Práctica No.1 ME1

Manual de Prácticas ZEMA

Materia: Máquinas Eléctricas IClave: LME 537 Materias que fortalece:Circuitos Eléctricos 1, Circuitos Eléctricos 2, Máquinas Eléctricas 2, Sistema Eléctricos de Potencia, Controles Eléctricos.

IDENTIFICACIÓN DE LA PRÁCTICATipo Nombre

X

Inducción ElectromagnéticaLey de Faraday - Ley de Lenz

Lab. Clín. Tall. Obs. Apl.Interna Externa

Práctica No.: 1Tiempo estimado: 1:20 min.

OBJETIVO (S) Observar y comprobar los fenómenos electromagnéticos que hacen posible el

funcionamiento de los generadores, los motores y los transformadores, que son el objeto de estudio de la asignatura de máquinas eléctricas 1.

A partir de la observación de estos fenómenos explicar las relaciones existentes entre las leyes que derivaron de la experimentación de estos en lo que hoy conocemos como Ley de Faraday-Henry y Ley de Lenz.

Estudiar las relaciones existentes entre la circulación de corriente a través de un conductor, el movimiento de un campo magnético a través de varios conductores y el movimiento de varios conductores a través de un campo magnético. Así cómo describir y analizar que otros fenómenos electromagnéticos se producen a partir de los tres postulados anteriores.

TEMAS Y SUBTEMAS QUE FORTALECEFortalece los temas relacionados con los postulados de la teoría de inducción electromagnética establecidos por sus descubridores M. Faraday (ingles), J. Henry (norteamericano) y H. Lenz (ruso) entre los años de 1830 - 1840. Sus descubrimientos casi simultáneos en el caso de Faraday y Henry, es una confirmación de que los avances de la ciencia son tanto productos de la época, como del genio individual de estos científicos. Además a través de la experimentación de estas leyes, los estudiantes podrán comprender mejor el funcionamiento de los motores, generadores y transformadores, los cuales se vuelven objeto de estudio de las máquinas eléctricas, los sistemas eléctricos de potencia, elementos de control, etc.,

MATERIAL Y/O EQUIPO A UTILIZAR: Set básico de arrollamientos SF-8616 o SF-8617 PASCO SCIENTIFIC. Brújula magnética. Amperímetro y Galvanómetro. Barra de Imán de dos polos (N-S), imanes de distintos tamaños. Cables de conexión (caiman-caiman, caimán-banana, banana-banana). Conductor de cobre desnudo (Cal. 10 AWG) Fuente variable de corriente directa.

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PUNTOS DE CONTROL: Respetar las reglas de seguridad y trabajo del Laboratorio de Electricidad. Hacer uso de ropa de trabajo para la realización de las prácticas; es obligatorio el uso de

bata blanca. Componentes y elementos manipulables tenerlos limpios al final de su utilización. Verificar que el material entregado para el desarrollo de la práctica, se encuentre en

condiciones adecuadas; de lo contrario hacer reporte inmediato de las condiciones en las que se entregó al jefe del laboratorio.

Si el alumno daña, modifica, altera, sustrae equipo, material o herramienta disponible en el laboratorio y no lo reporta, será acreedor a una sanción valorada por las autoridades correspondientes.

NO provoque situaciones que ponga en peligro la seguridad de las personas que se encuentran en ese momento realizando las actividades de la presente guía de práctica.

