeabilidad magnética del vacío. Saturación: Se dice que un material magnético se encuentra saturado cuando tras haberse sometido a una Inducción Magnética. el valor de la intensidad del mismo no depende de las características magnéticas del medio sino que depende de la Corriente “I” que puede producirlo. es el valor de la permeabilidad magnética relativa y es la permeabilidad magnética del medio. Este fenómeno viene a estar dándose en la parte más superior de un ciclo de Histéresis. sus dominios magnéticos y sus momentos magnéticos dentro de estos están alineados totalmente. Para cuando se ha alcanzado este estado se ha creado un magnetismo o inducción remanente y puede considerarse a este material como un imán. 5. A partir de estos conceptos se puede llevar a cabo una clasificación magnética de los materiales la cual explicaré a continuación.con el campo magnético. produciéndose rotaciones cada vez mas bruscas de los momentos magnéticos. pero tras pasar un valor máximo se encuentra ya en una zona de crecimiento irreversible en el cual los dominios siguen ensanchándose los favorables a “H” y comprimiéndose los desfavorables. En un principio puede darse un crecimiento reversible de estos. Se lleva a la presencia de uno. gracias al campo. .Viene a ser una serie de fenómenos. para que reciba una inducción magnética “H”. Curva de Imanación del Hierro. y se nota como van afectándose los dominios y los momentos magnéticos por acción de “H”. Las partes fundamentales de este ciclo de Histéresis son las siguientes: Se parte de un material ferromagnético en ausencia de algún campo magnético. uno tras otro hasta llegar al punto de partido formando así un ciclo. que no podría ser mayor aunque siguiésemos aplicando la intensidad de campo “H”. Si cesara la aplicación de la intensidad de campo magnético “H” estos dominios y momentos magnéticos permanecerían en la posición que se habían quedado. pero si continua la aplicación de “H” entraríamos a la parte final de rotación total de los momentos magnéticos hasta la saturación. en la cual los momentos magnéticos estarían totalmente alineados y se habría alcanzado un valor de Campo Magnético de Saturación. Se induce nuevamente al material con un “H” contrario a este último hasta que el valor del campo magnético sea cero y llegaremos así a un punto en el cual hemos tenido que aplicar un valor de intensidad de campo H c. Para desaparecer la Inducción Magnética se tiene que regresar el valor de “H” a cero. Para restablecer el valor del campo magnético generado a cero se le tiene que aplicar una intensidad de campo contraria a la inicial. Tras seguir aplicando esta intensidad de campo habremos regresado al primer punto de saturación cerrando así el ciclo de Histeresis. Existe todavía un campo magnético remanente B r. Si se sigue aplicando la intensidad de campo contraria se volverá a saturar el material pero esta vez los momentos magnéticos dipolares estará orientados de manera opuesta. pero esta vez el campo magnético que también disminuye no va a volver a ser cero. la cual vendría a ser parte de un Campo Coercitivo. Ciclos de Histéresis . Queda en claro entonces que es gracias a la Retentividad de algunos materiales que los hace capaces de poderse imantar. Retentividad: Se conoce como Retentividad a la capacidad que tiene los materiales magnéticos para poder retener sus propiedades magnéticas luego de una Inducción Magnética o Magnetización. 6. H y μ se muestra en las curvas de B-H del hierro. o baja "resistencia" al flujo . es decir que poseen una alta Retentividad tras haber sido magnetizados. entonces H es numéricamente igual a la densidad de flujo B. Los materiales con una Histéresis mayor poseen la capacidad de retener sus propiedades magnéticas. Generalmente los materiales de hierro tienen valores de μ altos. 7. pero esta propiedad será mejor cuando la Imantación se realiza más lentamente.Parámetro del ciclo de Histéresis en la Imanación de un núcleo de Hierro. La relación entre B. El valor de μ en un determinado punto de la curva. esto implica que el hierro tiene elevada conductividad. es el valor de B dividido por el de H en dicho punto. Permeabilidad (μ) La permeabilidad es equivalente a la conductividad en los circuitos eléctricos y está definida por la relación: Donde: μ: permeabilidad magnética B: densidad de flujo (weber/m2) H: fuerza magnetizadora Si el núcleo es de aire. varía con el flujo. La permeabilidad en el hierro no es constante. que tiene baja conductividad. el aire es un "mal conductor magnético". . Curva B-H característica del hierro.magnético. En el lado opuesto tenemos al aire. El hierro es un "buen conductor magnético". y por lo tanto alta "resistencia". 25 0. 55.09 0.4 159.06 0.9 108.8 1 2 2.06 0. 