Manual de electricidad 2

EXPERIMENTOS DE ALUMNOS

MANUAL DE PRÁCTICAS

LABORATORIO PORTÁTILELECTRICIDAD 2

Micromisión Simón Rodríguez Ciencias Naturales Física Upata

ELECTRICIDAD 2 - P9900-4E

1 P3911-1J 1 núcleo en U con sistema de ajuste2 P3911-1P 2 ejes3 P3520-1A 2 electroscopio4 P3911-3H 2 soporte con toma STB5 P3520-2L 1 varilla de acrílico con orificio6 P3320-9B 1 lámpara de destellos7 P3520-2H 1 varilla de aluminio 150 mm8 P3520-2D 1 varilla de PVC 150 mm9 P3520-2M 1 varilla de PVC con orificio10 P3520-2A 1 varilla de acrílico 150 mm11 P3911-1L 2 placas polares12 P3911-1O 1 anillo conmutador13 P3911-1R 1 anillo continuo14 P3911-1N 2 escobillas para motor/generador15 P3911-1K 1 núcleo de hierro, L =50mm16 P3410-2A 1 esfera modelo de la Tierra (para geo-magnetismo)17 P3911-3F 1 aguja con clavija18 P3410-5M 1 brújula19 P3410-1L 2 bandejas Portaimanes20 P3520-2E 1 paño de polietileno21 P3520-1D 2 papel de aluminio22 P3410-2C 1 sonda magnética23 P3911-1Q 1 portaimanes giratorio24 P3410-1K 2 barra imantada, D= 10 mm, L= 50 mm25 P3410-2M 1 casquillo soporte para imanes26 P3410-2E 4 varilla de hierro segmentada27 P3410-2F 1 estuche con limaduras de hierro

1 cubierta del estuche28 P2420-1A 1 lámina bimetálica29 P1810-1B 1 lámina de latón30 P3911-3E 1 varilla de contacto31 P1810-1A 1 lámina de acero 0.2 mm32 P3911-3J 1 resistencia de calentamiento STB33 P3911-1T 1 motor STB34 P3910-2S 1 interruptor STB35 P3910-2C 1 lámpara fluorescente STB36 P3911-2J 1 portabobina STB 800 esp37 P3911-2K 1 portabobina STB 2 x 800 esp.38 P3911-2R 1 bobina azul 800 esp.39 P3911-2S 1 bobina roja 2x800 esp.

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MAGNETISMO – ÍNDICE 1. INTERACCIÓN MAGNÉTICA MAG 1.1 Imanes, polos magnéticos MAG 1.2 Interacción de polos magnéticos MAG 1.3 Fuerza de atracción magnética MAG 1.4 Acción a distancia de un imán 2. INDUCCIÓN MAGNÉTICA, IMANES ELEMENTALES MAG 2.1 Influencia magnética MAG 2.2 Creación de un imán MAG 2.3 La parte interior de una barra imantada MAG 2.4 Imanes elementales 3. CAMPO MAGNÉTICO MAG 3.1 Campo magnético de una barra imantada MAG 3.2 Líneas de fuerza magnéticas MAG 3.3 Cuadro de líneas de fuerza de una barra imantada MAG 3.4 Campo magnético entre polos magnéticos MAG 3.5 El campo magnético terrestre

FRUHMANN GmbH, 7372 Karl, Austria

ELECTROSTÁTICA – ÍNDICE ES 1.1 Barra frotada de PVC y de vidrio acrílico ES 1.2 Descarga a través de una lámpara de efluvios ES 1.3 Signo de una carga eléctrica ES 1.4 Conductores y no conductores ES 2.1 Efecto de las fuerzas entre cuerpos con carga ES 2.2 Experimento modelo para un electroscopio ES 2.3 Electroscopio ES 3.1 Electroscopio en un campo eléctrico ES 3.2 Compensación de cargas ES 3.3 Separación de carga a través de la influencia y de la neutralización ES 3.4 Jaula de Faraday ES 3.5 Aislante en el campo magnético- Polarización


