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.

martes, 5 de abril de 2011

Actividad nº 6 - Amperimetro, Voltímetro y Ohmímetro

En esta entrada nos vamos a dedicar a la parte mas experimental, nos concentraremos en explicar cuales y que son los instrumentos de medición mas utilizados en el área de electricidad.

Amperímetro:
El Amperímetro es un instrumento que se utiliza para medir la intensidad de corriente que esta circulando por un determinado circuito. Sus unidades de medidas son Amperios, Miliamperios, Microamperios, etc.

En la actualidad, podemos clasificar este instrumento en dos tipos:

Los Amperimetros Analógicos utilizan una aguja que se mueve sobre una escala para poder saber la Intensidad y el Digital simplemente muestra el valor de la intensidad con una lectura mucha más fácil y cómoda.
Para utilizar un Amperimetro es necesario que este se conecte en Serie al punto donde se quiere medir. Al colocarlo así, toda la corriente del circuito circula por el amperímetro.
Mientras se conecta, debes tener cortada la corriente, y si existen condensadores dentro del circuito, descargarlos antes de colocarlo, puesto que si no lo haces podrías recibir una descarga en tu cuerpo.
Luego tenemos que especificar que tipo de corriente vamos a medir, Corriente Continua o Alterna. 

A=Amperimetro  R=Resistencia   I=Intensidad y su respectiva Pila
Principios en que se basa el Amperímetro
"El amperímetro se basa en que la corriente eléctrica al circular por un cable forma un campo magnético cuyo valor depende de la intensidad de la corriente. La "fuerza" de ese campo se puede detectar por la fuerza sobre un imán situado en ese campo. Si al imán se le acopla una aguja que se mueve sobre una escala cuando gira el imán, ya tenemos un aparato que detecta el paso de corriente (galvanómetro) y si lo calibramos con resistencias internas para que se mueva más o menos según la intensidad de corriente, tenemos un amperímetro."
Bibliografía:
http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/electricidad3E/amperimetro4.htm

Voltimetro:
Así como el Amperimetro, el Voltimetro es un aparato o instrumento que nos permite medir en este caso el voltaje o diferencia de potencial entre los extremos de un elemento del circuito por el que hay paso de corriente.
Estos se pueden clasificar en cuatro tipos:





Para poder realizar la medición de la diferencia potencial, ambos puntos deben encontrarse de forma paralela. En la siguiente imagen podremos observar como:


Bibliografía:
http://es.wikipedia.org/wiki/Volt%C3%ADmetro
http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/electricidad3E/voltimetro.htm?5&1

Ohmímetro:
Ohmetro (Clic para ampliar)
Por ultimo, este aparato o instrumento, tambien llamado Óhmetro u Ohmniómetro lo utilizamos para medir la resistencia eléctrica de un conductor o cualquier otro elemento, como por ejemplo, el más común que son las Resistencias. Su unidad de Medida es Ohmnios.

Para utilizar el Ohmetro simplemente se deben colocar sus puntas en los extremos de las Resistencia como lo podremos observar en la siguiente imagen:

"Aunque se conoce el valor de una resistencia por el código de colores que va pintado en ella podemos conocer más exactamente su valor usando el ohmímetro."

 Bibliografía:
http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93hmetro
http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/electricidad3E/ohmimetro.htm?5&2