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Trabajo practico de física: Inducción magnética

Objetivos:

Medir el valor del vector B a través del método de la bobina sonda o exploradora y determinación del coeficiente M de mutua inducción, verificando que esta influido por la distancia entre las bobinas  y el medio donde están sumergidas  las bobinas.

Primera parte

Elementos utilizados

Para la realización de la primera parte TP utilizamos una bobina sonda, conectada en serie con un galvanómetro, un electroimán, conformado por una bobina y un núcleo ferromagnético   y una fuente variable, ajustada a través de un reostato.

 

Procedimiento


Conectamos el electroimán y con la bobina sonda lejos del área de influencia de este, vimos que el galvanómetro  marcaba 0. Luego, sumergimos la bobina sonda dentro del campo generado por el electroimán, de forma tal que el vector superficie de la bobina sonda estaba perpendicular con respecto a las líneas de inducción. En este caso, el flujo concatenado era  máximo, ya que el ángulo formado entre el vector superficie de la bobina sonda y las líneas de inducción es de 90°, por lo que cuando calculo el valor de flujo a partir de la expresión    

Donde  B es el valor del vector inducción, S es el vector superficie de la bobina sonda, N es el numero de espiras de la bobina sonda y a es el ángulo comprendido entre B y S. Entonces, cuando  el ángulo es de 90°, el valor del flujo es máximo. Cuando se gira la bobina sonda, el ángulo pasa a ser de 0, por lo que el flujo concatenado es igual a 0.

 Cuando se varia el flujo, por la bobina sonda circula una corriente inducida, que se calcula de forma indirecta a través del galvanómetro, que me indica cantidad de carga que circula por el circuito. Esta diferencia de  potencial inducida se opone a lo que la genera, es decir al cambio de posición que sufre cuando nosotros la giramos o la introducimos dentro del campo generado por el electroimán.

La expresión  matemática que utilizamos para calcular el valor de B en esta parte del Tp fue:


 Donde B es el valor del vector inducción, K es la constante del galvanómetro, a es la máxima deflexión del fiel del galvanómetro, R es la resistencia total del circuito secundario, S es el valor del vector superficie de la bobina sonda y N es el numero de espiras de la bobina sonda.

Los valores obtenidos los volcamos en la siguiente tabla:

Obs N°

a div

K mc/div

R W

A m2

N esp

B en T

Bpr en T

E en T    

e %            

1

10

3,3

3,1

9,5X10-5

50

0,022

0,022

0,003

13,63

2

9

0,019

3

11

0,024

4

10

0,022

 

A partir del Tp  podemos decir  que el valor del flujo puede ser cero cuando la bobina sonda se pone con el vector superficie de manera paralelo a las líneas de inducción, cuando no circula corriente por el electroimán.

También concluimos que la bobina sonda debe de ser pequeña por que si no lo fuera habría zonas que no estarían influidas por el campo magnético.

Cuando movemos la bobina alejándola del electroimán y luego acercándola observamos que hay una deflexión de la aguja del galvanómetro. Cuando sacamos la bobina sonda la aguja se mueve en una dirección y cuando la introducimos se mueve en la otra. Esto habla de que se genera una diferencia de potencial que genera una Fem que trata de oponerse a la acción que estabamos realizando al poner o sacar la bobina dentro del campo.

Segunda parte

Objetivo

Determinar el coeficiente de Mutua inducción que aparece entre dos bobinas y como varia el coeficiente según el medio y la distancia entre las bobinas. También vimos que el valor de la intensidad no produce variación en el valor de M

 

Elementos utilizados

Para esta parte del Tp utilizamos dos bobinas, una de ellas conectada a una fuente variable y con un amperímetro y la otra conectada a un galvanómetro.

Procedimiento

En esta parte del Tp, teníamos que calcular la Fem que se induce en el secundario para poder averiguar el coeficiente de mutua inducción. Sabíamos que la Fem inducida respondía a la siguiente formula:


 Donde e2 es el valor de la fem inducida, M es el valor del coeficiente de mutua inducción, DI1 es la variación de intensidad en el primario y Dt es el tiempo en el que ocurre. También sabíamos que la intensidad que circula por el secundario era igual a:

Donde I2 es la intensidad que circula por el secundario, e2 la fem inducida y Rt la resistencia del secundario.

Después de algunas operaciones con las dos formulas anteriores obtenemos la siguiente:


 En la formula anterior nos referimos a la variación de corriente en el primario, es decir desde I1 = 0 hasta la corriente final, la que leemos en el amperímetro. Dq es la carga inducida en el galvanómetro.

Realización de la experiencia

Con las bobinas muy próximas (X = 0) se cierra la llave y se mide la intensidad. Cuando se abre la llave la aguja del galvanómetro se mueve porque hay una variación del flujo.

A continuación se repite la experiencia para distintas distancias.

X en cm

Da en div

Kc mc/div

Dq  mc         

DI1 en amp

M en Hy

0

18,33

0,231

4,23

1

0,015

1

14,33

3,31

0,011

2

10,33

2,39

0,0082

3

8

1,85

0,0064

4

5,66

1,31

0,0045

5

4,33

1

0,0034

6

3

0,69

0,0024

7

2,83

0,65

0,0022

8

2

0,46

0,0016

9

1,83

0,42

0,0014

10

1,33

0,31

0,0011

 

Ahora se mantiene fija la distancia y lo que se varia es la intensidad.

La corriente se puede variar de dos formas, abriendo y cerrando la lave o a través de un reostato. Al variar la diferencia de potencial varia el amperaje que circula por el primario. Esto lo utilizamos para ver si la variación del amperaje hace variar a M

Obs N°

DI1en amp

Daprom

Kc mc/div

Dq  mc

M en Hy

1

0,95

4,33

3,3

14,29

0,052

2

0,85

4

13,2

0,053

3

0,74

3,66

12,08

0,056

4

0,63

3,66

12,08

0,06

5

0,56

4

10,2

0,06

 

Según se desprende del gráfico, M no depende del amperaje que se aplique en el primario

También debimos probar como varia M cuando se cambia el medio donde esta sumergido. Esto lo logramos colocando un alambre de hierro, que es un material ferromagnetico. Entonces, como vemos en la tabla:

X en cm

I1 en amp

Dapr en div

Kc mc/div

Dq  mc

M en hy

2

0,5

10,33

3,3

34,08

0,023

Con aire

2

0,5

15,33

3,3

50,589

0,034

Con alambre

 Como vemos, en el aire el coeficiente mutua inducción es menor que cuando inserto un alambre. Lo que hace es hacer que las líneas de inducción lleguen hasta el extremo del alambre,  como si las condujera, por lo que la bobina secundaria esta completamente influida por el campo que genera la bobina primaria que no ocurre cuando no hay alambre.

 

Cuando dos circuitos están muy acoplados desde el punta de vista magnético significa que la bobina inductora influye mucho sobre la segunda, la inducida. Cuando están poco acoplados, significa lo contrario.

Si conectáramos las bobinas al revés, es decir la inducida como inductora, ocurriría lo mismo porque no se varia ni la distancia entre ellas, ni las características del medio y tampoco sus características propias, como la geometría, al forma o el numero de espiras

Conclusiones

Podemos concluir  diciendo que; la distancia y el medio afectan el valor de M. Cuanto más cerca estén dos bobinas, mayor será M y cuando el medio sea ferromagnetico, o sea, que su coeficiente de permeabilidad sea muy alto, también aumenta el  valor de M. También esta   influido por la circulación o no de corriente en el circuito  ya que cuando circula corriente se produce la inducción.

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