ÍNDICE DE EXPERIENCIAS DE ELECTRICIDAD 2 Con el módulo experimental electricidad 2 (cajas P9900-4D y P9900-4E) se pueden realizar los siguientes experimentos: Todos los experimentos del módulo Electricidad I, y ELECTRICIDAD E 2.8 Resistencia varialble E 2.13.1 Regulación de intensidad de alumbrado mediante potenciómetro E 2.13.2 Potenciómetro sin carga E 2.13.3 Potenciómetro con carga E 2.14 Resistencia interna de los generadores. tensión en bornes E 2.15 Resistencia interna de un voltímetro E 2.16 Resistencia interna de un amperímetro E 2.17 Ampliación del alcance de medida de un voltímetro E 2.18 Ampliación del alcance de medida de un amperímetro E 2.19 Circuito de puentes de Wheatstone E 3.6 Protección por bimetal E 3.7 Termostato de bimetal E 3.8 Alarma contra incendios 4. TRABAJO Y POTENCIA E 4.1.1 Potencia de un electromotor E 4.2.1 Emisión de calor e intensidad E 4.2.2 Equivalente mecánico de la electricidad E 4.3 Equivalente en agua E 4.4 Trabajo mecáncio y potencia eléctrica 6. ELECTROMAGNETISMO E 6.1 La corriente eléctrica produce un campo magnético E 6.2 El campo magnético de una bobina E 6.3 Un interruptor accionado magnéticamente E 6.4 El relé E 6.5 Relé con contacto interruptor y contacto de reposo E 6.6 Circuito de interruptor automático E 6.7 Zumbador de corriente alterna E 6.8 Modelo de un fusible magnético 7. TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA EN ENERGÍA CINÉTICA E 7.1 Efecto motor de la energía eléctrica E 7.1.1 Fuerza de Lorenz E 7.2 Principio de un electromotor E 7.3 Modelo de un electromotor E 7.3.1 Motor de corriente continua E 7.4 Motor en serie E 7.5 Motor en derivación E 7.6 Modelo de un instrumento de medición de hierro móvil 8. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA E 8.1 Inducción E 8.1.1 Tensión de inducción E 8.2 Principio de un generador E 8.3 Generador de corriente alterna (Máquina de polo interior) E 8.4 Generador de corriente alterna (Máquina de polo exterior) E 8.5 Generador de corriente continua E 8.6 Generador con electroimán E 8.6.1 Máquina de polo interior con imán


E 8.7 Inducción con corriente continua E 8.8 Transformador E 8.9 Transformador 1 : 1 E 8.10 Transformador sin carga E 8.11 También la intensidad de corriente se transforma E 8.12 La bobina con una tensión continua E 8.13 Voltaje máximo por autoinducción E 8.13.1 Ley de lenz E 8.13.2 Efecto de freno por autoinducción E 8.14 La bobina en corriente alterna E 8.15 Resistencia en c.a. de una bobina E 8.16 Resistencia e inductividad en c.a. Los experimentos impresos en negrita son para alumnos de nivel superior.


MAG 1.1 IMANES, POLOS MAGNÉTICOS Material 1 aguja imantada 1 portaagujas 1 aguja con enchufe 1 barra imantada, cilíndrica Sujetapapeles Conoceremos algunas propiedades de los imanes. EXPERIMENTO 1 Colocamos la aguja imantada sobre el portaagujas y observamos la dirección en la cual se coloca la aguja. La aguja se coloca en dirección Norte-Sur. La parte azul de la aguja indica hacia el norte. Al extremo de la aguja imantada que indica hacia el norte lo llamamos Polo norte mientras que al otro extremo lo llamamos Polo sur. EXPERIMENTO 2 Acercamos un sujetapapeles a la barra imantada, primero en el centro del imán y luego a uno de los extremos. El sujetapapeles es atraído con mucha más fuerza por los extremos del imán que por el centro del mismo. EXPERIMENTO 3 Tomamos tres sujetapapeles y probamos si se atraen mutuamente y si se quedan pegados unos con otros. Si los sujetapapeles se quedan pegados, entonces es mejor que los cambiemos por otros sujetapapeles, los cuales por el momento no se adhieran unos a otros. Suspendemos los sujetapapeles en una fila de un polo de la barra imantada. Los sujetapapeles permanecen pegados unos a otros aún cuando retiramos del imán el sujetapapeles superior. El hecho de que los sujetapapeles también permanecen pegados unos a otros nos indica que ellos mismos se han vuelto imanes. CONCLUSIONES

1. Un imán que puede girar alrededor de un eje, se orienta dirección Norte-Sur (por ejemplo, la aguja imantada de una brújula).

2. El hierro es atraído por los imanes, volviéndose magnético el mismo. 3. La fuerza de atracción del imán es máxima en los polos del mismo.


