Hoja_de_Ruta_-_2015_I

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD

Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería

Guía LABOARATORIO UNIDAD 1 Curso: ELECTROMAGNETISMO

HOJA DE RUTA PARA EL ENTORNO DE APRENDIZAJE PRÁCTICO

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA

Hoja de ruta

201424 – ELECTROMAGNETISMO

BOGOTA, ENERO DE 2015




GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO


UNIDAD 1

“INSTRUMENTOS DE MEDIDA Y APARATOS ELÉCTRICOS”

Objetivo

Conocer las funciones de los botones, conmutadores y terminales de los instrumentos de medida más

utilizados en la electrónica o en la electricidad y utilizar correctamente estos instrumentos para realizar

mediciones eléctricas.

Materiales

Fuente de Corriente Directa. Osciloscopio. Multímetro.

Generador de Señales.

Punta de Osciloscopio. Puntas de Fuente. Punta de Generador.

Procedimiento

1. Con la Fuente de Voltaje.

Con la ayuda del Multímetro en posición de voltaje continuo (VDC) y en la escala más alta que

tenga el dispositivo, vamos a realizar las siguientes mediciones:

a. Coloque las perillas (VADJ y Fine) hasta la posición de cero, prenda la fuente, coloque en

los terminales de salida de la fuente el multímetro para hacer la medición. Anote con cuidado

sus observaciones:

b. Mueva la perilla (Fine) hasta la mitad y escriba su efecto mirando la pantalla del multímetro. Luego

termine de mover la perilla hasta el final. Anote sus observaciones:

c. Rote la perilla (VADJ) despacio hasta que llegue al final de su recorrido, anote el valor

máximo que puede entregar la fuente.

d. Coloque el multímetro en medición de voltaje alterno (VAC) y en la escala más alta del

medidor, vamos a realizar la medición del voltaje del toma de corriente. Anote sus

observaciones intercambiando los caimanes del multímetro. Anote sus interesantes

conclusiones, ideas, observaciones.

ELECTROMAGNETISMO COMPONENTE PRÁCTICO UNIDAD 1




2. Con el Generador de Señales y el Osciloscopio.

a. Seleccione una frecuencia de 100hz en la escala de frecuencia del generador, el conmutador

de rango del voltaje póngalo en (HIGHT); con el conmutador de forma de la onda WAVEFORM

seleccione una señal seno. Conecte el generador al osciloscopio calibrado utilizando el canal 1

(CH1), luego prenda el generador. Anote con gusto las observaciones:

b. Como el generador suministra una onda seno, medir por medio del multímetro el voltaje

que tenga a su salida; este voltaje se debe medir en la escala de AC. Anote este valor:

c. Con el osciloscopio medir el voltaje (Amplitud) y el periodo de la señal, anotar los valores:

V: ___________________ , T: ,

d. Aumente la amplitud de la señal que proporciona el generador y repita el paso (c). Anote con

alegría y atención estos datos:

VOSC: T: F:

VOSC: T: F:

VOSC: T: F:

VOSC: T: F:

VOSC: T: F:

e. Seleccione en el generador una onda cuadrada y repita el paso (d). Anota estos datos:

VOSC: T: F:

VOSC: T: F:

VOSC: T: F:

VOSC: T: F:

VOSC: T: F:

f. Repita el anterior punto con las siguientes frecuencias: Anote los datos encontrados:

1. F: 250Hz

2. F: 1000Hz

3. F: 1520Hz

4. F: 4700Hz





5. F: 60000Hz

6. F: 1000000Hz

NOTA; escriba con concentración estimulante sus conclusiones, observaciones, inquietudes y

recomendaciones, que hagan enriquecer la práctica para futuras y alegres sesiones.

“RESISTENCIAS EN PARALELO Objetivos”

Objetivo

Medir la corriente y el voltaje para determinar la resistencia equivalente de

resistencias conectadas en paralelo y analizar las leyes de Kirchhoff

Cuando las resistencias se conectan en paralelo, cada una de ellas proporciona una trayectoria

para que la corriente circule y, por lo tanto, reduce la resistencia equivalente para la corriente. En

los circuitos en paralelo, cada elemento del circuito tiene la misma diferencia de potencial aplicada.

