Prctica n - Departamento de Física Aplicada

 PRÁCTICAS 2 y 3
DE FÍSICA GENERAL II
CURSO 2015-16
Departamento de Física Aplicada
e Ingeniería de Materiales
Ángel Ponce Garres
Francisco Alconchel Pecino
Rafael Casquel del Campo
Rafael Muñoz Bueno Práctica 2
Relación carga/masa del electrón
I.-Objeto de la práctica:
Determinar la relación carga-masa de un electrón.
II.-Fundamento teórico:
Cuando una carga puntual q se mueve con velocidad ven el interior de un campo magnético B,
ésta experimenta una fuerza (fuerza de Lorentz) perpendicular al plano que contiene a v y a
Bque tiene por módulo F = q v B sen φ.
Expresado vectorialmente:
r r
donde φ es el ángulo formado por los vectores v y B . Esta fuerza imprime a la partícula un
movimiento de rotación que, en el caso de que sen φ=1, se origina una circunferencia de radio
r. Es decir, cuando la velocidad es perpendicular al campo magnético, la desviación debida a la
fuerza de Lorentz provoca en la carga una trayectoria circular de radio r.
Si v y B son perpendiculares, la ecuación puede escribirse en forma escalar
Fm= e v B (1)
donde e es la carga del electrón y Fm es la fuerza debida al campo magnético
Si los electrones se mueven en círculo, deberán experimentar una fuerza centrípeta de
magnitud:
v2
(2)
r
donde m es la masa del electrón, v su velocidad y r el radio del círculo que describe.
Fc= m
Como la única fuerza que actúa sobre los electrones es la causada por el campo magnético,
Fm=Fc
y de las ecuaciones (1) y (2) se concluye que:
e
v
(3)
=
m Βr
Esta última expresión permite hallar el cociente carga/masa de una partícula midiendo el radio
de la trayectoria descrita por ésta cuando entra en un campo magnético B con velocidad v
perpendicular al mismo; en particular, para un electrón, el cociente entre su carga e y su masa
m. La primera medida de esta magnitud la realizó JJ. Thomson en 1897 en el laboratorio
Cavendish, de Cambridge.
1
Fig T
Thomson utilizo un aparato como el de la figura T, que consistía en un tubo de vidrio de alto
vacío en el que se aceleran los electrones provenientes del cátodo, debido a una alta diferencia
de potencial V entre los dos ánodos A y A'. La velocidad v de los electrones estaba
determinada por el potencial de aceleración V y hace que se forme un haz de electrones.
La energía cinética ½ m v2 es igual a la pérdida de energía potencial eléctrica eV donde ees la
magnitud de la carga del electrón y m la masa del electrón.
1 2
mv = e V
2
(4)
o bien
v=
2eV
m
(5)
En la figura T se observa que los electrones pasan entre las placas P y P' y chocan contra la
pantalla a final del tubo, que esta recubierta de un material que emite fluorescencia en el lugar
del impacto.
El aspecto más destacable de las mediciones de e/mde Thomson fue que descubrió un valor
único para tal cantidad, el cual no dependía del material del cátodo, ni del gas residual en el
tubo. Esta independencia demostró que las partículas en el haz, que posteriormente se llamaron
electrones, son un constituyente de la materia.
Thomson descubrió la primera partícula subatómica y también que la velocidad en el haz era
casi la décima parte de la velocidad de la luz.
El valor de la relación e/m medido con precisión es:
e/m= 1,75882012 x 1011 C/kg
2
MATERIAL A UTILIZAR
El aparato PASCO SE-9638 proporciona un método simple para medir la relación carga/masa
del electrón y es similar al utilizado por J.J. Thomson en 1897.
Un haz de electrones se acelera a través de un potencial conocido, por lo que la velocidad de
los electrones es conocida.
Un par de bobinas de Helmholtz produce un campo magnético uniforme que se puede medir y
forma un ángulo recto con el haz de electrones. El campo magnético desvía el haz de
electrones en una trayectoria circular.
Al medir el potencial de aceleración (V), la corriente en las bobinas Helmholtz (I), y el radio
de la trayectoria circular del haz de electrones (r), podremos calcular la relación e/m.
El aparato e/m también tiene placas de deflexión que pueden ser utilizados para demostrar el
efecto de un campo eléctrico en el haz de electrones. Esto puede ser usado como una
confirmación de la carga negativa del electrón, y también para demostrar cómo funciona un
osciloscopio.