MAG 1.2 INTERACCIÓN DE POLOS MAGNÉTICOS Material 1 portaagujas 1 aguja con enchufe 1 aguja imantada 2 barras imantadas 1 pie soporte para barra imantada 1 pie soporte para barra imantada Estudiaremos el efecto que dos imanes tienen el uno sobre el otro. EXPERIMENTO Colocamos la aguja imantada sobre el portaagujas y aguardamos hasta que se coloque en posición Norte-Sur. El extremo azul de la aguja es el polo norte. Acercamos la barra imantada a la aguja imantada. Mientras tanto sostenemos la barra imantada de tal manera que la parte roja de la barra imantada (polo norte) dé hacia el polo norte de la aguja imantada; entonces le damos vuelta al imán y lo acercamos con el otro lado. Repetimos el procedimiento con el otro polo magnético de la aguja imantada. Anotamos los efectos de las fuerzas observados: El polo norte de la aguja y el polo norte de la barra imantada se repelen uno al otro. El polo norte de la aguja y el polo sur de la barra imantada…… El polo sur de la aguja y el polo sur de la barra imantada …… El polo sur de la aguja y el polo norte de la barra imantada …… EXPERIMENTO 2 Colocamos una barra imantada sobre el pie de soporte, colocando éste sobre la masa. Ahora acercamos la barra imantada que se encuentra sobre el pie a la otra barra imantada; primero la acercamos con el polo magnético del mismo signo y luego con el polo de distinto signo. El pie con el imán se alejan. Probamos todas las posibilidades y comparamos las observaciones hechas en el primer experimento. CONCLUSIÓN Polos magnéticos de distinto signo se atraen mientras que polo magnéticos de igual signo se repelen.


MAG 1.3 FUERZA DE ATRACCIÓN MAGNÉTICA Material 1 barra imantada 1 núcleo hierro, cilíndrico 1 pie soporte para barras imantadas 1 sujetapapeles Estudiaremos la fuerza de atracción que un imán tiene sobre el hierro. EXPERIMENTO 1 Colocamos un sujetapapeles sobre la mesa y acercamos a éste la barra imantada. Como esperábamos, el sujetapapeles es atraído por la barra imantada y se desplaza hacia la misma. EXPERIMENTO 2 Colocamos la barra imantada sobre la mesa y acercamos a ésta lentamente desde arriba una aguja imantada. Al existir poca distancia entre el sujetapapeles y el imán, éste es atraído por el sujetapapeles y permanece adherido al mismo. Por lo tanto, el hierro atrae a los imanes, la fuerza de atracción no se da solamente por parte del imán. Existe una interacción entre el imán y el hierro. EXPERIMENTO 3 Colocamos el núcleo cilíndrico de hierro sobre el pie de soporte para la barra imantada. Si acercamos la barra imantada, el núcleo de hierro junto con el pie de soporte se mueven hacia el imán. Colocamos ahora la barra imantada sobre el pie de soporte y acercamos el núcleo de hierro. Ahora se mueve el imán hacia el núcleo de hierro. CONCLUSIÓN La atracción magnética es una interacción entre un imán y el hierro. El hecho de que el pedazo de hierro se mueva hacia el imán o viceversa depende solamente de qué cuerpo se pueda mover y qué cuerpo permanezca fijo.


MAG 1.4 ACCIÓN A DISTANCIA DE UN IMÁN Material 1 riel soporte 1 varilla 25 cm 1 jinete con tornillo de apriete 1 nuez 1 barra imantada 1 clip de oficina 1 placa de hierro 1 hilo 1 tijeras Con ayuda de un imán vamos a dejar un clip en suspensión, y vamos a investigar el alcance de la fuerza de atracción magnética. EXPERIMENTO 1 Fijamos la varilla en el riel de soporte y sujetamos sobre ella la nuez. En la nuez se fija por el centro el imán de barra. Al lado de la varilla, fijamos el jinete sobre el riel soporte. Atamos un extremo de un hilo de 15 cm de largo aprox. al clip, y en el otro extremo hacemos una lazada. Con esta lazada enganchamos el hilo en el tornillo de apriete del jinete. Colocamos el clip bajo el imán. La altura del imán se regula de manera que el clip no toque el imán. Cuando se suelta el clip, éste queda suspendido bajo el imán. La fuerza de atracción magnética es mayor que la fuerza peso. EXPERIMENTO 2 Elevamos la nuez con el imán. Para una determinada altura, el clip se cae. La fuerza de atracción magnética es más débil a mayor distancia del imán. A esta distancia ya no es mayor que el peso del clip. Giramos el imán lateralmente con ayuda de la nuez. El clip se desplaza en la misma dirección, mientras la distancia no sea muy grande. EXPERIMENTO 3 Sujetamos ente el imán y el clip en suspensión un papel y después una escuadra de plástico. La fuerza de atracción del imán atraviesa estos cuerpos. Entonces sujetamos una placa polar de hierro entre el clip y el imán. El clip se cae. La placa de hierro apantalla la fuerza magnética que actúa sobre el clip. Incluso disminuyendo la distancia entre el imán y el clip, éste no se puede mantener suspendido. CONCLUSIONES