En la figura 1(c), por ejemplo, se conectan en paralelo varias resistencias entre las terminales de la fuente

de voltaje. Hay varias trayectorias por medio de las cuales la corriente puede pasar de la unión “a” a la

unión “b”. Entre estas uniones circulará más corriente con las tres resistencias unidas en paralelo que si

sólo uno se conectara a ellas. La corriente total, I, está determinada por: I1 + I2 + I3 = IT

Cada vez que se añade una resistencia en paralelo disminuye la resistencia equivalente. La resistencia

equivalente de resistencias conectadas en paralelo puede determinarse mediante la formulita:

1/ R1 ´1 / R2 + 1 / R3 = 1 / RT

En este experimento, usted tomará numerosas lecturas de la corriente y el voltaje con resistencias en

paralelo y aplicará la ley de Ohm para verificar sus resultados. Será necesario que siga con todo cuidado

los diagramas de los circuitos de la figura 1. Aunque los diagramas muestran el empleo de varios

medidores al mismo tiempo, es probable que usted sólo disponga de un amperímetro y un voltímetro. En

ese caso, debe mover los medidores de una posición a otra para obtener todas las lecturas En ese caso,

debe mover los medidores de una posición a otra para obtener todas las lecturas. Usted puede, por

ejemplo, tomar las lecturas de la corriente total, I, y del voltaje total, V, después deberá mover los

medidores a las posiciones I1 y V1, y así sucesivamente, hasta obtener todas las lecturas requeridas.

Antes de aplicar la ley de Ohm cerciórese de convertir las lecturas de miliamperios en A,(1 mA = 0.001

Recuerde los enunciados de las conocidas leyes de Kirchhoff, que se listan como sigue:

Ley de voltajes de Kirchhoff:

La suma algebraica de los voltajes en un circuito cerrado es igual a cero.





Ley de corrientes de Kirchhoff:

La suma algebraica de las corrientes en un nodo son iguales a cero.

Materiales

Fuente de poder CC

cables de conexión

amperímetro

3 resistencias, en el intervalo de 100 a 1000H

Multímetro

Procedimiento

a. Con una resistencia

1. Arme el circuito como se muestra en la figura 1(a), utilizando una de las resistencias-

2. Ajuste la fuente de poder a un voltaje de referencia en el voltímetro por ejemplo 3.0 V. Lea el valor de la corriente en el amperímetro. Permita el paso de la corriente desde la fuente y registre sus lecturas en la tabla 1.

b. Con dos resistencias

1. Arme el circuito como indica la figura 1(b) añadiendo una segunda resistencia. Ajuste la fuente de poder según se requiera para mantener la misma lectura de voltaje que en la parte A. Lea el valor de la corriente en el amperímetro. Anote sus lecturas en la tabla 2.

2. Ubique en otro sitio a los medidores para obtener las lecturas requeridas de la corriente y el voltaje. Registre los valores en la tabla 2.

c. Con tres resistencias

1. Arme el circuito como muestra la figura 1(c) añadiendo la tercera resistencia. Ajuste la fuente de poder y lea los medidores. Anote las lecturas en la tabla 3.

2. Cambie de lugar los medidores según sea necesario para obtener todas las lecturas requeridas y regístrelas en la tabla 3.

Datos Tabla 1

R1 Lectura amperímetro Lectura del voltímetro





Tolerancia (%)

Tabla 2

R1 R2 Lectura Amperímetro Lectura Voltímetro

I I1 I2 V V1 V2

Tabla 3

R1 R2 R3 Lectura Amperímetro Lectura Voltímetro

I I1 I2 I3 V V1 V2 V3

Tolerancia

Análisis

1. Emplee las lecturas de la tabla 1 para calcular el valor medido para R1. ¿Este resultado está dentro de la tolerancia esperada para el valor impreso en R1?

2. Use las lecturas de la tabla 2 para calcular los siguientes valores:

a. El valor medido para la resistencia equivalente, R b. La corriente medida,

c. La resistencia medida de R1 d. La resistencia medida de R2 e. La resistencia equivalente calculada, R f. Compare la suma de la corriente medida con la corriente total medida. g. Compare la resistencia equivalente calculada con la resistencia equivalente medida ¿La

resistencia equivalente medida estuvo dentro del margen de tolerancia de las resistencias?

3. Emplee las lecturas de la tabla 3 para calcular lo siguiente:

a. la resistencia equivalente medida, R,

b. la corriente medida,

. c. la resistencia medida de R1, donde

d. la resistencia medida de R2, donde

e. La resistencia medida de R3, donde

f. la resistencia equivalente calculada, R





4. Aprovechando os conocimientos obtenidos o realimentados compare el valor de I con la

suma de la corriente medida

5. Compare la resistencia equivalente calculada con la resistencia equivalente medida. ¿La resistencia equivalente medida estuvo dentro del margen de tolerancia de las resistencias?

