Electricidad y Magnetismo.

Practicas de Laboratorio.

 

Electromagnetismo

 

CIRCUITOS CON   INDUCTANCIAS

 (circuitos RL)

Objetivo

  • Determina  mediante experimentación  el control  de la constante de  tiempo del circuito RL.
    Observar el efecto  de la constante  de   tiempo en un  circuito RLC
  • Familiarizarse  con  el equipo y los componentes básicos  del laboratorio  de electrodinámica

 

Introducción
Un circuito que contenga  una bobina tiene una autoinductancia  que evita que la corriente  aumente o disminuya  instantáneamente. Supondremos  que la autoinductancia  del resto de circuito es despreciable  en comparación con el inductor.
Considere  el circuito  de la figura,  formado por una resistencia, una inductancia, un interruptor  y una batería.
 El interruptor  S sr cierra  en el instante t=0. La corriente  empieza a aumentar y  debido a esa  corriente  en aumento , el inductor  genera  una Fem  que  se opone  a la corriente. La  contra Fem  generada por el inductor  es;


Como la corriente aumenta,  es positiva; por tanto,  es negativa.  Porque hay una caída de potencial entre a y b  atreves del inductor. Por esto a tiene mayor potencial.  Aplicando malas de Kirchhoff al circuito  obtenemos;


Donde  IR  es voltaje  en  resistencia.  La diferencia de potencial en inductor  tiene signo negativo porque su Fem tiene  un sentido opuesto al de la betería.  La solución a la ecuación diferencial
De  RL  es similar la  solución para RC, utilizando cambio de variable definiendo ,

Por lo que  con esta instrucción;

,                                 integrando  en un instante.

Posterior  t tenemos


Donde  el valor  de x  cuando t=0 se expresa  como       , por que  I=0

cuando t=0 tomas  el algoritmo ;  ;  

 = es la constante  de tiempo del circuito (RL).  Físicamente  es  el tiempo que tarda  la corriente en llagar a  de su valor final. 

Observe que la corriente  final no está relacionada  con L, por que el inductor no tiene efecto en el circuito si la  corriente  no varía.

Correlación  con temas  y subtemas  del programa  de estudio vigente:

Unidad

Tema

Subtema

6

Inductancia magnética

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.


Problema 1.-  Constante  de tiempo de  un circuito RL
Considerar  el circuito RL  de  la figura. 
a.-Primero calcular  la constante de tiempo del circuito.

b.-El interruptor de la figura  se cierra en  t-o.  Calcular la corriente del circuito para t=2.00 mseg.

c.-Calcular la corriente en el  circuito y la tensión  en la resistencia  después que ha  transcurrido una constante de tiempo.

 

 

 

Problema 2.-  Constante de tiempo
Un solenoide  tiene  una  inductancia  de 53 mH y una resistencia  de 0.37ohms. Si está conectado a una batería ¿Cuánto tiempo le tomara   a la corriente  alcanzar  la mitad de su valor final.

 

Preguntas   a contestar.


1.-Un foco se alimenta  a partir  de una  fuente de corriente  alterna, con un  inductor presente en el  circuito. Cuando se inserta la barra de hierro en la  bobina, ¿Qué  sucede con  el brillo del foco?
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2.-  ¿Suponga que el interruptor  de la figura ha estado cerrado mucho tiempo y se abre de repente. ¿Cae  la corriente  hasta cero de forma  instantánea?  ¿Por qué aparece  una chispa  en los  bornes del  interruptor  en el  instante  en que se abre?

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3.- ¿Qué  inductancia tienen   dos bobinas  conectadas en  serie?
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4.- En un circuito RL. ¿Puede  alguna vez  la Fem  inducida ser mayor que la Fem de la batería?
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5.-  En un circuito RL.¿ es la  corriente  en  el resistor  siempre  la misma  que la corriente  en el inductor ?
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Material y equipo necesario:
 
Bobina de tesla  de alta frecuencia

High Frequency Tesla Coil, WL2390 HIGH FRECUENCI COIL,

WL2342A HIGH FRECUENCY COIL, (ACCESSORY, NOBLE GASS PLASMA TUB
Sargent- Welch,  todo para ciencia 
http://sargentwelch.com/



 

 

Metodología:
Bobina de tesla clásica   en versión  compacta diseño  para generara  alta frecuencia  y alto voltaje, pose  control de ajuste para frecuencia  de  la chispa, con una salida máxima de 50, 000 volts, incluye  dos Platos de aluminio  que se usan como antenas, base  para  para foco incandescente,  un pequeño foco de neón,  electrodos de descarga,  cableado   e instrucciones  de operación  sencillas.

 

 

  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  alumnos
  • Software y  laboratorios virtuales  en la solución de problemas, para comprensión de conceptos
  • Elaborar  con el estudiante  un banco de problemas  para reforzar los temas vistos en clase 

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