lunes, 25 de abril de 2011

Actividad nº 9 - Campo Magnetico

En esta actividad explicaremos a través de una demostración como se produce un campo magnetico. Antes que nada definamos que es:
"El campo magnético es una región de espacio en la cual una carga eléctrica puntual de valor q, que se desplaza a una velocidad v, sufre los efectos de una fuerza que es perpendicular y proporcional tanto a la velocidad v como al campo B" (http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico)

Entonces podemos decir que el el campo magnético es producido por la corriente eléctrica que circula por un conductor, es un campo de fuerza creado como consecuencia del movimiento de cargas eléctricas.

En la demostración que nos ofrece la Universidad de Colorado a través del siguiente link: http://phet.colorado.edu/en/simulation/magnets-and-electromagnets


Podemos interpretar varias cosas, observemos:

Elemento Ferromagnético y Brújula

Al empezar, podemos percibimos un Imán y una especie de brujula, si estudiamos, sabemos que el magnetismo se puede producir tanto por imanes artificiales o naturales. Algunas de las caracteristicas de los imagenes es que tienen la capacidad de atraer metales, pero además tienen la propiedad de polaridad. Los imanes tienen dos polos magnéticos diferentes llamados Norte o Sur (en cualquiera de las imagenes lo podremos ver indicado como "S" o "N"). Si enfrentamos los polos Sur de dos imanes estos se repelen, y si enfrentamos el polo sur de uno, con el polo norte de otro se atraen. Cuando se pasa una piedra imán por un pedazo de hierro, éste adquiere a su vez la capacidad de atraer otros pedazos de hierro.

Polaridad de la Tierra
La tierra tambien tiene un campo magnetico, en la imagen anterior podemos observar con claridad como funciona este, podemos decir que la Tierra se comporta como un imán gigantesco y tiene polos magnéticos, los cuales, en la actualidad, no coinciden con los polos geográficos. Si observamos la imagen con detalle, veremos que en el Polo Norte, esta ubicado el Sur Magnetico y el Polo Sur, esta ubicado el Norte Magnetico. La brújula señala al norte magnético de la tierra, 



En conclusión, en un imán de barra común, que al parecer esta inmóvil (como lo encontramos en las imagenes), esta compuesto de átomos cuyos electrones se encuentran en movimiento (girando sobre su orbita. Esta carga en movimiento constituye una minúscula corriente que produce un campo magnético. Todos los electrones en rotación son imanes diminutos, puesto como se dijo antes, el campo magnetico se crea por el movimiento de cargas.
Por otro lado, ahora tenemos la formación de un campo magnético sin la presencia de un Imán.

 
Vemos como mientras mayor sea su voltaje, las lineas de fuerza magnética son mas pronunciadas

En este caso solo tenemos una Bobina conectada a una Pila. Ahora ¿Como se crea un campo magnético con electricidad? Pues el magnetismo y la electricidad son ambas manifestaciones de la misma fuerza, de manera que naturalmente siempre que se puede inducir corriente en un objeto se puede generar en torno de él un campo magnético, con lo que estarías convirtiendo a ese objeto en uno de los inventos más usados en algunos sectores de la industria lo que se conoce como un electroimán. Es decir, se utiliza lo que llamamos inductancia.

Llamaremos inductancia al campo magnético que crea una corriente eléctrica al pasar a través de una bobina de hilo conductor enrrollado alrededor de la misma que conforma un inductor.

Con todo esto, esperamos que queda claro como se forma el campo magnético.




Actividad nº 8 - Demostración de Ley de Faraday

Antes que nada vamos a dar un pequeño repaso para saber o recordar que es la Ley de Faraday
"La Ley de Faraday establece que la corriente inducida en un circuito es directamente proporcional a la rapidez con que cambia el flujo magnético que lo atraviesa
La inducción electromagnética fue descubierta casi simultáneamente y de forma independiente por Michael Faraday y Joseph Henry en 1830. La inducción electromagnética es el principio sobre el que se basa el funcionamiento del generador eléctrico, el transformador y muchos otros dispositivos.
Supongamos que se coloca un conductor eléctrico en forma de circuito en una región en la que hay un campo magnético. Si el flujo F a través del circuito varía con el tiempo, se puede observar una corriente en el circuito (mientras el flujo está variando). Midiendo la fem inducida se encuentra que depende de la rapidez de variación del flujo del campo magnético con el tiempo".
(http://www.mitecnologico.com/Main/LeyDeFaraday)
En otras palabras podemos decir que Faraday encontró que a partir de generar un campo electromagnético, se puede producir una corriente. En la demostración de la siguiente pagina http://phet.colorado.edu/en/simulation/faradays-law se puede ver un ejemplo de ello que a continuacion explicaremos.