2. se energiza el sistema y se tomaron los siguientes datos: VAUTOTRANS 0 4.28 I 0.5 0. Observación del Lazo de Histéresis y Forma de Onda de la corriente del Reactor: a) Lazo de Histéresis: Luego de disponer del circuito que necesario.28 0.5 0.065 0.8 260.068ohm. Obtención de la Característica B-H: Luego de armar el circuito Autotransformador-Reactor (Utilizamos un lado del Transformador como el Reactor que necesitamos para la experiencia).75 0.0555 0.05 0.09 W(x10) 0.36 43.205 30.25 0. Se obtuvieron los siguientes datos: VAUTOTRANS 4.2 4 Además se tomaron los siguientes datos de diseño del Autotransformador: I=5A.3 43.635 W(x10) 0 0.7 185.055 0.085 0.18 VRESISTENCIA 4.96 64.PROCEDIMIENTO 1.9 81.75 1 .19 24.36 55.42 0. Para el Vatímetro se trabajó a valores de corriente y tensión que nos da un factor multiplicativo de 10 a los valores que indica el vatímetro. R=0.2 134.205 24.8 64. VN=240V.4 0. variar la tensión de salida del autotransformador a 22.75 3.4 211. 110 y 143 % de la tensión nominal.18 0.65 0.6 A 0 0.12 0.9 234.12 0. 325 0.7 104.5 3 3.6 143.5 1.84.9 143.605 1.5 104.5 123. la tensión hasta un 30% sobre la tensión nominal. las cuales fueron las expresadas junto con los datos anteriores. anotando las lecturas de los instrumentos. .7 0.1 84.5 5 Y con estos datos se pudo visualizar las siguientes imágenes: b) Corriente del Reactor: Para el mismo circuito aplicar a las placas verticales y tierra.3 123.095 2. así mismo graficar “W vs V” explicando sus tendencias y que significado tienen cada una de ellas. Por otro lado el amplificador horizontal recibirá el potencial que existe entre los extremos de la resistencia variable. Salidas del osciloscopio CH1 y CH2 conectadas a la resistencia y al condensador. 2. la cual es proporcional a la corriente que pasa por el reactor. Luego como ambas están en función del tiempo se puede expresar una en función de otra. su representación fasorial). Le es equivalente tanto en la energía que consume tanto en el campo magnético que almacena como en el calor que disipa. ¿Qué es el circuito equivalente en una máquina eléctrica? ¿En qué le es equivalente? Es una representación de la máquina mediante resistencias e inductores (en otras palabras. . Y obtenemos la curva de HISTERESIS para una corriente alterna. De esta forma se obtiene entre las placas vertical y horizontal una diferencia de potencial proporcional a B y H. de manera que el osciloscopio traza la forma del lazo de histéresis. 4. Trazar las curvas características “B vs H” y “u vs H”. Explicar el principio del funcionamiento del circuito para la observación del lazo de Histéresis. Los voltajes en ambas son de tendencia sinusoidal. el cual es a su vez proporcional al flujo inducido B.CUESTIONARIO 1. esta corriente es además directamente proporcional al a intensidad de flujo magnético (recordar que H =NI/lm). El circuito utilizado para observar el lazo de histéresis funciona obteniendo la diferencia de potencial entre los extremos de la capacitancia en el amplificador vertical. Esta diferencia de potencial será proporcional a E. 3. Elaborar el circuito equivalente del reactor para su tensión nominal. ¿Qué función desempeña el condensador de 20 uF y la resistencia de 60K? La resistencia de 60K se utiliza para cerrar el lazo en paralelo (de esta forma existe una corriente circulante y una diferencia de potencial medible en la capacitancia). pero sin modificar mucho la corriente que circula por el reactor (ya que la resistencia es muy grande simulando circuito abierto). CONCLUSIONES . La capacitancia se utiliza para ajustar el desfasaje entre los potenciales que ingresan al osciloscopio.5. con respecto al del aire). entonces este tiene la propiedad de la retentividad. . sino de la corriente que produce el campo. El valor del campo magnético en una cierta región del espacio dependerá de las características del medio. Siempre que haya un flujo alterno dentro de un material ferromagnético se producirá disipación de energía en forma de calor por el núcleo. La intensidad de campo magnético no depende de las características magnéticas del medio. Esto se aprecia mejor en la gráfica del lazo de histéresis. es decir. El hierro es un material ferromagnético pues incrementa fuertemente el flujo imanador (hasta el orden de los miles. Como el material de nuestro reactor es hierro. además. su permeabilidad magnética es grande. además la corriente de excitación es de un valor pequeño variable con el tiempo. al igual que del flujo magnético. El voltaje inducido en el reactor siempre se opone al de alimentación por la ley de Lenz. tiene la propiedad de retener cierto magnetismo después de ser imantado. por eso se dicen que son buenos conductores del flujo magnético. debido a las corrientes parásitas. Para materiales ferromagnéticos la resistencia magnética es muy baja.
Report "Laboratorio Del Reactor Con Núcleo de Hierro"