Electricidad y Magnetismo.

Practicas de Laboratorio.

 

Electromagnetismo

 

LA  INDUCTANCIA

Objetivo

  • Observar  con  experimentos  el efecto de una  inductancia  en la  en  los circuitos eléctricos de  C. D.
  • Verificar  la teoría y  la formula de la inductancia 
  • Familiarizarse  con  el equipo y los componentes básicos  del laboratorio  de electrodinámica

Introducción:
El inductor  es un elemento  de circuito que almacena  energía en el campo magnético que rodea  a sus alambres portadores de corriente,  del mismo modo  que el capacitor almacena energía  en el campo eléctrico entre sus placas cargadas. Con anterioridad, hemos usado el capacitor  ideal de placas paralelas  como una representación  conveniente  de cualquier capacitor; en este capítulo usaremos  similarmente  al solenoide ideal  para representar a un inductor.

Anteriormente  se demostró  que el capacitor se caracteriza  por el valor  de su capacitancia, la cual podemos calcular  a partir de la geometría  de su construcción  y que  entonces, describe  el comportamiento  del  capacitor en un  circuito eléctrico. En esta práctica  demostraremos que  el inductor  se caracteriza  por su inductancia, la cual depende de la geometría  de su construcción  y describe su comportamiento en un circuito.

Cuando un circuito contiene un inductor  y un  capacitor, la energía  almacenada en el circuito  puede oscilar   de uno al otro   entre ellos, al igual que la energía  puede oscilar en un oscilador mecánico entre cinética y potencia. Tales circuitos  que se comportan como  osciladores electromagnéticos, se  analizan al posteriormente.

Un poco de  análisis  de la inductancia:
 La capacitancia  se definió con esta ecuación  que se basa en  la ley de coulomb,  indica que la diferencia  de potencial Vc, en un capacitor  es proporcional a la carga q  almacenada  en el capacitor; la constante  de proporcionalidad C-1 , da  la capacitancia. el  signo de la diferencia de  potencial es tal que la  placa  con la carga positiva  tiene el potencial más elevado.

La inductancia  L  de un elemento de circuito se define  mediante  una relación similar;  en donde  todas   las cantidades  se consideran   solo como  magnitudes.  Esta ecuación se basa en la ley de faraday, y  afirma  que  una corriente variable  en el tiempo por el  inductor genera  una Fem a través  del inductor, y  la Fem  es proporcional a la velocidad de  variación  de la corriente.
La constante de proporcionalidad L de la inductancia.  Al igual que la  capacitancia  C,  se considera que la inductancia  L es siempre una  cantidad positiva.
La ecuación  muestra que  la unidad de la  inductancia  en le SI es.
El . A esta  combinación  de unidades  se le ha  dado el nombre espacial de Henry abreviado (H), de tal modo que;

, esta unidades e llama si  en honor a Joseph Henry (1797-1878), físico  estadounidense  contemporáneo  a Faraday. el  inductor   tiene  una forma  similar al solenoide.

Auto inductancia
Cundiere el circuito aislado formado por un  interruptor, una resistencia  y una fuente de Fem como se muestra en la figura. Cuando se cierra el circuito, la corriente no pasa  inmediatamente  de cero  a su valor máximo. La ley  de la inducción electromagnética  ley de faraday  describe  el comportamiento  real. A medida  que la corriente  aumenta  con el tiempo, el flujo magnético debido la corriente  atraviesa  el bucle del  propio circuito también aumenta  con el tiempo. Este flujo  en aumento provocado por el circuito induce una Fem  en el circuito que se opone al cambio en el flujo neto a través  que atraviesa  el bucle del circuito. Por la ley de Lenz, el campo eléctrico inducido en los alambres  debe ser, por tanto  contrario a la dirección de la corriente. a  este efecto  se la llama  autoinducción, porque  el flujo variable  que atraviesa  el circuito viene del  propio circuito. Ala Fem  generada  en este caso  se  denomina  Fem autinducida.