1. La fuerza magnética puede elevar un cuerpo contra la gravedad. 2. La fuerza magnética depende de la distancia al imán: es menor cuanto mayor es la distancia. 3. La fuerza magnética es apantallada por una lámina de hierrro, mientras que que atraviesa el

papel, el plástico y la mayoría de los demás metales (excepto níquel y cobalto). INDICACIÓN Podemos comprobar que la atracción magnética atraviesa el plomo, aluminio y cinc usando el juego de electrodos de placa.


MAG 2.1 INFLUENCIA MAGNÉTICA Material 1 riel soporte 1 varilla soporte 10 cm 1 varilla soporte 25 cm 1 nuez 1 barra imantada, cilíndrica Sujetapapeles Estudiaremos la interacción entre el imán y el hierro y encontraremos una explicación. EXPERIMENTO Sujetamos la varilla de soporte 25 cm al riel de soporte y fijamos arriba sobre la varilla la nuez. Fijamos la varilla de soporte 10 cm aproximadamente en el centro de la nuez. Colocamos en la mano abierta algunos sujetapapeles y los sostenemos bien cerca bajo la varilla de soporte de hierro. Entonces acercamos con la otra mano desde arriba la barra imantada a la varilla de soporte. Los sujetapapeles son atraídos por la varilla de soporte y se adhieren a ella y entre ellos. Si retiramos de nuevo el imán, los sujetapapeles se caen y ya no se adhieren ni siquiera al tocar la varilla de soporte. Por lo tanto, la varilla de soporte así como los sujetapapeles muestran ellos mismos propiedades magnéticas. O sea, que se comportan como que ellos mismos fueran imanes. CONCLUSIÓN Un cuerpo de hierro se convierte él mismo en un imán al encontrarse cerca de un imán. Tan pronto como retiramos el imán, el cuerpo de hierro pierde sus cualidades magnéticas de nuevo. A este proceso le llamamos influencia magnética.


MAG 2.2 CREACIÓN DE UN IMÁN Material 1 barra imantada 1 núcleo de hierro 1 aguja imantada 1 portaagujas 1 aguja con enchufe Convertimos el núcleo de hierro en un imán. EXPERIMENTO Colocamos por medio de la aguja con enchufe la aguja imantada sobre el portaagujas. Probamos por medio de la aguja imantada si la barra de hierro es no magnética. En ese caso, la barra no deberá repeler a ninguno de los dos polos de la aguja imantada. Si ese no es el caso, porque la barra de hierro posee un magnetismo restante de experimentos anteriores, marcamos el polo norte del imán débil. Después de magnetizar la barra de hierro, el polo norte deberá encontrarse al otro lado. Pasamos varias veces sobre la barra de hierro con la barra imantada, siempre en la misma dirección. Entonces acercamos la barra de hierro sucesivamente con ambos extremos de la aguja imantada, determinando la polición del polo norte del nuevo imán por medio de la repulsión mútua entre los polos del mismo signo. Repetimos el experimento y magnetizamos la barra de hierro de nuevo, esta vez en la dirección contraria. CONCLUSIÓN Podemos magnetizar una barra de hierro por medio de un imán. Dependiendo de la clase de hierro, el magnetismo adquirido puede ser permanente o no (sin tomar en cuenta, un débil magnetismo remanente).


MAG 2.3 LA PARTE INTERIOR DE UNA BARRA IMANTADA Material 1 barra imantada 4 pernos roscados 1 aguja imantada 1 portaagujas 1 aguja con enchufe ¿Qué sucede con las partes de un imán?¿Obtenemos con ellas polos magnéticos separados? EXPERIMENTO Colocamos por medio de la aguja con enchufe la aguja imantada sobre el portaagujas. Atornillamos los cuatro pernos roscados conjuntamente y nos aseguramos por medio de la aguja imantada que la barra de hierro no sea magnética. Entonces magnetizamos la barra pasando varias veces la barra imantada, siempre en la misma dirección. Determinamos la posición del polo norte del nuevo imán por medio de la aguja imantada. Aquél es repelido por el polo norte de la aguja imantada. Partimos la barra de hierro por la mitad y probamos por medio de la aguja imantada si ambas partes también son imanes. Determinamos la posición del polo norte. Seguimos partiendo y observamos que hemos obtenido 4 imanes con polo norte y polo sur respectivamente. CONCLUSIÓN Las partes de una barra imantada son también imanes con polo norte y sur. No se forman polos magnéticos separados sino que siempre dipolos.


