Instrumentos electricos

Experiencia 4
Fenómenos Electromagnéticos


OBJETIVOS

1. Explorar el campo magnético terrestre.
2. Determinar el comportamiento del campo magnético generado por un solenoide.
3. Establecer la relación “campo magnético versus corriente” en una bobina.
4. Observar la inducción electromagnética en una bobina.
5. Entender el principio de funcionamiento de un transformador.
6. Verificar laecuación fundamental de un transformador.
7. Evaluar el rendimiento de un transformador.


INTRODUCCION

Los estudios cuantitativos del magnetismo comienzan cuando se establece que la fuerza entre polos magnéticos obedece a la ley inversa de los cuadrados de la distancia, similarmente a como ocurre con la fuerza entre cargas eléctricas. Sin embargo, pronto se establece que los polosmagnéticos, Norte y Sur, no pueden separarse en monopolos magnéticos, tal como ocurre con las cargas eléctricas.
En 1820, Oersted establece una relación entre magnetismo y cargas móviles, al descubrir que una aguja magnética puede ser desviada por una corriente eléctrica que circula por un cable. Estos hechos llevan a Ampère a elaborar una teoría que proponía que las propiedades magnéticas de todas lassustancias se deben a la circulación de corrientes eléctricas a escala microscópica. En la actualidad se sabe bien que las propiedades magnéticas de las sustancias se deben a corrientes a escala atómica, específicamente al spin de los electrones.
Los descubrimientos anteriores permitieron establecer que un campo magnético se puede generar a partir de una corriente eléctrica. Este fenómeno fuedescrito cuantitativemente por Biot y Savart a través de la ley que lleva sus nombres:






Inversamente, una carga eléctrica q en movimiento a una velocidad v, en presencia de un campo magnético B, experimenta la acción de una fuerza magnética cuyo valor está dado por:





Las corrientes eléctricas están constituidas por muchas partículas cargadas en movimiento a lo largo de unconductor. Por lo tanto, si el conductor se encuentra sumergido en un campo magnético, cada partícula de la corriente experimentará individualmente el efecto la fuerza magnética.


Esta fuerza se traduce en una fuerza neta sobre el conductor. La expresión de la fuerza que ejerce un campo magnético sobre un conductor que lleva una corriente se expresa por:






La idea de que las corrienteseléctricas producen campos magnéticos llevó a pensar a los científicos de aquella época, que los imanes o campos magnéticos puedan también generar campos eléctricos. Después de varios experimentos fallidos, M. Faraday, en 1831, observa que es posible producir un campo eléctrico a partir de un campo magnético siempre que el llamado flujo magnético asociado al campo magnético varíe en el tiempo. Estefenómeno se conoce como inducción electromagnética y se traduce en la generación de una fuerza electromotriz inducida o fem. La fem inducida se origina en todo circuito sometido a un flujo magnético variable en el tiempo. Este efecto queda formalizado en la ley de Faraday y Lenz, que establece que la fem inducida por variaciones de flujo magnético tiene un sentido que se opone siempre a la causa quelo produce, y se expresa matemáticamente como:






El flujo magnético en un instante de tiempo se puede obtener de la fem inducida integrando la ecuación anterior:

[pic] (Volt seg)

Una aplicación muy importante de la inducción electromagnética la constituye el transformador. Se trata de un dispositivo que permite cambiar la amplitud de una señal alterna sin pérdida apreciable depotencia.
Consta esencialmente de dos bobinas denominadas primario y secundario, las cuales están acopladas magnéticamente. Cuando la fem en el secundario es mayor que en el primario se habla de un transformador elevador de señal o de subida; en caso contrario, se habla de un transformador reductor de señal o de bajada. Su funcionamiento se basa en que el flujo magnético debido a la corriente...