Nota: Se necesita tener Adobe Flash Player para visualizar la siguiente demostración, si llega a dejar de funcionar, simplemente tienes que actualizar la página para que se solucione





Si observamos, al iniciar la aplicación, nos encontramos con un Medidor de Voltaje, una Bobina, y un Imán.
Si seleccionamos la opcion "2 coils" nos apareceran en pantalla 2 bobinas en vez de una, y si queremos observar las lineas de fuerza magnetica que genera el Iman, solo basta darle click a la opcion "Show fiel lines", por ultimo "Flip Magnet" es para voltear el Imán.

Como hablamos anteriormente de la Ley de Faraday dijimos que demostraba que el voltaje inducido es directamente proporcional a la velocidad con la que cambia el flujo magnético que atraviesa una superficie con el circuito como borde.
Por eso vemos que al pasar el Imán (el cual es un elemento ferromagnético que por consiguiente produce un campo magnetico) por la Bobina de manera rápida, observamos que el Bombillo prende por unos segundos; de esto se trata la  inducción electromagnética.
En cambio, si dejamos el Iman en reposo dentro de la Bobina, vemos que ahora no prende ni se modifica nada dentro del circuito, quedando demostrado lo dico anteriormente.

domingo, 24 de abril de 2011

Actividad nº 7 - Capacitores

Como ya sabemos los capacitores, lo podemos definir de manera simple como un dispositivo capaz de almacenar energia electrica.

En la demostración de la siguiente pagina: http://phet.colorado.edu/en/simulation/capacitor-lab que trata sobre la utilizacion de un capacitor podemos establecer las siguiente conclusiones:

Cuando variamos la Separación de las placas:

En la aplicación cuando empezamos a variar al separación entre las placas del capacitor, sin tener en cuenta los demás factores que influyen en él, podemos observar que mientras más sea la separación de las placas, mayor es su capacitancia  
 

 Clic para ampliarlas

En la siguiente tabla, observamos nuestros datos obtenidos probando con tres separaciones distintas.


Separación (mm)
Capacitancia (F)
5,0
1,77x10-13
7,6
1,16x10-13
10
0,89x10-13

Ahora cuando trabajamos con una diferencia de potencial (1,5V) y variamos la separación, pudimos obtener los siguientes datos:



Separación(mm)
Cargas (C)
Energia Almacenada (J)
5,0
2,66 x10-13
1,99 x10-13
7,6
1,75 x10-13
1,31 x10-13
10
1,33 x10-13
1,00 x10-13

Con estos datos, podemos concluir que mientras mayor sea la separación, el numero de cargas va ser mayor al igual que la energia almacenada.


Cuando variamos el areá de las placas:

Ahora cuanto variamos el areá, sin tener en cuenta los demás factores, vamos a observar que sucede lo mismo que el ejemplo anterior, mientras mayor areá tengan las placas, su capacitancia va ir disminuyendo


Área (m2)
Capacitancia (F)
400
3,54x10-13
199,1
1,76x10-13
100
0,89x10-13

Por otro lado, cuando variamos el Areá aplicando una diferencia de potencial de 1,5V obtuvimos estos datos:

Área (m2)
Cargas (C)
Energia Almacenada (J)
100
2,66 x10-13
1,99 x10-13
220,8
5,87 x10-13
4,40 x10-13
400
10,62 x10-13
7,97x10-13

Entonces, podemos decir que mientras menor sea el areá de las placas del capacitor, el numero de cargas y la energia almacenada va a ser mayor que cuando el areá sea mas grande.

Variacion del Material Dielectrico dentro del Capacitor

Por ultimo, utilizamos un dielectrico en el Capacitor para observar como varia tanto la capacitancia, como las cargas y la energia almacenada.

La prueba la hemos hecho con una separación de 10mm y un Areá de 100m2 obteniendo los siguiente resultados:

 (Gráficas de dos de los Materiales Dielectricos)


Material
Capacitancia(F)
Cargas(C)
Energia Almc.(J)
Teflón
1,85x10-13
2,78x10-13
2,08x10-13
Papel
3,08x10-13
4,62x10-13
3,46x10-13
Vidrio
4,13x10-13
6,20x10-13
4,65x10-13
Normal
4,40x10-13
6,59x10-13
4,95x10-13

En la tabla anterior, podemos observar la diferencia que existe (en la demostración) entre ciertos elementos dielectricos dentro del capacitor.