MAG 2.4 IMANES ELEMENTALES Material 1 barra imantada 1 aguja imantada 1 portaagujas 1 aguja con enchufe 1 tubo de plástico con limaduras de hierro Investigaremos qué es lo que cambia en el interior de un cuerpo de hierro cuando lo magnetizamos. Como modelo utilizamos un tubito de plástico con limaduras de hierro. EXPERIMENTO Colocamos la aguja con enchufe en su portaagujas, y sobre ella, la aguja imantada. Agitamos las limaduras de hierro dentro del tubito cerrado de plástico. Entonces acercamos el tubito por medio de la parte inferior a la aguja magnética y observamos que ambos polos de la aguja imantada son atraídos por las limaduras de hierro. Pasamos varias veces, siempre en la misma dirección, la barra imantada desde abajo por el tubito con las limaduras de hierro. Mientras tanto, podemos observar cómo se mueven las limaduras de hierro en una dirección única. Después acercamos con cuidado (sin agitar) la parte inferior del tubito de plástico a la aguja imantada. Observamos que ahora un polo de la aguja imantada es repelido por las limaduras de hierro. El tubito con las limaduras de hierro se ha convertido en un imán. Agitando las limaduras de hierro, el tubito se vuelve de nuevo no magnético, debido a que las limaduras de hierro se encuentran de nuevo en direcciones completamente diferentes. CONCLUSIÓN Al magnetizar un cuerpo de hierro, los imanes elementales pequeñísimos que en el se encuentran se colocan de tal manera que formen un gran imán único. Si los imanes elementales se encuentran en desorden, desde afuera es imposible observar un magnetismo, es debido a que se anulan sus efectos.


MAG 3.1 CAMPO MAGNÉTICO DE UNA BARRA IMANTADA Material 1 barra imantada 1 sonda de campo magnético Intentaremos describir el alcance del efecto de un imán. EXPERIMENTO La sonda de campo magnético contiene una pequeña barra imantada, la cual se encuentra fija de tal manera que puede girar en todas las direcciones. Dicha barra imantada es obligada a girar en una dirección determinada debido a las interacciones entre los polos magnéticos de ella y de la barra imantada grande. Con ayuda de esta barra imantada sondeamos el espacio alrededor de la barra imantada. Dicha posición proporciona la trayectoria del campo de fuerza magnética, el cual representamos por líneas de fuerza magnética. Con ayuda de la sonda de campo magnético podemos construir una imagen en el espacio del campo magnético alrededor de una barra imantada. Las líneas de fuerza magnéticas corren del Polo norte al Polo sur. Esta es la dirección en la que se coloca el imán de la sonda. CONCLUSIÓN El campo magnético alrededor de una barra imantada puede ser representado por medio de líneas de fuerza. Así obtenemos el alcance del efecto de un imán determinado.


MAG 3.2 LÍNEAS DE FUERZA MAGNÉTICAS Material 1 barra imantada 1 pie soporte para barras imantadas Sujetapapeles Construiremos con sujetapapeles una cadena magnética que se eleva sobre la barra imantada. EXPERIMENTO Colocamos la barra imantada sobre el pie de soporte. Colocamos ésta sobre la mesa de tal manera que el imán se encuentre cubierto por ella. Colocamos una fila de sujetapapeles en la concavidad al lado del imán. Sostenemos en un extremos del imán cubierto algunos sujetapapeles de manera que formen una cadena hasta el otro extremo del imán. Los sujetapapeles se colocan de tal manera que la cadena nos indica la dirección de las líneas de fuerza magnéticas. Cada sujetapapeles se convierte él mismo en un pequeño imán, el cual se ordena correspondientemente en el campo magnético de la barra imantada. CONCLUSIÓN Los imanes pequeños se ordenan en el campo de fuerza de un imán a lo largo de las líneas de campo.


