Inducción Magnética (Fiz0221)

Inducción Magnética

Objetivo

- Estudiar cualitativamente el fenómeno de Inducción.

- Medir la fuerza electromotriz (FEM) inducida en una bobina por una barra magnética, a través del centro de la bobina.

Equipamiento

− Computador PC con interfaz PASCO 6500

− Bobina 10000 vueltas,

− Barra magnética

− Conectores

− Programa Data Studio

Teoría

Cuando una barra magnética pasa a través de una bobina se produce un cambio en el flujo magnético a través de la bobina el cual induce una fem en la bobina. De acuerdo con la Ley de Faraday de la Inducción :

donde es la fem inducida, es el número de vueltas del alambre en la bobina y es la razón de cambio del flujo a través de la bobina.

En este experimento se procederá a construir un gráfico de la FEM () vs tiempo, donde el área bajo la curva representa la integración de la misma. Físicamente ésta área es el flujo magnético que atraviesa la bobina, la expresión matemática que se ajusta a lo anterior es:

Parte I: Estudio Cualitativo de la Inducción Magnética

Procedimiento

1) Arme el sistema de la figura 1, conectando 2 bobinas iguales, entre 250 y 600 vueltas y el sistema imán-resorte.

Figura 1: Montaje experimental.

Asegúrese de que ambas bobinas estén lo suficientemente separadas conectándose con cables largos para que el campo magnético de los imanes no influyan entre sí.

2) Mueva el imán de una de las bobinas hacia arriba, y luego suéltelo de tal modo que el imán tenga un movimiento armónico simple. Note la reacción del segundo imán. Explique lo sucedido.

3) Invierta la orientación de una de las dos bobinas y repita el paso (2) con el movimiento?. Explique. ¿Qué sucede?

4) ¿Qué sucede si usa diferentes números de vueltas en una bobina?

5) Inserte una tercera bobina en el circuito, (figura 2), la cual tenga un número de vueltas, de aproximadamente 10000. Enseguida haga oscilar uno de los imánes. Observe ¿Qué sucede?.

Figura 2: Montaje experimental con 3 bobinas.

6) Ponga en cortocircuito la tercera bobina. ¿Qué sucede? . Explique.

7) Cambie la bobina de 1000 vueltas una mucho menor (similar en número de vueltas a las usadas en un principio). Inserte un tercer imán (fig.3) y haga oscilar éste último. ¿Qué sucede?

8) Ponga en cortocircuito la tercera bobina y repita. Explique

Figura 3

Análisis

a) ¿Por qué los imanes tienen comportamiento?. Relacione respuesta con el concepto Inducción.

b) ¿Cuál ha sido el efecto al cambiar bobinas? ese su de Figura 3 la polaridad de los cables que conectan las dos bobinas?

c) Al acoplar la tercera bobina de alta inductancia, explique y fundamente el efecto observado en los imanes. (Punto (5) del procedimiento)

d) Al acoplar una tercera bobina de un menor número de espiras y al hacer oscilar uno de los imanes, explique y fundamente el efecto observado en los imanes. (Punto (7) del procedimiento).

e) A la luz del experimento realizado, ¿Cómo puede explicar Ud. en términos de energía el fenómeno de Inducción?.

Parte II: Medición de la Fuerza Electromotriz (FEM)

Montaje Experimental

i) Sujete la bobina de tal modo que el orificio quede en posición vertical, para que a través de él caiga la barra magnética sin obstáculos.

ii) Bajo la bobina posicione un recipiente con plumavit para proteger al imán del golpe

iii) Conecte el sensor de voltaje a la bobina y luego al canal A de la interfaz.

Figura 4: Montaje experimental de la parte II

Procedimiento

1) Ejecute el programa Data Studio. Seleccione en el canal análogo A Voltage Sensor. Asegúrese que la barra magnética esté de tal modo que el extremo sur esté levemente sobre la bobina.

2) Presione en el icono del sensor de voltaje y selecciones Sample rate (frecuencia de muestreo) Fast= 200 Hz. (rápida).

3) Use el modo osciloscopio para obtener los datos. Ajuste la ganancia del canal A en 1 V/div. Seleccione la velocidad de barrido 100 ms/div.

4) Presione el botón START(Inicio). Suelte el imán para que caiga a través de la bobina. Presione STOP.

5) Abra el gráfico Voltaje vs Tiempo. Observe la señal en la pantalla del osciloscopio.

6) Si es necesario, presione para cambiar la escala del gráfico.

7) Presione , y seleccione del menú: Area.

8) En el gráfico mostrado seleccione la zona del primer peak. Anote los datos correspondientes.

9) Repita para el la zona del segundo peak.

Preguntas

• ¿Cómo es el flujo entrante con respecto al saliente?

• ¿Porqué es el peak. saliente mas alto que el peak. entrante?. Explique.

• ¿Porqué son los peak. opuestos en dirección?

• Amarre dos barras magnéticas, de tal modo que queden juntos ambos polos Sur y suéltelos a través de la bobina, ¿Qué sucede con los peak?. Explique.

• Reordene las barras magnéticas de tal modo que queden juntos un polo Norte con uno Sur. ¿Qué sucede con el flujo?. Explique.