El tubo se llena con helio a una presión 10-2 mm de Hg, y contiene un cañón de electrones y
placas de deflexión. El haz de electrones interacciona con los átomos de helio dejando un
rastro visible (traza) en el tubo, ya que al colisionar son excitados e irradian luz visible.
El cañón de electrones se muestra en la Figura 3. El filamento calienta el cátodo, que emite
electrones y son acelerados por un potencial aplicado entre el cátodo y el ánodo.
La rejilla se mantiene positiva con respecto al cátodo y negativo con respecto al ánodo. Sirve
controlar el haz de electrones y ayuda a enfocarlos pasando por un pequeño orificio del ánodo.
3
PRECAUCION: El voltajedel calentadordel cañón de electronesnunca debe exceder
de6,3voltios, ya que quemaríael filamentoy destruiráel tubo.
BobinasHelmholtz
Están constituidas por dos bobinas idénticas colocadas paralelamente y con una geometría que
hace que elradio delas bobinassea igual asu separación. Esta característica proporciona
uncampo magnéticoaltamenteuniforme.
Las bobinas de Helmholtz tienen un radio y una separación de15 cmy 130vueltas cada una.
Por tanto R= 0,15 m y N=130 vueltas
El campomagnético Bproducido por las bobinases proporcional a lacorriente que circula por de
ellas.
Espejo con escala métrica.
Detrás de las bobinas de Helmholtz está situada una escala con un espejo que permite medir el
radio de la trayectoria del haz sin error de paralaje.
Panel de control del dispositivo.
Todas sus conexiones están rotuladas y son claras. Ver figura 4.
Fuentes de voltaje
Fuente de alto voltaje, de 150 a 300 VDC para el potencial acelerador. Marca
PASCO, modelo SF-9585.
Fuente de bajo voltaje, de 6 a 9 VDC (voltios de corriente directa) y 3 A de
corriente máxima. La oscilación en el valor de V debe ser <1%, para que las
bobinas de Helmholtz proporcionen un campo magnético constante en el tiempo.
Marca Leybold
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PROCEDIMIENTO
Todo el conjunto se coloca en el centro de las bobinas de Helmholtz que proporcionan un
campo magnético uniforme en la región en la que se realizarán las medidas.
Si llamamos Va a la diferencia de potencial que establecemos entre cátodo y ánodo, el
principio de la conservación de la energía nos permite conocer la velocidad v con la que entra
el electrón en el campo magnético a partir de las expresiones (4) y (5)
v=
2eVa
(6)
me
Por otra parte, a partir del a aplicación de la ley de Biot-Savart, conocemos el campo
magnético creado por una espira circular en su eje (R es el radio de la espira y x la distancia al
centro):
B=
μ 0 IR 2
(
2 x +R
2
)
2 3
(7)
a permeabilidad magnética µ0= 1,257x10-6 T.m/A
Según la expresión (7), para una bobina de N espiras de radio R se creará un campo a una
distancia x= R/2 de:
3
B=
μ 0 NI ⎛ 4 ⎞ 2
⎜ ⎟ (8)
2R ⎝ 5 ⎠
Las bobinas de Helmholtz tienen un radio R, y están separadas entre si una distancia R, por lo
que si las conectamos en serie, el campo resultante en el centro del eje será la suma del de cada
5
una de ellas. La intensidad que circula por ellas será la misma y el campo será el doble del
obtenido en la expresión anterior. Operando tenemos:
B = 0, 716
μ0 NI
R
(9)
En nuestro caso N=130 espiras, y R=0,15 m
Como vimos en el fundamento teórico si igualamos la fuerza centrípeta y la normal
e
v
obteníamos la ecuación (3)
=
m Βr
Si despejamos la velocidad en la ecuación (4),
1 2
mv = e V,
2
y la sustituimos en la (3)
obtenemos la siguiente relación:
2V
e
= 2 a2
me Β r
(10)
me es la masa del electrón, Va la diferencia de potencial entre cátodo y ánodo y r el radio de la
circunferencia descrita por el haz de electrones.