MAG 3.3 CUADRO DE LÍNEAS DE FUERZA DE UNA BARRA IMANTADA Material 1 barra imantada 1 pie soporte para barras imantadas 2 jinetes para rieles de soporte Limaduras de hierro 1 cartulina Podemos hacer visible por medio de limaduras de hierro sobre una cartulina el campo magnético alrededor de una barra imantada. EXPERIMENTO Colocamos la barra imantada sobre el pie de soporte. Colocamos al lado del pie de soporte los dos jinetes a la izquierda y a la derecha. Colocamos la cartulina sobre los jinetes. No debemos tocar el imán. Esparcimos con cuidado limaduras de hierro sobre la cartulina y observamos qué posición toman. Golpeando la cartulina podemos facilitar la colocación de las limadruas de hierro. Las limaduras de hierro se colocan de tal manera que indican la trayectoria de las líneas de fuerza magnéticas. Giramos el imán bajo la cartulina 90 grados y golpeamos de nuevo la cartulina. Las limaduras de hierro nos indican el campo magnético ahora girado. A continuación colocamos de nuevo las limaduras de hierro en el recipiente. CONCLUSIÓN Las limaduras de hierro se ordenan a lo largo de las líneas de fuerza magnéticas y así forman una representación o espectro del campo magnético (en un plano).


MAG 3.4 CAMPO MAGNÉTICO ENTRE POLOS MAGNÉTICOS Material 2 barras imantadas 2 pies soporte para barras imantadas 2 jinetes para riel de soprte Limaduras de hierro Cartulina Conoceremos el campo magnético entre polos magnéticos. EXPERIMENTO 1 Colocamos cada barra imantada en su pie soporte, colocando éstos sobre la mesa, de tal manera, que los polos magnéticos opuestos se encuentren uno frente al otro. Colocamos los jinetes al lado de los pies soporte, a la izquierda y a la derecha. Colocamos la cartulina sobre los jinetes. Esparcimos con cuidado limaduras de hierro sobre la cartulina, golpeando la cartulina para así facilitar el movimiento de las limaduras, obteniendo la visualización de las líneas del campo magnético entre polos magnéticos de distinto signo. Entonces echamos de nuevo las limaduras de hierro en el recipiente. EXPERIMENTO 2 Repetimos el experimento, colocando esta vez los polos magnéticos iguales se encuentren uno frente al otro. Esparcimos de nuevo las limaduras para obtener la nueva representación del campo. CONCLUSIÓN Al tener polos magnéticos de cargas distintas, las líneas de fuerza magnéticas se encuentran dirigidas de un polo hacia el otro. Al tener polos magnéticos de cargas del mismo signo, las líneas de fuerza se desplazan hacia afuera unas a otras.


MAG 3.5 EL CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE Material 1 barra imantada 1 esfera para magnetismo terrestre 1 sonda de campo magnético Ilustraremos el campo magnético terrestre con ayuda de un modelo. EXPERIMENTO Sostenemos la esfera con la abertura hacia arriba. Esta abertura nos indicará la posición del polo norte geográfico. Introducimos en la abertura la barra imantada con el polo norte (la parte roja)hacia abajo. Sondeamos el espacio alrededor de la „Tierra“ con la sonda de campo magnético. Así podemos observar porqué el polo norte de una aguja imantada apunta hacia el norte. La inclinación del imán de la sonda de campo magnético nos indica la inclinación (inclinación magnética) en el lugar respectivo. CONCLUSIÓN La Tierra posee un campo magnético, el cual está formado como el campo magnético de una barra imantada. El polo sur magnético se encuentra en la región del polo norte geográfico.


ES 1.1 ELECTRIZACIÓN POR FROTAMIENTO Material 1 barra de PVC 1 barra de vidrio acrílico 1 lámina de plástico Pedazos pequeños de papel Trapo de lana Estudiaremos los fenómenos eléctricos, como por ejemplo los que se dan al peinar pelo lavado recientemente. También las fibras artificiales, las cuales se encuentran en muchas sustancias, muestran propiedades „eléctricas“. PREPARACIÓN Cortamos unos cuantos pedazos de papel y los colocamos sobre la mesa. En lugar del trapo de lana podemos utiizar también el jersey para frotar la barra de PVC. EXPERIMENTO 1 Frotamos la barra de PVC con el trapo de lana (o bien con el jersey) y lo sostenemos entonces sobre los pedazos de papel. No debemos tocar los pedazos de papel. ¿Qué podemos observar? Sostenemos la barra frotada de PVC cerca del pelo. ¿Qué observamos? EXPERIMENTO 2 Frotamos la barra de vidrio acrílico con la lámina de plástico. Entonces sostenemos la barra frotada de vidrio acrílico sobre los pedazos de papel. Procedemos exactamente como con la barra frotada de PVC. Sostenemos también la barra frotada de vidrio acrílico contra el pelo. CONCLUSIÓN Una barra de PVC frotada con un trapo de lana y una barra de vidrio acrílico frotada con una lámina de plástico pueden atraer cuerpos pequeños, como por ejemplo pedazos de papel o pelos. Por lo tanto, realizan una fuerza que es mayor que el peso de los pedazos de papel.


