Laboratorio Ley De Induccion De Faraday

RESUMEN

El objetivo de este laboratorio es comprender el concepto básico de la ley de inducción de Faraday en el caso de campos magnéticos variantes en el tiempo generados por una bobina.

Mediante la ley de inducción de Faraday la cual se puede enunciar de la siguiente manera: “La fem inducida en un circuito es igual al negativo de la velocidad con que cambia con el tiempo el flujo magnético a través del circuito”:

ε=-(dФ_B)/dt=-d/dt ∫▒〖B^ρ dA^ρ 〗 (1)

Como el flujo magnético cambia entonces también cambiara el campo magnético ya que este es proporcional al flujo y al área transversal, pero como el área en una bobina se mantiene constante entonces el cambio del campo magnético producido por una fem inducida producirá otra corriente, esta segunda corriente se medirá en el laboratorio para medir la intensidad con que se produce con respecto a la primera corriente.

Además de medir una corriente con respecto a otra se tendrán otros casos como el de variar la distancia entre las bobinas, variar la corriente en la primera bobina y observar el cambio de corriente en la segunda y la introducción de un cilindro ferro magnético a través de las dos bobinas y variar tanto la corriente como la distancia entre las bobinas y comparar la diferencia de las dos corrientes.

Al final del laboratorio se pudo concluir que la segunda corriente producida por el campo producido por la primera corriente va a aumentar si la primera corriente aumenta y si se introduce un material ferro magnético atreves de ambas y va a disminuir si se aumenta la distancia entre las bobinas.

INDICE

Portada……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 1

Resumen…………………………………………………………………………………………………………………………………….. 2

Marco Teórico…………………………………………………………………………………………………………………………….. 4

Procedimiento…………………………………………………………………………………………………………………………….. 5

Resultados y Análisis…………………………………………………………………………………………………………………… 6

Cuestionario………………………………………………………………………………………………………………………………… 9

Conclusiones……………………………………………………………………………………………………………………………… 10

Bibliografía…………………………………………………………………………………………………………………………………. 10

MARCO TEORICO

En este laboratorio se estudiará el fenómeno de inducción mutua y autoinducción presente cuando una bobina de devanado apretado con corriente alterna se coloca frente a otra bobina similar. (Escanear imagen)

El campo B_12 es producido por la corriente i_1, el cual induce un flujo magnético Ф_12sobre cada vuelta de la bobina 2, de modo que el flujo neto que 1 causa sobre 2 es N_2 Ф_12, pero este no es el flujo total que recibe la bobina 2 ya que esta a su vez conduce una corriente i_2 la cual también producirá un flujo.

Además la corriente i_1 producirá un flujo sobre la misma bobina 1, de modo que el flujo neto sobre las espiras de 1 va a ser N_1 Ф_11.

La corriente sobre una bobina que genera un flujo sobre si misma se le llama autoinducción, y la corriente sobre una bobina que genera un flujo sobre otra bobina cercana se le llama inducción mutua.

El flujo magnético de una bobina sobre sí misma es proporcional a la corriente que se transporta en esa bobina:

N_1 Ф_11=L_1 i_1 (2)

Donde L (autoinductancia): constante de proporcionalidad.

Si usamos la ley de Faraday-Lenz vemos que:

ε_11=-d(N_1 Ф_11 )/dt=-L_1 (di_1)/dt (3)

En forma análoga el flujo de la bobina 1 sobre la otra bobina es también proporcional a i_1:

ε_12=-d(N_2 Ф_12 )/dt=-M (di_1)/dt (4)

De manera similar para ε_22 y ε_21.

Caso particular de corrientes alternas:

Suponiendo que sobre la bobina 1 ingresa una corriente alterna de la forma i_1(t) =i_1o sin⁡(ωt), donde i_1o es la amplitud de la corriente y ω es la frecuencia angular de pulsación.

Utilizando la ecuación (4) se obtiene:

ε_12(t) =-M d(i_1o sin⁡(ωt) )/dt=-Mi_1o cos⁡(ωt) (5)

Los valores desplegados por los instrumentos son los valores eficaces (rms) por lo que ε_12 esta dado por:

(ε_12 )_rms=(Mi_1o ω)/√2=Mω(i_1 )_rms (6)

PROCEDIMIENTO

Primera parte:

En los puntos 1, 2, 3 y 4 el procedimiento es el siguiente; se arma el circuito con las bobinas juntas (D=0cm), con una frecuencia de 100Hz, una resistencia de 2kΩ para la primera bobina y una resistencia de 1kΩ para la segunda bobina, y se va aumentando en tiempo real el voltaje a medida que se va graficando ε_2 vs ε_1 hasta que el voltaje llegue al máximo. Este procedimiento con las bobinas en contacto y sin barra.

En los puntos 5, 6, 7 y 8 se solicita realizar el mismo procedimiento pero con una barra ferro magnética atravesando ambos solenoides.

El resultado del procedimiento anterior se muestra en la gráfica 1.

Segunda parte:

Se busca determinar la dependencia del voltaje en la segunda bobina con respecto a la distancia.

Se procede a poner las bobinas en contacto y se va aumentando el voltaje a medida de que se va graficando ε_2 vs ε_1 , una vez graficado se repite el procedimiento aumentando la distancia cada 3cm, así tomando medidas a 0cm, 2cm, 4cm, 6cm y 8cm.

La gráfica del procedimiento anterior se muestra en la gráfica 2.

Se repite el mismo procedimiento anterior pero con la barra ferro magnética atravesando a las dos bobinas.

Los resultados se muestran en la gráfica 3.

Tercera parte:

En Excel se tabulan los valores de la distancia con respecto a ε_2, para los casos con barra y sin barra. Y se grafican las dos tablas para analizar los resultados.

Los resultados

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