6. ¿Cómo se relaciona la corriente en una rama de un circuito en paralelo con la corriente total en el circuito?

7. ¿Cómo se relaciona la caída de voltaje en cada rama de un circuito en paralelo con la caída de voltaje en el circuito completo?

8. Cuando se añaden más resistencias en paralelo a un circuito, ¿qué

pasa con la corriente total del mismo?







UNIDAD 2

“PRINCIPIOS DE ELECTROMAGNETISMO”

OBJETIVO.

Utilizando recursos del medio y mucha consulta y trabajo colaborativo, conocer y socializar,

los principios básicos del electromagnetismo.

COMPETENCIAS A DESARROLLAR

• Comprender y socializar el concepto de campo magnético.

• Construir las líneas de campo magnético de algunas distribuciones.

• Valorar la consulta permanente y el trabajo en equipo

• Estimular la creatividad y el uso de materiales del entorno s o c i a l

i n m e d i a t o para experimentar sin tener que realizar grandes inversiones económicas.

• Desarrollar la capacidad para encontrar relaciones permanentes entre el material

estudiado o sugerido y los principios de trabajo industriales.

CONCEPTOS BÀSICOS.

Experimentando con corrientes eléctricas que se transportaban en diversos alambres,

Christian Oersted percibió que la aguja de una brújula se desviaba cuando se acercaba

al conductor eléctrico. Este sencillo pero profundo experimento mostraba la relación

íntima entre el campo eléctrico y el campo magnético y desde ese instante la humanidad

comenzó a escuchar el término “electromagnetismo”. Esta deflexión sugiere la existencia de un

campo magnético en el lugar. De igual manera, la dirección del campo magnético

puede determinarse usando la regla de la mano derecha: si el pulgar derecho apunta en

dirección de la corriente, los dedos apuntan en la dirección del campo magnético





Si cogemos un pedazo de alambre y formamos con él una espira (un camino cerrado para

la corriente) y además permitimos que una corriente eléctrica circule por ella, aparece un campo

magnético alrededor de la espira. Un electroimán puede formarse enrollando un alambre

aislado (con laca o con caucho) que conduce corriente eléctrica alrededor de un núcleo de

hierro dulce.

El alambre enrollado al hierro varias veces forma una bobina. La bobina genera un campo

magnético como el de un imán permanente. Una bobina de alambre enrollado alrededor de un

núcleo con material ferro-magnético se llama solenoide.

Las líneas de campo magnético en torno a los devanados de alambre son conectadas por

el núcleo: el resultado es un gran imán.

MATERIALES

• Brújula, limaduras de hierro y clips.

• Papel Block y un pedazo de cartón

• Fuente de poder de corriente directa.

• Soporte Universal.

• Multímetro.

• Alambre de Calibre 14, un metro

PROCEDIMIENTO

Experimento A. Campo magnético alrededor de un alambre recto y largo.

1. Coloque el cartón en el borde de una mesa de laboratorio. Atraviéselo con el cable de

manera que pase perpendicularmente por un agujero en el centro del cartón, como muestra la

figura. Ponga el soporte de tal forma que el alambre pueda enrollarse en las pinzas y baje por el

soporte hasta el amperímetro, después conéctelo a la terminal positiva de la fuente de poder. La

parte del alambre que se encuentra debajo del cartón debe continuar verticalmente por lo menos

10cm (0.1m) antes de prolongarse por la mesa hasta la terminal negativa de la fuente de

poder. Verifique la polaridad apropiada de la fuente de poder y del amperímetro cuando conecte

los alambres.





2. Active la fuente de poder y genere una corriente de 200mA (0.2A). Coloque la brújula al

lado del alambre. Debe tenerse mucho cuidado con esta experiencia puesto que el

alambre puede recalentarse si se deja la corriente circulando por mucho rato. Desplace la

brújula lentamente alrededor del alambre para trazar el campo magnético. Registre sus

observaciones y haga un dibujo del campo magnético generado alrededor del alambre.

3. Invierta las conexiones de la fuente de poder de modo que la corriente circule en dirección

opuesta. Accione la fuente de poder y dibuje ahora la dirección del campo magnético alrededor

del alambre, empleando la brújula. Registra tus observaciones y has un dibujo del campo

magnético alrededor del alambre

Experimento B. Intensidad del campo magnético.