MODO OPERATIVO
Se conecta el filamento a la fuente de alimentación de 6.3 V para calentarlo durante unos
minutos. Se ajusta la tensión de la fuente de alimentación de la rejilla a -50 V y la de ánodo a
+250 V. Después hacemos circular corriente por las bobinas (conectadas en serie) cuidando de
que la intensidad no sobrepase los 3 A, de forma que la circunferencia descrita por los
electrones tengan un radio de 2, 3, 4 ó 5 cm.
De este modo, midiendo la intensidad con un amperímetro, podremos calcular el campo
magnético B con la ecuación (9), y sustituir el valor en (10) obteniendo la relación e/m.
1) Si no se trabaja con posibilidad de oscurecer la sala donde se realiza el experimento
hay que poner una capucha de tela.
2) Conectamos el interruptor en la posición MEASURE (medida) del panel de control
3) Comprobamos que el botón de ajuste de corriente de las bobinas de Helmholtz está
en posición OFF.
4) Conectamos las fuentes y medidores del aparato e/m, tal como se muestra en la
Fig(4).
5) Ajuste la fuente a los siguientes niveles:
* Filamento del cañón de electrones: 6.3 V AC o VDC. PRECAUCION: El voltaje
del filamento del cañón de electrones nunca debe exceder 6.3 voltios. Voltajes
más altos quemarán el filamento o incluso destruirán el tubo e/m.
* Electrodos aceleradores: 150 a 300 VDC
* Bobinas de Helmholtz: 6-9 VDC (Oscilación debe ser menor de 1%). Gire el
botón de ajustar la corriente de las bobinas de Helmholtz suavemente en el sentido
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del reloj desde la mínima. Obsérvese continuamente el amperímetro y compruebe
que la corriente no exceda de 2 A.
6)Espere varios minutos para que el cátodo se caliente.Cuando sucede verá el haz de
electrones emerger delcañón y su trayectoria curvarse por el campo de lasbobinas de
Helmholtz. Si no sucede, girar el tubo hasta que suceda. ¡No lo saque de su base!
Siusted rota eltubo, la base también girará.
7) Registra la corriente de las bobinas de Helmholtz (IbH) y el voltaje acelerador
(Va). Anotar los valores en la Tabla 1.
8) Mida cuidadosamente el radio de la trayectoria del haz de electrones, r. Mire a
través del tubo el haz de electrones. Para evitar errores de paralaje, mueva su cabeza
para alinear el haz de electrones con la reflexión del haz que usted puede ver sobre la
escala del espejo. Mida el radio de la circunferencia luminosa, mirando a ambos
lados de la escala (rd y ri) y luego promedie losresultados (rm). Anotar los resultados
en la Tabla 1.
9) Repita el procedimiento anterior para valores diferentes del voltaje acelerador y
del campo magnético. Tome en total tres series de valores en la Tabla 1.
Tabla 1 Medidas experimentales útiles para determinar la relación e/m.
IBH
Va
rd
ri
rm
RESULTADOS
A partir de los datos de la Tabla 1, realicelos siguientes cálculos:
•Los valores de la velocidad de los electrones, v.
•Los valores del campo magnético aplicado, B.
•La relación e/m ±Δ(e/m).
•El error relativo porcentual entre el valor obtenidopor usted y otro experimental de gran
precisión,que es 1,75882012 x 1011 C/kg.
NOTA: La relación e/me es una medida indirecta, puesto que se determina a partir de
una expresión matemática que relaciona otras magnitudes ya medidas (ecuación 10).
Su incertidumbre, se calcula a partir de la de B, r y Vasiguiendo la propagación de
incertidumbres dada en las prácticas de FG I. Considerar despreciable la
incertidumbre del número de espiras N de las bobinas, la del radio R y la de la
permeabilidad µ0–
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ELECTROSTÁTICA
La carga eléctrica es una propiedad de la materia por la que observamos
experimentalmente las repulsiones y atracciones de objetos como por ejemplo pequeños
trozos de papel y un peine de plástico.
El modelo que propuso Benjamín Franklin (1706-1790) para explicar estos efectos
eléctricos es:
1. La materia contiene dos tipos de cargas eléctricas, la llamada positiva y la negativa.
Los objetos no cargados poseen igual cantidad de cada tipo de carga, y cuando son
cargados por frotamiento la carga se transfiere de un cuerpo al otro. Cuando el
proceso ha terminado, uno de los objetos tiene un exceso de carga positiva y el otro
de carga negativa.