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RINCIPIOS DE LAINDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

Material y equipo a utilizar:

Bobina de 200 Vueltas

Galvanómetro Amperímetro



Cable Banana-banana

Aguja Magnética

Bobina de 1600

Vueltas

Cable Caiman-caiman

Fuente variable de corriente directa

Bobina de 3200

Vueltas

Barra magnética y otros imanes

Conductor

Realiza el montaje indicado:

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Norte

Sur


EXPERIENCIA DE OERSTED:

El experimento de Oersted puso por primera vez de manifiesto que existía una conexión entre los fenómenos eléctricos y magnéticos. La publicación de este trabajo causó inmediatamente sensación, dando lugar a muchas interrogantes y estimulando un gran número de investigaciones. A partir de esta experiencia pudo revelarse la verdadera naturaleza del magnetismo, cuyo origen debe situarse en el movimiento de cargas eléctricas. Tomando como punto de partida el experimento de Oersted, a fines de 1820 se conocían las primeras leyes cuantitativas de la electrodinámica y hacia 1826 Ampere ultimaba una teoría que permaneció durante casi 50 años, hasta la formulación de la teoría electromagnética por Maxwell

Para llevar a cabo el experimento vamos disponer de una aguja imantada que puede girar en torno a un eje que pasa por su centro. Inicialmente, sobre la aguja sólo actúa el campo magnético terrestre de forma que ésta se orienta en la dirección Norte-Sur.

Con la aguja en equilibrio, colocamos un tramo de conductor recto paralelo a la aguja. Un amperímetro conectado en serie con el conductor nos indicará cuando circula corriente por el mismo. En esta situación, si hacemos circular una corriente elevada por el conductor, del orden de 6 amperios, observamos que la aguja se desvía de su posición de equilibrio.

¿Qué está sucediendo? Describe el fenómeno en el siguiente espacio: Corriente

Ahora invierte la dirección de la corriente que circula por el conductor: Corriente

¿Qué está sucediendo? Describe el fenómeno en el siguiente espacio:

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La descripción del fenómeno físico que hiciste tiene relación con la explicación siguiente:

“La desviación de la aguja de su posición de equilibrio oscila en torno a las direcciones paralela y perpendicular al conductor. Al eliminar la corriente, la aguja vuelve a oscilar en torno a la dirección paralela al conductor (Norte-Sur) hasta que se detiene. Seguidamente se invierte el sentido de la corriente, observándose que ahora la aguja se desvía en sentido contrario”. R._____. ¿Por qué?__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Estás de acuerdo con el siguiente análisis:

Para el fenómeno observado podemos concluir que cuando circula corriente por el conductor sobre la aguja magnética actúan dos fuerzas, la fuerza debida al campo magnético terrestre y la fuerza originada por el campo magnético que el conductor crea en su entorno. R. _____. ¿Por qué?__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Ahora repite nuevamente el montaje y trata de contrarrestar el campo magnético terrestre en la zona donde se encuentra situada la aguja magnética, quedando en equilibro en dirección perpendicular al conductor indicando la dirección Este-Oeste.

Has pasar nuevamente corriente por el conductor: Corriente


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Imán

Oest

Este


Ahora invierte la dirección de la corriente que circula por el conductor: Corriente


La descripción del fenómeno físico que hiciste tiene relación con la explicación siguiente:

“Se observa que la aguja, es afectada casi exclusivamente por la fuerza magnética que origina la corriente, oscila en torno a la dirección perpendicular al conductor”. R._____. ¿Por qué?__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Realiza el montaje indicado:

EXPERIENCIA DE FARADAY-HENRY:

Faraday y Henry descubrieron de forma independiente pero casi simultaneo, que es posible inducir corrientes eléctricas en un circuito (o espira) mediante la variación del flujo magnético que atraviesa el circuito. Si el flujo magnético Φm que atraviesa un circuito varía con el tiempo, se genera en el circuito una fuerza electromotriz que da lugar a una corriente eléctrica que recorrerá el circuito. La detección de la fuerza electromotriz (fem) inducida puede hacerse midiendo la intensidad que recorre el circuito.

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Ajusta el galvanómetro o amperímetro en posición cero (0). Con la barra magnética en posición polo norte y para cada una de las bobinas, realice movimientos moderados hacia dentro y hacia afuera en el núcleo de la bobina.