La Fem autinducida siempre es proporcional  al ritmo de cambio de la corriente. En una bobina de N vueltas muy próximas entre si  y de geometría fija (bobina toridal o solenoide ideal) se expresa por;

;

Donde L es la constante  de proporcionalidad  llanada inductancia  de la bobina  que depende  de la geometría  de la bobina  y de otras características físicas;

, donde se supone pasa el mismo flujo por cada espira; también se puede escribir como:    .

 

Correlación  con temas  y subtemas  del programa  de estudio vigente:

Unidad Tema Subtema
6 Inductancia magnética 6.1- definición
6.2-Calculo de la inductancia
6.3-enlaces de flujo
6.4-enerfia  asociada a un campo magnético
6.5-densidad  de energía magnética
6.6-Inductancia mutua

Problemas a resolver

Inductancia de un solenoide
1.-Determinar  la inductancia  de un solenoide uniformemente devanado que tiene N vueltas y una longitud. Suponga  que l  es larga  comparada con el radio y  que el núcleo del solenoide es aire.

Calculo de la inductancia y la Fem
2.-Priemero, calcular la inductancia  de un solenoide  con 300 vueltas  si la  longitud  del solenoide  es de  25.0 cm  y el área de su  sección es de 4.00 cm2 . Segundo  calcular  la Fem  autinducida  en el solenoide  descrito  si la corriente  disminuye a una razón de 50.0 A/seg.

Preguntas  a contestar

1.-Suponga  que la batería   de la figura se sustituye  por una fuente  De c. a.  Y se deja  cerrado el interruptor. Si se mantiene en posición al anillo sobre el  solenoide  se calienta ¿Por qué?
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2.-  ¿Establezca similitudes  entre energía  almacenada en el campo eléctrico  de un condensador  cargado y la energía almacenada en el campo magnético de una bobina portadora  de corriente?
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3.- ¿Puede  un objeto ejercer fuerza  sobre si mismo?
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4.- ¿Puede un circuito inducir una Fem en el mismo sentido?
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5.-  ¿Como se genera energía eléctrica  en las hidroeléctricas?
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coils.jpgMaterial y equipo necesario:

Bobina de alambre
WL2410-52, wire coils,   Sargent- Welch,  todo para ciencia  de principio a fin, Catalogo 2005, http://sargentwelch.com/

Dos bobinas  de 2 cm diámetro x 2,7 cm longitud montadas en plástico, una de las  bobinas tiene 200 vueltas y la otra 200 vueltas incluye  dos barras de acero como núcleo  de 6.8mm diámetro x 70mm largo, requiere para su operación un generador

Gaussimetro
1000guss x 0.01 Gauss 3 % a 23  C para medir campos magnéticos  de la tierra, magnetos  y coils, WL6682MG, Sargent- Welch

Metodología:
Armar  el experimento como se muestra en la figura, primero  la  batería    es de c. c. observar  lo que ocurre. Segundo  la  fuente de la figura se sustituye  por una fuente de c. a.  Y se deja  cerrado el interruptor. Si se mantiene en posición al anillo sobre el  solenoide  se calienta ¿Por qué?
Tercero  conecta el engendrador de ondas, seleccionado  cuadros  e impulsos observa que ocurre.  Con el gaussimetro   mide  la presencia del  campo magnético   

 

 

 

 

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  Uso de video   para mejorar  la comprensión  de los conceptos
  • 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
  • Elaborar  con el estudiante  un banco de problemas  para reforzar los temas vistos en clase 

Reporte  del alumno (resultados):
1.- Armar el experimento y tomar fotografías   de su funcionamiento
2.- Contesta las preguntas  en base  la teoría de clase y las observaciones en laboratorio.
3.- Resolver los problemas indicados
4.- Escribir  sus  observaciones  y    conclusiones

Bibliografía preliminar:
Libro de texto  oficial de la materia
Serway   Raymond y Jewett John.
Física II: Texto basado en calculo
                                   Ed. International Thompson Editores,  ISBN 970-696-340-0

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.