2. Objetos cargados con la carga del mismo signo se repelen
3. Objetos cargados con carga de distinto signo se atraen.
El modelo atómico contiene otros aspectos que son el resultado de otros experimentos,
como el modelo atómico de Bohr, que nos muestra tres tipos de partículas: electrones,
protones y neutrones. La investigación mucho más reciente de la física atómica ha
descubierto otras partículas.
La medida de la carga de partículas como el electrón lo hemos visto en la primera parte de
esta práctica.
La mayoría de los materiales pueden ser clasificados en uno de estos dos tipos:
conductores y aislantes.
Generalmente, cuando la carga se mueve a través de un material, son los electrones los que
se desplazan y podemos decir que son los portadores de carga. Un material conductor,
como es un metal, puede ser tomado como una red de iones positivos fijos entrelazada por
electrones libres capaces de moverse a través del material. El número de electrones libres
en un conductor depende del material, pero es del orden de uno por átomo. Un aislante es
un material donde prácticamente no hay electrones libres. Cada electrón en un aislante está
sujeto cerca de la posición de un átomo o molécula particular, y no puede pasar de una
posición molecular a la siguiente.
Por ejemplo el agua salada es un buen conductor porque la sal esta disuelta en forma de
iones positivos y negativos que son capaces de moverse a través del fluido, siendo
portadores de carga.
La ley que establece la fuerza entre partículas cargadas inmóviles fue determinada en 1784
por Charles A. Coulomb (1736-1806), usando una balanza de torsión que establecía la
dependencia de la fuerza eléctrica con la distancia y el valor de la carga. En
reconocimiento a su trabajo, la unidad fundamental de carga en el S.I. se denomina
culombio (C).
F= 1/4πεo (q1.q2)/r2
La fuerza viene dada en newton (N), la carga en culombios y la distancia r en metros.
Capacitancia
Como vimos en la práctica de la carga y descarga de un condensador, la capacidad de un
condensador plano-paralelo depende del área de sus placas y de la separación entre ellas.
C = εo A/d
8
La expresión C también contiene εo, que es la permitividad eléctrica del vacío, lo que
implica que realmente C depende del medio que hay entre las placas.
Cuando ponemos un material entre las placas de un condensador distinto del aire
observamos que la tensión entre estas disminuye considerablemente.
Realizamdo este experimento con diferentes materiales aislantes se obtiene que el cociente
Vo/V depende del tipo de material. Los aislantes son comúnmente llamados dieléctricos, y
este cociente se conoce como constante dieléctrica.
Generador de Van der Graff.
Van de Graaff inventó el generador que lleva su nombre en 1931, con el propósito de
producir una diferencia de potencial muy alta (del orden de 20 millones de volts) para
acelerar partículas cargadas que se hacían chocar contra blancos fijos.
El generador de Van de Graaff es muy simple, consta de un motor, dos poleas, una correa o
cinta, dos peines o terminales hechos de finos hilos de cobre y una esfera hueca donde se
acumula la carga transportada por la cinta. Lo que hacemos es introducir un conductor
cargado dentro de otro hueco y se pasa toda la carga del primero al segundo, cualquiera
que sea la carga inicial del conductor hueco.
Generador de Van der Graaf.
En la figura, se muestra un esquema del generador de Van de Graaff. Un conductor
metálico hueco A de forma aproximadamente esférica, está sostenido por soportes aislantes
de plástico, atornillados en un pié metálico C conectado a tierra. Una correa o cinta de
goma (no conductora) D se mueve entre dos poleas E y F. La polea F se acciona mediante
un motor eléctrico.
Dos peines G y H están hechos de hilos conductores muy finos, están situados a la altura
del eje de las poleas. Las puntas de los peines están muy próximas pero no tocan a la cinta.
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Cuestiones.
Se pide resolver las siguientes siete cuestiones relativas a Electrostática:
1. El campo creado por una carga puntual en un punto A tiene un valor determinado.
¿Cómo será el valor del campo eléctrico si se duplica la distancia del punto a la carga que
lo origina? ¿Y cómo variará el potencial?
2. ¿Es posible que exista un punto donde el campo eléctrico sea cero y en cambio el
potencial no?
3. ¿Qué relación hay entre las líneas de campo y las líneas equipotenciales?
4. El potencial eléctrico es constante en una región del espacio, ¿qué podemos decir del
campo eléctrico en esta región?