ES 1.2 DESCARGA A TRAVÉS DE UNA LÁMPARA DE EFLUVIOS Material 1 barra de PVC 1 barra de vidrio acrílico 1 lámina de plástico 1 lámpara de efluvios Mostraremos con ayuda de una lámpara de efluvios que el efecto de la fuerza de una barra frotada de PVC o el de una barra frotada de vidrio acrílico es un fenómento eléctrico. EXPERIMENTO Frotamos la barra de PVC con un trapo de lana (o con el jersey) y entonces sostenemos la lámpara de efluvios cerca de la barra frotada de PVC. Para lo mismo, sostenemos la lámpara de efluvios por un casquete metálico mientras que el otro casquete metálico toca la barra de PVC. Un electrodo de la lámpara de efluvios se enciende brevemente. Ahora frotamos la barra de vidrio acrílico con la lámina de plástico. Tocamos la barra frotada de vidrio acrílico con la lámpara de efluvios. Ahora se enciende el otro electrodo de la lámpara de efluvios. CONCLUSIÓN Podemos encender brevemente una lámpara de efluvios por medio de una barra frotada de PVC o bien por medio de una barra frotada de vidrio acrílico. Cada vez se enciende solamente un electrodo; el electrodo que se enciende con la barra de vidrio acrílico es distinto al que se enciende con la barra de PVC. En las barras frotadas se encuentran cargas eléctricas, las cuales fluyen a través de la lámpara de efluvios y a través de nuestro cuerpo.


ES 1.3 SIGNO DE UNA CARGA ELÉCTRICA Material 1 barra de PVC 1 barra de vidrio acrílico 1 lámpara de efluvios 1 lámina de plástico Trapo de lana El experimento nos mostrará los signos que podemos atribuirles a las cargas eléctricas de la barra de PVC y de la barra de vidrio acrílico. EXPERIMENTO Frotamos la barra de PVC con un trapo de lana (o bien con el jersey) y luego la tocamos con la lámpara de efluvios. Para lo mismo, sostenemos la lámpara de efluvios por uno de sus casquetes metálicos mientras que con el otro casquete metálico tocamos la barra de PVC. El electrodo de la lámpara de efluvios, el cual toca a la barra de PVC, se enciende brevemente. En una lámpara de efluvios, el electrodo que se enciende es el que constituye el polo negativo. Por lo tanto asignamos un signo negativo a la carga eléctrica de la barra de PVC y así hablamos de una carga eléctrica negativa en la barra de PVC. Ahora frotamos la barra de vidrio acrílico con la lámina de plástico. Al tocar la barra de vidrio acrílico con la lámpara de efluvios deberá encenderse ahora el electrodo que se encuentra alejado de la barra de vidrio acrílico. Asignamos un signo positivo a la carga eléctrica de la barra de vidrio acrílico y así hablamos de una carga eléctrica positiva en la barra de vidrio acrílico. CONCLUSIÓN Ya que en una lámpara de efluvios se enciende siempre el electrodo que constituye el polo negativo, podemos con su ayuda determinar el signo de la carga eléctrica de una barra frotada de PVC o bien de una barra frotada de vidrio acrílico. INDICACIÓN El signo de una carga de una barra de PVC o de una barra de vidrio acrílico está determinado por el „material del instrumento frotador“. Es posible que una barra de vidrio acrílico se cargue negativamente si la frotamos con un material apropiado.


