Electricidad y Magnetismo.

Practicas de Laboratorio.

 

ELECTROMAGNETISMO

 

COMPROBACIÓN DE LEYES DEL MAGNETISMO

(*Gauss, **Faraday y*** Lenz)

Objetivo

  • Comprender   y aplicar  las leyes del magnetismo
  • Familiarizarse  con  el equipo y los componentes básicos  del laboratorio  de electromagnetismo

 

Introducción:
gauss 1b.jpg*LEY DE GAUSS PARA  EL MAGNETISMO
La ecuación  es la ley de Gauss, la cual enuncia  que  el flujo  eléctrico total a través  de cualquier superficie  cerrada es igual a la carga  neta  encerrada  por  esa  superficie, dividida por . Esta ley describe como las cargas  crean  campos  eléctricos  en los que las líneas  de campo se originan  en las  cargas positivas  y terminan  en las cargas negativas.

La ecuación  es considerada  la ley  de Gauss para el  magnetismo, que indica  que el  flujo magnético neto atreves de  cualquier superficie  cerrada es cero. Esto  es, el número de líneas de campo magnético  que entran en  un volumen  cerrado debe  ser igual al número de líneas que salen  de ese volumen. Esto implica  que las líneas  de campo magnético no pueden originarse ni finalizar en  ningún punto. Si lo hicieran, significaría  que  existen  monopolos magnéticos  aislados en esos puntos. El hecho de que  haya  sido observado ningún monopolo  magnético aislado en la  naturaleza puede ser  considerado como  la base de la ecuación  

 

gauss 3.jpggauss 2.jpg  

EXPERIMENTOS  DE LA LEY DE GAUSS PARA EL MAGNETISMO,- problemas a Resolver
1.-  El flujo magnético  atreves  de una  de cinco caras  de un dado está dado por , donde  es el número de puntos  en la cara. El flujo es positivo hacia  afuera  para N  par  y negativo para  N impar. ¿Cuál es  el flujo  atreves  de la sexta cara del dado?

2.-  una superficie gaussiana  en forma de un cilindro circula  recto tiene  un radio  de 13 cm  y una  longitud de 80 cm. Atreves de un extremo  existe  un flujo  magnético hacia  adentro de 25 micro Wb. En el otro extremo  existe  un campo  magnético uniforme  de 1.6 mT, normal a la superficie  y dirigido hacia  afuera. Calcule  el flujo magnético neto a través  de la superficie  curva.

Preguntas a contestar:

1.-Establezca la ley del Gauss para  electrostática
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2.- Explicar la ley de Gauss  para el magnetismo
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3.- Describa   el flujo magnético neto a través  de la superficie  curva según la  ley de Gauss del magnetismo.
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**Ley de faraday    

Introducción:

 El estudio del magnetismo  ha  estado  relacionado hasta  ahora  con los campos  eléctricos  debido a cargas eléctricas estacionarias  y los  campos  magnéticos  producidos  por cargas en movimiento.  En esta práctica  se estudia un nuevo  tipo  de campo eléctrico  que es  originado por  un  campo  magnético variable.

 Se prevén  el resultado de un experimento al considerar como se relaciona  por simetría  con otros experimentos. Por ejemplo. Una espira  de corriente  dentro  de un campo B, experimenta una torsión  que hace girar a la espira.  Considerando una situación similar: una espira de alambre  en la que no existe corriente  se coloco dentro de un  B, y  un agente externo  aplica  un momento de torsión  de  forma  que haga gira la espira. Hallamos  que en la espiar  aparece una corriente.  En una espira  de alambre  dentro de un  B, una corriente produce  un  momento de torsión  y un momento de torsión  producen  una corriente. Este es un ejemplo de la simetría  de la  naturaleza.
La aparición  de corriente  en la espira  es  ejemplo de la aplicación  de la ley de inducción  de Faraday, que  constituye  el tema  de estudio. La  ley de Faraday, es una de  cuatro  ecuaciones  de Maxwell para el magnetismo.  Y se dedujo atreves de  una serie de experimentos  sencillos y directos,  que se pueden llevar acabo  fácilmente en el laboratorio.
Cuando un imán se acerca  hacia  una espira  conectada a un  galvanómetro, el galvanómetro se desvía como se muestra en la figura a. indicando que se producen una corriente.
Cuando  el imán  se queda quieto, no  se induce ninguna corriente en la espiar, incluso aunque  el imán  este  dentro de la espira. Figura b.
 Cuando el imán se aleja  de la espira, el galvanómetro se desvía  en la  dirección  contraria figura c, indicando que  la corriente  inducida  es opuesta  a la mostrada en  la figura a.