5. Una carga negativa se deja en reposo en un campo eléctrico. ¿Se moverá hacia una
región de más o de menos potencial eléctrico?
6. Calcular la capacidad de un condensador esférico formado por dos placas metálicas
conductoras de radios R1 y R2 cargadas con cargas de igual valor y signo opuesto, con una
sustancia dieléctrica de constante dieléctrica relativa ξ entre medias (aire).
7. Calcular la capacidad de un condensador de placas plano paralelas de superficie A,
separadas una distancia t y con una sustancia de permitividad relativa ξ
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Práctica 3
Generadores y motores eléctricos
I.- Objeto de la práctica
Presentar dos aplicaciones prácticas de la ley de Faraday
Comprobar que es posible generar corriente eléctrica sin necesidad de poseer
una fuente de alimentación (batería).
Observar que a partir de la fuerza de repulsión de dos polos magnéticos del
mismo signo se puede producir un movimiento giratorio continuo.
II.- Fundamento teórico
Los generadores y los motores eléctricos, llamados abreviadamente generador y
motor, son máquinas eléctricas. Se emplean para la transformación de energía. Este tipo
de máquinas son imprescindibles para el desarrollo de nuestra vida diaria y del mundo
de la técnica. Son inventos del siglo XIX.
Su funcionamiento se basa en la acción que se establece entre la corriente
eléctrica y el campo magnético. Son máquinas eléctricas rotativas y están formadas por
los mismos componentes. Constan en esencia de: una parte fija (estator), una parte
móvil (rotor). Además, están los cojinetes, parte de la máquina para apoyar el rotor
giratorio sobre el estator, el colector, llamado también inversor de corriente, que es un
dispositivo electromecánico que tienen algunas máquinas eléctricas para invertir el
sentido del paso de la corriente.
II.1.- Generador eléctrico
Un generador eléctrico, transforma energía mecánica en energía eléctrica.
También se le denomina máquina dinamoeléctrica. El fundamento teórico es el
siguiente: si se varía el campo magnético en las proximidades de una espira o conjunto
de espiras (bobina) se genera una tensión en ésta (fenómeno de inducción).
El método que se emplea habitualmente para transformar la energía mecánica en
eléctrica, sirviéndose de la inducción de tensiones, es girar (poner en rotación) una
espira en un campo magnético. El flujo cortado por la espira varía al modificarse el
ángulo que ésta forma con la dirección que siguen las líneas de campo. Cuando la espira
tenga una posición colineal con las líneas, el flujo cortado será nulo y alcanzará su valor
máximo cuando forme un ángulo de 90º y de 270º. La velocidad con que el flujo
magnético oscile entre los dos valores límite dependerá de la velocidad de la espira.
1
Sin embargo, en esta práctica se va a generar corriente eléctrica por otros dos
métodos: uno, acercando y alejando un imán de una bobina (Generar una tensión
inducida) y otro, haciendo girar un imán dentro de un campo magnético generado por
dos bobinas (El generador de corriente alterna).
En la primera parte, la polaridad de la tensión está en función del sentido del
movimiento y de los polos del imán. Debido a la alternativa de la polaridad, cambia
continuamente el sentido de la corriente (corriente alterna). El valor de la tensión
inducida depende del número de espiras de la bobina y de la velocidad del movimiento
del imán.
II.2.- Motor eléctrico
Esta máquina transforma la energía eléctrica en energía mecánica.
En el motor eléctrico se aprovecha el efecto de las fuerzas entre el campo
magnético y el conductor por el que pasa una corriente eléctrica. Entonces se mueve el
conductor en el interior de un campo magnético en reposo (por ejemplo, en el motor de
corriente continua), o el campo magnético respecto al conductor en reposo por el que
2
pasa una corriente (por ejemplo, un motor síncrono) o se mueven el campo magnético y
el conductor por el que pasa la corriente eléctrica (por ejemplo, un motor asíncrono).
Motores de baja potencia se construyen con imanes permanentes. Son los que se
utilizan principalmente en juguetes, pequeñas bombas, lectores de CD, ventiladores de
ordenadores, etc. Su estructura interna comparada con otros tipos de motores es muy
sencilla. En motores de gran potencia se utilizan electroimanes, que generan el campo
magnético más intenso.