1. Coloque sobre el cartón atravesado por el alambre un pedazo de papel que tenga una

abertura y un agujero. Distribuya aleatoriamente algunas limaduras de hierro sobre el papel y

alrededor del alambre y active la fuente de poder para que genere una corriente eléctrica de 150

mA (miliamperios).

2. Golpear suavemente el papel varias veces e interrumpa la corriente. Describa en lenguaje

sencillo lo que está observando.

3. Golpear ahora el papel con la intención formativa de desarreglar las limaduras. Active la fuente

y genere 100 mA. Golpear el papel y anote observaciones.

Experimento C. El Campo magnético generado por una bobina.

1. Consiga alambre con laca o encauchetado (para evitar cortos eléctricos entre espiras) y

enróllelo cuidadosamente alrededor de un núcleo (un pedazo de varilla de hierro o de acero) y

pele intencionalmente las puntas del dispositivo (acabas de realizar una bobina conocida como

un solenoide)





2. Conecte las dos puntas peladas de la bobina a la fuente de poder. Genere una corriente de

100mA (se puede colocar una resistencia de protección entre la fuente y la bobina para evitar

calentamientos o cortos eléctricos).

3. Acerque la bobina a un conjunto de clips colocados aleatoriamente y analice cuántos son

capturados por el dispositivo. Apaga la fuente y anota tus observaciones. Actívale

nuevamente y describe lo que percibes; estás experimentando con un electroimán

(consulta sobre este término).

4. Quita intencionalmente el núcleo (la barrita donde enrollaste el alambre) y repite la

experiencia anterior. Trata de sacar interesantes conclusiones.

5. Trata de determine la polaridad del electroimán generando una corriente en la fuente de poder

y pasando una brújula varias veces por la bobina.

ANÁLISIS

1. ¿Qué relación encuentras entre la corriente que transporta un conductor y el campo

magnético que se genera a su alrededor?

2. Consultar y profundizar en la regla de la mano derecha y aplicarla y realizar el diagrama de los

parámetros involucrados en el estudio de la corriente eléctrica que pasa por un alambre recto

para generar un campo magnético.

3. ¿Qué efecto magnético tiene el cambiar la intensidad de la corriente eléctrica que pasa por un

conductor eléctrico?

4. ¿Qué factores determinan la capacidad de un electroimán? ¿Qué tan determinante

es la naturaleza de su núcleo?

5. Los imanes de barra son muy conocidos y fáciles de adquirir comercialmente.

Encuentre relaciones y diferencias entre un “electroimán” y un “imán de barra”.

6. Analizar la forma y la intensidad de los campos magnéticos generados por dos solenoides

uno con núcleo de aire y otro con núcleo de material ferro magnético, cuando sus

terminales se conectan a una fuente de poder.

7. Cuando un conductor eléctrico se sumerge en un campo magnético se genera sobre él una

fuerza magnética; consultar efectos y propiedades. Simultáneamente se presenta un torque

(torca) sobre el alambre, consultar efectos, propiedades y aplicaciones cotidianas de este

fenómeno.







UNIDAD 3

“INDUCCIÒN ELECTROMAGNÈTICA”

OBJETIVO.

Utilizando recursos del medio y mucha consulta y trabajo colaborativo, conocer y socializar, cómo

generar corriente eléctrica usando un imán.

COMPETENCIAS A DESARROLLAR

Comprender y socializar el concepto de inducción electromagnética.

Valorar la consulta permanente y el trabajo en equipo

Estimular la creatividad y el uso de materiales del entorno para experimentar sin tener que realizar grandes inversiones económicas.

CONCEPTOS BÀSICOS.

Por la época de 1831, el inquieto Faraday (uno de los grandes inventores de la humanidad)

percibió que, cuando un conductor eléctrico se desplaza en un campo magnético, se genera o se

induce en el sistema una corriente eléctrica. En las motos por ejemplo, la volante es un imán y en

el interior se tienen tres bobinas regularmente espaciadas; cuando el motociclista prende su

móvil las bobinas comienzan a girar a gran rapidez y entonces se induce en ellas una corriente

que sirve, por ejemplo, para prender la farola (gratis, no necesita batería para ello). Después de

repetir y de analizar la experiencia varias veces se percibe que hay direcciones privilegiadas en

las cuales no se genera corriente o algunas en las cuales se genera un máximo valor. Este

fenómeno de generación de corriente eléctrica se denomina “inducción electromagnética” y la

corriente generada se conoce como “inducida”. Esta experiencia fue enriquecida

significativamente con los aportes de Henry y de Lenz, quienes desde lugares muy lejanos entre

sí, contribuyeron a sacar la ley que lleva por nombre la “ley de inducción electromagnética de

Henry-Faraday” y que gobierna el mundo de la inducción.

