201424- Electromagnetismo

ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA
201424- Electromagnetismo
Act No. 10. Trabajo Colaborativo 02
“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 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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