Respecto a este último tipo de motores, si las bobinas de campo y las del
inducido están conectadas en paralelo, se habla de un motor de excitación en
derivación. Se utiliza en máquinas herramienta, por variar muy poco la velocidad,
aunque varíe la carga. Si por el contrario, las bobinas de campo y las bobinas del
inducido están conectadas en serie se le denomina motor de excitación en serie. Se
aplica especialmente como motor de grúas, ascensores y tranvías, ya que cuanto mayor
es la carga, gira más lentamente.
En la tercera parte de esta práctica se analizara el comportamiento de los
motores de excitación en derivación y en paralelo.
III.- Descripción del instrumental
III.1.- Generar una tensión inducida
Placa reticular
Imán recto
Multímetro
Bobina de 400 espiras
Cable de 50 cm, rojo
Bobina de 1600 espiras
Cable de 50 cm, azul
III.2.- El generador de corriente alterna
Placa reticular
Bobina de 400 espiras (2)
Yugo en U
Estribo de sujeción
Imán recto
Portaimán giratorio
Lámpara de 4V/0,04 Multímetro
Cable 50 cm, rojo
Cable 50 cm, azul
Pinza de cocodrilo (2)
Núcleo de hierro en U (2)
Rodamiento para inducido
Portalámparas
Cable 6 cm, amarillo (2)
Cable 15 cm, amarillo
III.3.- Motor de excitación en derivación y en serie con rotor bobinado
Placa reticular
Bobina de 400 espiras (2)
Núcleo de hierro en U (2)
Yugo en U
Rodamiento para inducido
Inducido de rotación con colector
3
Multímetro
Estribo de sujeción
Cable 25 cm, rojo
Cable 15 cm, amarillo (2)
Cable 25 cm, azul (2)
Cable 50 cm, rojo
Cable 50 cm, azul
Fuente de alimentación (3...12 V cc )
IV.1.- Generar una tensión inducida
IV.2.- El generador de corriente alterna
IV.3.- Motor de excitación en derivación y en serie con rotor bobinado
Montaje 1. Esquema
eléctrico 1
4
a) Sitúe el rodamiento para inducido en sentido transversal en el centro del
panel reticular. Ponga el inducido de rotación en el rodamiento.
b) Fije los dos módulos de bobinas de 400 espiras de forma que éstas formen un
ángulo recto con el rodamiento y estén centradas con respecto al casquillo
del rodamiento. El inducido debe moverse libremente.
c) Coloque en las bobinas los dos núcleos en U, con la abertura mirando al
rodamiento.
d) Sujete el yugo en U en el soporte del rodamiento entre los dos brazos de los
núcleos en U. Asegure el montaje colocando el estribo de sujeción en los
orificios superior e inferior de la derecha de los núcleos en U.
Montaje 2. Esquema eléctrico 2
V.- Realización
V.1.- Generar una tensión inducida
a) Coloque la bobina de 1600 espiras en cualquier lugar de la placa reticular.
Conecte el multímetro, como voltímetro, a la bobina, situando el
conmutador en el alcance de 200 mV- (corriente continua).
b) Introduzca el imán, por el polo norte (rojo), en la bobina. Observe lo que
marca el voltímetro. Anote el resultado
c) Deje el imán quieto en la bobina.
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d) Saque el imán de la bobina. Observe el signo de las lecturas que marca el
voltímetro. Escriba los valores que obtiene.
e) Introduzca el imán por el polo sur (verde), en la bobina. Observe lo que
marca el multímetro.
f) Deje el imán quieto en la bobina.
g) Saque el imán. Anote lo que observa.
h) Cambie los polos en el voltímetro. Repita las observaciones desde el
apartado b) hasta g). ¿Se experimenta algún cambio respecto a lo sucedido
anteriormente?
i) Desplaza otra vez el imán en la bobina, primero despacio y luego más
rápido.
j) Pon el voltímetro en el alcance más bajo de corriente alterna y repita el
experimento. Anote en su cuaderno las diferencias y similitudes a cuando el
voltímetro operaba en modo “corriente continua”.
V.2.- El generador de corriente alterna
a) Coloque una bobina (400 espiras), con los terminales hacia la izquierda, en la
mitad inferior de la placa reticular. El rodamiento para inducido y la segunda
bobina a la distancia una retícula cada uno por encima de la primera bobina.
