Informe 3 Electricidad

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  Informe de electricidad
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  LEY DE INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA   (Ley de Faraday - Henry)  Diana Sofía Díaz Salas a , Luis Alberto Ruiz Cuicapuza  b ,Daniel Santiago Gamboa Oquendo c . a  Facultad de Ingeniería Electrónica. (diana.diazs@upb.edu.co)  b .Facultad de Ingeniería Aeronáutica. (luis.ruizc@upb.edu.co)  c Facultad de Ingeniería Química. (daniel.gamboa@upb.edu.co) Universidad Pontificia Bolivariana de Medellín. Colombia RESUMEN  En este artículo se pretende estudiar experimentalmente la ley de inducción electromagnética. Para ello se trabajó principalmente con una bobina de Helmholtz la cual atrapa un campo magnético uniforme, condición importante para el experimento. Luego por medio de operaciones matemáticas e interpretando físicamente esas evidencias llegamos a resultados muy importantes, que serán presentados en tablas; y que nos  permiten dar una respuesta contundente sobre el problema abordado. Palabras claves:  inducción electromagnética, campo uniforme, bobina. ABSTRACT  In this article we intend to study experimentally the law of electromagnetic induction. To do this, we worked mainly with a Helmholtz coil which traps a uniform magnetic field, an important condition for the experiment. Then by means of mathematical operations and physically interpreting these evidences we arrive at very important results, which will be presented in tables; and that allow us to give a forceful answer about the problem addressed.  Keywords:  electromagnetic induction, uniform field, coil.  1.   INTRODUCCIÓN La inducción electromagnética es un fenómeno físico muy relevante y aprovechado por el hombre, por tal motivo es importante entenderlo y conocer sus implicaciones; sin embargo, la teoría debe complementarse con la práctica; y es exactamente lo que se  presentara a continuación: Se pretende verificar experimentalmente la ley de inducción electromagnética. Como primera parte de trabajo se expondrá sucintamente lo que dice teóricamente la ley de inducción electromagnética y también las características principales de la bobina de Helmholtz, se presentarán las ecuaciones que servirán posteriormente para el análisis  práctico. Luego, se presentan unas tablas que contienen los datos obtenidos en el laboratorio y como parte final se hará el respectivo análisis y se darán las conclusiones.  2. ANÁLISIS DE LAS LEYES DE LA ELECTRODINÁMICA PARA UNA BOBINA DE HELMHOLTZ.   2.1 La inducción electromagnética Es el fenómeno que srcina una  fem inducida  o voltaje en un medio o cuerpo expuesto a un campo magnético variable, o bien en un medio móvil respecto a un campo magnético estático. Es así que, cuando dicho cuerpo es un conductor, se produce una corriente inducida. Este fenómeno fue descubierto por Michael Faraday quién lo expresó indicando que la magnitud del voltaje inducido es proporcional a la variación del flujo magnético (Ley de Faraday). 2.1.1 Ley de Inducción de Faraday - Henry   “Todo flujo magnético variable en el tiempo produce electricidad”  Al resultado del experimento de Faraday, se pudo concluir que es posible inducir una corriente eléctrica en una espira mediante un campo magnético cambiante, de ahí que la corriente inducida genera campo magnético y al alcanzar un valor estable el campo magnético, la corriente inducida desaparece, por lo general este es el efecto de Fem inducida que se produce en la espira debido al campo magnético cambiante. También se tiene los campos magnetodinamios donde cualquier alambre, bobina, solenoide, toroide, etc. Produce campo magnético que varía en el tiempo 2.1.2 Ley de Lenz  Al dirigir un imán hacia una espira de alambre conectada a un medidor(amperímetro), la lectura cambia mostrando un valor diferente de cero, al mantenerlo quieto no genera lectura y si al final alejamos el imán fuera de la espira se obtiene la lectura, pero en sentido contrario. Esto nos indica que la fem inducida y el cambio de flujo tienen signos algebraicos opuestos debido a que la corriente inducida en una espira está en la dirección que crea un campo tal que ese campo se opone al flujo magnético en el área encerrada  por la espira. 2.2 El Flujo Magnético El flujo asociado con un campo magnético guarda la misma relación con el flujo eléctrico, el cual consiste medir la cantidad de campo que pasa por una superficie de forma  perpendicular. A su vez si se tratara de una superficie cerrada, como un imán de barra, las líneas de campo no se saben de donde empiezan ni hacia dónde terminan en algún punto,  por lo que el flujo magnético neto para ese imán es igual a cero.Esto último prueba que no han sido detectados polos magnéticos aislados (monopolos) ya que actualmente en la naturaleza solo hay dipolos magnéticos. 2.3 El Campo Magnético  El campo magnético es el espacio por donde se distribuye la fuerza magnética y por sobre el cual está interactúa. Su interpretación se da en dos formas; como un campo vectorial  que se distribuye alrededor de una espira y la otra interpretación se plantea las líneas de campo. Un campo magnético se srcina a través del movimiento de una carga y al estar relacionada directamente con esta, se cumple que, a más carga en más movimiento, el campo magnético crece. 2.4 Relación entre la Intensidad de corriente en un circuito alterno con el Valor eficaz  Para un circuito alterno, los valores de la intensidad de corriente dependen respecto al tiempo. Es por ello que se tiene que tener un valor promedio el cual relación la corriente más optima (Irms) a usar. Cuando se quiere obtener aquel valor promedio de la corriente se realiza un pequeño cálculo relacionando la intensidad en el valor pico (Valor Máximo) con el Irms Imáx=Irms*2 2.4 Bobinas de Helmholtz  En las bobinas de Helmholtz se cumple ciertas características y leyes para la realización del experimento: La configuración Helmholtz, en donde la distancia entre las bobinas es igual al radio de estas, se modela espiras del mismo grosor, además que tienen que ser generadoras de campo homogéneo secundario para modelar el campo principal a través de una fuente de corriente distinta a la par principal, lo que indicaría que si ambas bobinas tienen su centro en el mismo eje, el campo entre ellas es homogéneo. La ley de inducción electromagnética o Ley de Faraday en un montaje de Bobinas de Helmholtz se realiza un análisis de la formación de una fuerza electromotriz inducida, que se genera por una corriente eléctrica inducida. Al modelar de esta manera se obtiene que las bobinas en movimiento producen campo magnético inducido, el cual se muestra a partir de las ecuaciones:   ∗    (  +  ) 3  (1)  Figura 1  En el anterior esquema se tiene que: R=a=Radio bobina primaria    Por lo que el campo total en el punto P teniendo en cuenta que son dos bobinas primarias se puede simplificar mediante la siguiente expresión: 0,72∗  ∗  ∗   (2)     :        :       :       La corriente instantánea está dada por la siguiente ecuación: ∗ ()  (3)  i=corriente instantanea I= Maxima amplitud de la corriente w= frecuencia angular, t=Tiempo Por la ley de Faraday podemos afirmar que la fuerza electromotriz inducida en la bobina secundaria es: −    ∗  (4)  =    ∗∗   (5)  Reemplazando (4) en la expresión de fuerza electromotriz inducida (3) y derivando respecto al tiempo se puede concluir que:  ,∗  ∗  ∗∗∗∗∗ ∗   (6)  Sabiendo que w=2 π f             La fuerza electromotriz inducida es máxima cuando Sen(wt)=1. Al reemplazar los valores de nuestro esquema podemos deducir que la fuerza electromotriz máxima es: 1,407∗      √ 2∗   (7)  
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