¿Qué está sucediendo? Describe el fenómeno en cada bobina: Bobin

aObservaciones

200 vuelta

s1600 vuelta

s800

vueltas

3200 vuelta

s400

vueltas

Realice nuevamente el experimento anterior, pero ahora introduciendo rápidamente el imán en la bobina. Escribe tus observaciones y justifica tu respuesta:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Repite los dos procedimientos anteriores, pero ahora en vez de introducir el imán colóquelo dentro y sáquelo, primero lento y después rápidamente. ¿Qué diferencias observas al compararlo con los resultados anteriores? Justifica tu respuesta.

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Realice los tres procedimientos anteriores, pero ahora con el campo magnético invertido, es decir, con el polo sur del imán hacia la bobina. ¿Qué diferencias observaste al compararlo con los resultados de los tres procedimientos anteriores?

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

¿Existe corriente inducida si la barra magnética se deja en reposo con respecto a la bobina? Argumenta tu respuesta.

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Fuerza electromot

riz

Fuerza electromot

riz


__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Ajusta el galvanómetro o amperímetro en posición cero (0). Fija la barra magnética de tal forma que ahora será la bobina quién se mueva. Para cada una de las bobinas, realice movimientos moderados hacia dentro y hacia afuera sobre la barra magnética.

¿Qué está sucediendo? Describe el fenómeno en cada bobina: Bobin

aObservaciones

200 vuelta

s1600 vuelta

s800

vueltas

3200 vuelta

s400

vueltas

Realice nuevamente el experimento anterior, pero ahora introduciendo rápidamente la bobina hacia la barra magnética. Escribe tus observaciones y justifica tu respuesta:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Repite los dos procedimientos anteriores, pero ahora en vez de dirigir la bobina hacia el imán, colócala en el centro de la barra magnética y desplázala, primero lento y después rápidamente. ¿Qué diferencias observas al compararlo con los resultados anteriores? Justifica tu respuesta.

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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Fuerza electromot

riz

Fuerza electromot

riz


Realice los tres procedimientos anteriores, pero ahora con el campo magnético invertido, es decir, con el polo sur del imán hacia arriba. ¿Qué diferencias observaste al compararlo con los resultados de los tres procedimientos anteriores?

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

¿Existe corriente inducida si la bobina se deja en reposo con respecto al imán? Argumenta tu respuesta.

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Compara tus respuestas con el siguiente análisis:

“Cuando la corriente va en un determinado sentido, la aguja del amperímetro se desplaza, por ejemplo, hacia la izquierda del cero, mientras que, si la corriente cambia de sentido, la aguja se desplaza hacia la derecha. Para generar una fuerza electromotriz inducida, y por tanto, una corriente inducida, se aleja o se acerca el imán introduciéndolo y sacándolo de la bobina. Al acercar el imán, la aguja del amperímetro se desplaza hacia la izquierda, mientras que al alejarlo lo hace hacia la derecha. Sin embargo, no existe corriente inducida si el imán está en reposo respecto de la bobina. Puede verse en este caso, que la aguja del amperímetro no se mueve. Si se cambia la orientación del imán, y por tanto, la de su campo magnético, se produce el mismo fenómeno, pero ahora, el sentido de la corriente inducida es distinto que en el caso anterior. También se observa cómo si el imán se acerca, o se aleja, más rápidamente, la corriente inducida es mayor. Se puede también generar una corriente en la bobina, manteniendo el imán en reposo y moviendo únicamente la bobina respecto al imán, alejándola o acercándola. Al igual que en los casos anteriores, cuando no hay movimiento relativo entre la bobina y el imán, no existe corriente inducida, y por lo tanto, la aguja del amperímetro no se mueve. El principio que explica la existencia de corrientes inducidas en la bobina cuando el flujo electromagnético está variando se denomina ley de Faraday-Henry. Dicha ley establece que la fuerza electromotriz, ε, depende de la rapidez con la que varíe el flujo magnético, ΦB”.

¿Tus respuestas y observaciones tienen algunas o en su mayoría coincidencias con el análisis anterior?