 
Cuando  se  cierra el interruptor  del circuito primario, el galvanómetro del  circuito secundario  se desvía  por un momento. La Fem  inducida en el circuito  secundario la genera   el campo magnético variable en el  devanado secundario.

 

Correlación  con temas  y subtemas  del programa  de estudio vigente:

Unidad

Tema

Subtema

5

Electromagnetismo

5.5-ley de Gauss del magnetismo
5.7-Ley de Faraday
5.8-Ley de Lenz

 

Preguntas a contestar:

1.-Se sitúa  una espira  de alambre  en un  Campo magnético uniforme ¿Para qué orientación  de la  espiar  es máximo el flujo magnético?
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2.- Las tormentas  magnéticas  del sol pueden ocasionar dificultades en las comunicaciones  en la tierra ¿Por qué nos afectan así las mancha solares?
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3.-De deja caer verticalmente una pieza de aluminio entre los polos  de un electroimán ¿Afecta  el campo magnético la velocidad  del  aluminio?
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4.-¿Como  funciona  al guitarra eléctrica?
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5.-Cunado el interruptor  de la figura a  se cierra, se establece una corriente en la bobina  y el anillo de metal salta  hacia arriba  figura b. explicar este comportamiento.
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Experimento de la ley de Faraday

Material y equipo necesario: Aparato  Para Investigar la Ley De Faraday

 

Cant.
Articulo
1
Aparato  Para Investigar la Ley De Faraday
1
Osciloscopio
1
 Juego Cables de conexión
1
 Juego  de Imanes  cilíndricos

Ley de fardady.jpgModelo: WLS1755S, Sargent-Welch
http://sargentwelch.com/faradays-law-apparatus/p/IG0038383/

Metodología
El aparato se  utiliza investiga la  ley de faraday   y con aluda  de  las  ecuaciones de movimiento se puede terminar la velocidad.  El instrumento esta  ensamblado en una base   de acrílico con una  bobina  de  100 vueltas   en un tubo de acrílico con   15 mm  de  diámetro, contiene   socket de conexión  de 4 mm.
 Atreves  del  tubo de acrílico se  asen pasar  pequeños  imanes cilíndricos de  diferentes valores  (tesla ) , y  luego un pulso  eléctrico  instantáneo es generado dentro de la bobina. Un osciloscopio  se usa para monitorear   el pulso generado y su amplitud, también puede ser usada  estudiar  la amplitud el pulso como  una fruición de la posición de la bobina.

Hacer  anotaciones  y tomar fotografías  del desarrollo del experimento

Reporte  del alumno (resultados):
1.- Llevar a cabo  los experimentos  y describir su proceso paso a paso  con imágenes
2.- Resolver los problemas  indicados
3.-Contestar las preguntas 
4.-Emitir sus observaciones y conclusiones

 

***Ley de Lenz

Introduccion:

Dirijamos   nuestra atención  al signo  negativo presente  en la ley  de  Faraday. Cundo hay un cambio en el flujo magnético, la  dirección de la Fem inducida  y   de la corriente inducida  pueden  hallarse  a partir de la ley de Lenz: la polaridad  de la Fem  inducida  en una espiar es tal que genera una  corriente cuyo campo magnético se opone  al cambio en el flujo magnético que traviesa la espiara.  Es decir, la  corriente inducida tiene una  dirección tal que el campo magnético inducido intenta  mantener  el flujo original a través  de la espiara.
Observe que no  hay ninguna ecuación  relacionada  con la ley de Lenz. Dicha ley solo se expresa  en palabras, y proporciona  una manera de  determinar la dirección  de la corriente en un circuito cuando hay  un cambio de carácter magnético.

1.-A mediad que  la barra  conductora  se desliza por  los rieles conductores, el B dirigido hacia adentro en el área delimitada por la espira  aumenta con el tiempo a causa de  la ley de Lenz, la corriente inducida  ira en sentido contrario a las manecillas  del reloj, para generar un B neutralizador dirigido hacia afuera de la pagina.