Las aberturas de las bobinas y el casquillo del rodamiento deben estar en
línea recta. Introduzca en las bobinas los dos núcleos en U, con la parte
abierta hacia el rodamiento. Sujete el yugo en U bajo el muelle de sujeción
del rodamiento, entre los dos brazos libres de los núcleos en U. Asegure el
montaje colocando el estribo de sujeción en los orificios de la derecha de los
núcleos en U. Fije el imán centrado en el portaimán giratorio, y coloque éste
en el casquillo del rodamiento. Conecte los módulos tal y como se indica en
el esquema eléctrico.
b) Haga girar el imán lo más rápido posible y observe la lámpara. Describa lo
que observa.
c) Establezca las conexiones como estaban antes y sustituya la lámpara por un
voltímetro. Sitúe el alcance más bajo de tensión continua (1 V).
d) Haga girar el imán primero despacio, y después lo más rápido posible,
observando la aguja del instrumento de medida. Indique los resultados.
e) Ponga en el voltímetro el alcance más bajo de tensión alterna, y repita el
paso anterior. Describa lo que se observa.
6
V.3.- Motor de excitación en derivación y en serie con rotor bobinado
Realización 1
1.a) Conecta los módulos con los cables, como se indica en el esquema eléctrico
1. Antes de encender la fuente de alimentación, gira totalmente a la derecha el
mando de corriente, a 2 A. Aplica al motor de excitación en derivación una
tensión máxima de 5 V (corriente continua). No se pueden aplicar a este motor
tensiones más altas debido al excesivo calentamiento de las bobinas. Evite que
el inducido esté parado mucho tiempo con U= 5 V.
1.b) De un pequeño impulso al inducido de rotación.
1.c) Intercambie las conexiones en la fuente de corriente e impulse el motor en
los dos sentidos. Analice los cambios que surjan.
1.d) Intercambie los cables del módulo del rodamiento (inducido). Observe
posibles variaciones en el movimiento giratorio.
1.e) Reduzca lentamente la tensión. Anote lo que sucede.
Realización 2
2.a) Establezca el circuito representado en el esquema 2.
2.b) Si el motor no arranca por sí mismo, dé un ligero impulso hacia la izquierda.
2.c) Intercambie los terminales de la fuente de corriente y observe el sentido de
giro del motor. Intercambie los cables del inducido y compruebe el sentido de
giro del motor. Analice los cambios que se produzcan
VI.- Observaciones / Resultados de las medidas
VII.- Preguntas y ejercicios
VII.1.- Generar una tensión inducida
1.- Después de realizar la práctica, comente brevemente cómo se puede generar
una tensión eléctrica por medios físicos.
2.- Al observar las lecturas que aparecen en el multímetro, ¿qué diferencia existe
cuando se introducen en la bobina el polo norte o el polo sur?
3.- ¿Cómo afecta el sentido del movimiento del imán en los valores que se
registran en el voltímetro?
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4.- Si pusiésemos una bobina de 400 espiras en lugar de la bobina de 1600
espiras ¿ qué valor indicaría el voltímetro?
5.- ¿Qué se deduce del hecho de que unas veces se obtengan valores positivos y
otras valores negativos?
VII.2.- El generador de corriente alterna
1.- ¿Cómo se puede conseguir en el sistema eléctrico de una bicicleta la máxima
luz del faro?
2.- ¿Por qué los valores que registra el multímetro unas veces son positivos y
otras negativos?
3.- ¿Cómo influye este efecto sobre la corriente?
4.- Compare la amplitud de la desviación de la aguja al medir con los alcances
de tensión continua y alterna, y coméntelo.
5.- ¿Cómo están conectadas las dos bobinas de 400 espiras (fuentes de
corriente), y qué valor tiene la tensión total producida, en relación con las dos tensiones
parciales?
VI.3.- Motor de excitación en derivación y en serie con rotor bobinado
1.- Explique brevemente, el fundamento físico del motor
2.- ¿Qué efecto tiene el intercambio de terminales sobre el sentido de giro del
motor? ¿Cómo se puede invertir el sentido de giro?
3.- ¿De qué depende la velocidad de giro del motor?
4.- En las dos figuras siguientes se representa esquemáticamente el motor de
corriente continua con las dos bobinas y el inducido de rotación. Complete las figuras
con los cables de conexión necesarios según la realización 1 y según la realización 3,
indicando si la conexión es en serie o en paralelo.
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