R.______. ¿Por qué?

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

EXPERIENCIA DE LENZ:

Aunque la ley de Faraday-Henry, a través de su signo negativo, establece una diferencia entre las corrientes inducidas por un aumento del flujo magnético y las que resultan de una disminución de dicha magnitud, no explica este fenómeno:

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Una forma de escribir la ley de Lenz en términos de la contribución de la corriente inducida al campo magnético total es la siguiente: el sentido de la corriente inducida es tal que su contribución al campo magnético total se opone a la variación del flujo de campo magnético que produce la corriente inducida.

El campo magnético inducido en el interior de cualquier arrollamiento de cable, siempre actúa para mantener constante el flujo magnético del arrollamiento. En el ejemplo de arriba, si el campo B aumenta, el campo Bind inducido actúa en oposición. Si está disminuyendo, el campo magnético actúa en la dirección del campo aplicado, para tratar de mantenerlo constante.

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. Esta es su aportación, una interpretación física de la ley de Faraday. Esto justifica la aparición del signo negativo en la ecuación de Faraday, por eso dicha ecuación se le llama Ley de Faraday-Lenz.

¿Explica la diferencia entre campo magnético B y flujo de campo magnético ΦB?

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¿Cuál es la diferencia entre la ley de Faraday y la Ley de Lenz?

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¿La Ley de Lenz justifica el principio de funcionamiento del transformador de potencia? R.____. ¿Por qué?

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

¿La ley de Faraday justifica el principio de funcionamiento de los generadores? R.____. ¿Por qué?

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PRODUCTOS DE APRENDIZAJE: Responder a los planteamientos contrastando la realidad del fenómeno con lo

estipulado en los sustentos teóricos. Reforzar el aprendizaje elaborando un reporte de práctica. Los cuestionamientos realizados durante el desarrollo de la práctica siempre deberán

ir enfocados desde la perspectiva de la reflexión.

CRITERIOS DE EVALUACIÓN:

Realización de la práctica: 7%Elaboración del Reporte de práctica:

3%

Total: 10%

Para el rubro de calificación en este primer parcial, el valor total sumativo a la calificación por concepto de Practicas es del 20%. Esto NO significa que con dos prácticas alcanzarás el 20% sumativo a tu calificación del primer parcial; pues el No. total de prácticas que se realicen durante el primer parcial será distribuido entre el porcentaje asignado.

FORMATO DEL REPORTE DE PRÁCTICA: PORTADA:

o Datos de la institución.o Nombre de la materia.o Número y nombre de la práctica.o Datos (alumno(s) o del equipo).o Profesor.o Fecha.

CUERPO DEL REPORTE, debe contener lo siguiente:

o Título de la práctica: Será el encabezado de la primera hoja de preferencia tamaño 16 en negritas.

o Objetivo: Debe ser claro con respecto a lo que se pretende obtener al realizar la práctica.

o Metodología a emplear: Describir las acciones a realizar para cumplir con el objetivo (u objetivos), indicar qué se piensa realizar, cómo se va a realizar y requerimientos para lograrlo.

o Materiales: Listar equipos, herramientas, materiales, software, etc., para la realizar la práctica.

o Desarrollo: Documentar los pasos realizados (ilustraciones, diagramas, comandos, códigos) durante el desarrollo de la práctica. Describir brevemente las teorías o procedimientos requeridos. No olvide incluir las referencias bibliográficas, numerar y anexar descripción a tablas y figuras.

o Resultados: Será necesario cuando se tengan que realizar cálculos matemáticos o simulaciones para demostrar los resultados prácticos.

o Conclusiones: Resume los puntos más significativos obtenidos. Todo comentario incluido debe estar respaldado por los resultados obtenidos, evite comentarios especulativos.

o Referencias bibliográficas: Todas las prácticas deberán contener las referencias de dónde se obtuvo la información. Utilizar el formato IEEE o APA.

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Práctica No.1 ME1

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