2.-Cuando la barra se mueve hacia la izquierda, la corriente  inducida  debe ir en el sentido de las manecillas del reloj. ¿Por qué?

  

 

 

 

 

Ejemplos de explicación de la ley de Lenz

 

a.-Cuando se nueve  un imán  hacia la espira  en reposo, se induce  una corriente  en la dirección mostrada

b.-Esta corriente  inducida  genera su propio campo magnético, que se dirige  a la izquierda  dentro de la espiar para contrarrestar  el incremento  del  flujo externo

c.-cuando se aleja  el imán  de la espira  conductora en reposo, se induce  una corriente  en la dirección  mostrada.

d.-esta corriente  inducida  genera su propio B, que se dirige a la derecha  dentro de la  espiar, para  contrarrestar la disminución  del flujo  externo

 

 

 

 

 

 

 

Problema a Resolver (aplicación de la ley de Lenz)
Una bobina  de alambre esta situada  cerca de un electroimán  como se muestra en la figura. Encuentre la dirección de la corriente  inducida en  la bobina;
 a.-En el momento en que se cierra  el interruptor .
 b.-Después de haber estado  el interruptor  cerrado durante  varios  segundos.
 c.-Cuando se abre el interruptor.

 

 

 

 

Correlación  con temas  y subtemas  del programa  de estudio vigente:


Unidad

Tema

Subtema

5

Electromagnetismo

5.5-ley de Gauss del magnetismo
5.7-Ley de Faraday
5.8-Ley de Lenz

 

Preguntas a contestar:
1.-Enumciar la ley de Lenz y su formula
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2.-La Fem inducida  en los extremos de las alas de un avión  a causa  de  su movimiento en el campo magnético de la tierra ¿Puede utilizarse  esta Fem para  alimentar  una lámpara  situada  en el compartimiento de pasajeros?
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4.-Explique la diferencia  entre Campo magnético B y el flujo de un campo magnético .
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5.-De un ejemplo de  aplicación de la ley de  Lenz  en la vida diaria.
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Material y equipo necesario: Aparato  Para Investigar la Ley de Lenz

Cant.
Articulo
1  Set  de demostración de la ley de Lenz
1 Soporte  universal y barra  auxiliar
1 Imanes de barra

 

ley de Lenz.jpgDemostración de la ley de Lenz

Modelo; Wl2341A Lenz`s Law Demonstration
Sargent-Welch
http://sargentwelch.com/lenzs-law-demonstration/p/IG0038388/

Metodología

Un  anillo de metal  de 7.5 cm de diámetro sostenido  por  dos  hilos  no conductores
Con  facilidad de movimientos libre, acercar  e introducir una magneto intensidad alta, de barra como se muestra en la figura. Tratar de mantener  el movimiento sincronizado. Un segundo anillo  metálico colocado   cerca  y de la misma forma  se opone  al movimiento  del maganto. El set incluye  2 imames   de anillos de alta intensidad, y manual de instrucciones

 

 

Sugerencias didácticas:

  • Propiciar  la búsqueda  y selección  de información  de temas a fines a la practica

              En libros de texto, revistas  de actualidad científica,  en internet.

  • Propiciar el debate para plantear  otras alternativas para el estudio 
  • Desarrollo de  nuevos modelos didácticos  por los  mismos alumnos
  • Uso de software y  laboratorios virtuales  en la solución de problemas y  como  complementó de  la comprensión de conceptos

Reporte  del alumno (resultados):
1.- Llevar a cabo  los experimentos  y describir su proceso paso a paso  con imágenes
2.- Resolver los problemas  indicados
3.-Contestar las preguntas 
4.-Emitir  sus  observaciones  y conclusiones

Bibliografía preliminar:

Serway Raymond y Beichner Robert.
Física para ciencias  e ingeniería: tomo II
Ed. Mc. Graw Hill, ISBN  970-10-3582-8
 
Halliday, Resnick,  Krane(1994)
Física,  cuarta edición, Volumen 2, versión ampliada.
CECSA, ISBN 0-471-54804-9
                                              
                                               Sargent- Welch,  todo para ciencia  de principio a fin, Catalogo 2005
                                               http://sargentwelch.com/

Fisher Scientific;                                http://fisheredu.dirxion.com/college/09/WebProject.asp?

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Elaborado en: Enero del 2004 | Ultima actualización: febrero del 2010.