La corriente inducida se genera cuando se presenta un movimiento relativo entre el conductor y el campo magnético; no importa cuál de los dos se mueva. Las centrales hidroeléctricas generan electricidad usando este interesante fenómeno. La fuerza del agua mueve a gran velocidad unas turbinas alrededor de las cuales se tienen poderosos imanes. Esta energía eléctrica es transportada por cables a través de las montañas y es conducida a las ciudades donde es utilizada según la necesidad específica; residencias, empresas, industrias.





En el experimento a realizar se dispone de un imán y de un conductor eléctrico y será el movimiento relativo entre los dos el que genera una “corriente inducida”.

MATERIALES

Bobina con núcleo de aire y 50 espiras.

Bobina con núcleo de aire y de 100 espiras.

Dos imanes de barra Cables, conectores Galvanómetro con cero en el centro

Bobina de una sola espira

PROCEDIMIENTO

1. Conectar la bobina de una sola espira al galvanómetro, como se ilustra en la figura.

Introduzca uno de los imanes de barra a través de la bobina y comienza a generar con su mano y en el interior una movimiento armónico simple. Observe cuidadosamente la aguja del galvanómetro y anote sus observaciones.

2. Conecte las terminales del galvanómetro a la bobina de 50 espiras. Introduzca el imán dentro de la bobina y repita cuidadosamente la experiencia

3. anterior. Registre sus observaciones y vaya sacando conclusiones. 4. Conecte las terminales del galvanómetro a la bobina de 100 espiras. Introduzca el imán

dentro de la bobina y repita cuidadosamente la experiencia anterior. Registre sus observaciones y continúe sacando conclusiones.

5. Repita la experiencia anterior invirtiendo la polaridad del imán de barra y si percibe cambios

anote con cuidado sus observaciones.

6. Si el diámetro del núcleo se lo permite (en caso contrario rediseñe sus bobinas) una los dos imanes de barra (para generar un imán más fuerte) e introduzca el sistema a la bobina de 100 espiras. Observe el movimiento de la aguja del galvanómetro; ahora genere movimientos armónicos simples ya diferentes frecuencias o velocidades y analice con cuidado el movimiento de la aguja del galvanómetro. Anote una a una sus observaciones y saque conclusiones significativas del proceso.

ANÀLISIS

1. Explique en lenguaje sencillo sus apreciaciones del movimiento generado en la aguja cuando el imán se introduce en la bobina de una espira:

2. Explique en lenguaje sencillo sus apreciaciones o implicaciones del movimiento generado en la

aguja del galvanómetro cuando el imán se introduce en cada una de las bobinas de 50 y 100

espiras.





3. Explique en lenguaje sencillo sus apreciaciones e implicaciones del movimiento generado en la

aguja cuando el sistema de imanes se introduce en cada una de las bobinas y se mueve a

diferentes frecuencias o velocidades:

4, Finalmente dejar el sistema de imanes en reposo y mover a diferentes velocidades cada

una de las bobinas alrededor del sistema de los imanes; sacar conclusiones de los

registros conservados y proponer explicaciones razonables.

5. Tratar de buscar, consultar o sugerir una explicación al fenómeno siguiente: “la aguja del galvanómetro se desvía en una dirección cuando el imán se introduce en la bobina y en la dirección opuesta cuando el imán se saca”.

6. Encuentre los factores que afectan directamente la “F.E.M” (fuerza electromotriz) generada en un sistema de inducción y explique la influencia en la generación del voltaje inducido de cada uno de ellos.

1. Construya un transformador elevador y un transformador reductor y utilizando al máximo

su talento y sus consultas y con la inversión mínima (aprovechar cuantos elementos

estén a su alcance y en su entorno social inmediato) alambre con laca, varilla, aislantes.

Estudie su comportamiento y explique cómo funciona el principio de inducción

electromagnética.


UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA 201424 – Electromagnetismo

Hoja_de_Ruta_-_2015_I

Documents

Transcript of Hoja_de_Ruta_-_2015_I