ES 1.4 CONDUCTORES Y NO CONDUCTORES Material 1 barra de PVC 1 barra de vidrio acrílico con dos perforaciones 1 aguja con enchufe 1 portaagujas 1 barra de aluminio 1 lámpara de efluvios Trapo de lana El experimento nos mostrará porqué no es posible cargar eléctricamente una barra de aluminio frotándola con otro material. PREPARACIÓN Fijamos la aguja con enchufe en el portaagujas. Sobre la aguja colocamos la barra de vidrio acrílico con las dos perforaciones. Fijamos en la perforación superior de la barra de vidrio acrílico la barra de aluminio, procurando colocarla en el centro aproximadamente. EXPERIMENTO 1 Frotamos la barra de PVC con un trapo de lana (o bien con un jersey) y entonces la tocamos con la lámpara de efluvios. Para lo mismo, sostenemos la lámpara de efluvios por uno de sus casquetes metálicos mientras que con el otro casquete metálico tocamos la barra de PVC. Un electrodo de la lámpara de efluvios se enciende brevemente. Ahora tocamos con la lámpara de efluvios en otro lugar de la barra de PVC. Mientras esté suficientemente cargada, la lámpara de efluvios sólo se encenderá veces sucesivas tocando en sitios diferentes. Sin embargo, la lámpara de efluvios sólo podrá encenderse si tocamos sobre el lugar de la barra de PVC que anteriormente ha sido frotado con el trapo de lana. EXPERIMENTO 2 Frotamos la barra de PVC con un trapo de lana y entonces tocamos la barra de aluminio con la barra cargada de PVC. Entonces sostenemos, por uno de sus casquillos, la lámpara de efluvios y tocamos con el otro en la barra de aluminio. La lámpara se enciende brevemente. Sin embargo no es posible volver a encender la lámpara de efluvios por segunda vez. Óbviamente, las cargas eléctricas han abandonado la barra de aluminio al encenderse la lámpara de efluvios por primera vez. Además da lo mismo en qué lugar tocamos la barra de aluminio con la lámpara de efluvios. CONCLUSIÓN Las cargas eléctricas no se pueden mover en una barra de PVC. En una barra de aluminio, las cargas eléctricas pueden desplazarse, y lo hacen inmediatamente al tocar la barra con una lámpara de efluvios.


ES 2.1 FUERZAS ENTRE CUERPOS CARGADOS Material 1 barra de PVC 1 barra de PVC con perforación 1 barra de vidrio acrílico 1 aguja con enchufe 1 portaagujas 1 lámina de plástico Estudiaremos el efecto recíproco de la fuerza entre dos cuerpos cargados eléctricamente. PREPARACIÓN Fijamos la aguja con enchufe en el portaagujas. Más tarde colocaremos sobre la aguja la barra de PVC con perforación. EXPERIMENTO Frotamos la barra de PVC con perforación con un trapo de lana (o bien con un jersey) y luego la colocamos sobre la aguja. Observamos qué lado de la barra de PVC se ha cargado y qué lado hemos sostenido con la mano. Entonces frotamos la segunda barrade PVC con el trapo de lana y acercamos la barra frotada de PVC a la barra de PVC cargada, la cual se encuentra fija de manera que pueda girar. Cuando acercamos la barra de PVC al extremo cargado de la barra de PVC fija de manera que pueda girar, ésta es claramente repelida. Repetimos el experimento con la barra de vidrio acrílico, la cual hemos frotado con la lámina de plástico. Al acercar la barra de vidrio acrílico cargada a la barra de PVC fija de manera que pueda girar, la barra de PVC es atraída. CONCLUSIÓN El efecto de las fuerzas entre cargas eléctricas no es igual. Las cargas con signos iguales se repelen mientras que las cargas con signos distintos se atraen.


ES 2.2 EXPERIMENTO MODELO PARA UN ELECTROSCOPIO Material 1 barra PVC 1 barra vidrio acrílico dos perforaciones 1 barra aluminio 1 aguja con enchufe 1 portaagujas 2 plaquitas aluminio Trapo de lana El experimento nos mostrará cómo podemos determinar una carga eléctrica. PREPARACIÓN Fijamos la aguja con enchufe en el portaagujas. Colocamos sobre la aguja la barra de vidrio acrílico con dos perforaciones. En la perforación superior de la barra de vidrio acrílico fijamos la barra de aluminio, cuidando de que permanezca en el centro aproximadamente. Suspendemos dos plaquitas de aluminio de la barra de aluminio. Estas deberán poder girarse fácilmente, sin estorbarse mutuamente. EXPERIMENTO Frotamos la barra de PVC con un trapo de lana (o bien con un jersey). Entonces tocamos la barra de aluminio con la barra frotada de PVC. Las plaquitas de aluminio se alejan una de la otra. Se repelen mutuamente debida a que poseen cargas con signos iguales. Frotamos por segunda vez la barra de PVC con el trapo de lana y tocamos nuevamente la barra de aluminio. ¿Cómo se comportan las plaquitas de aluminio? CONCLUSIÓN El efecto de repulsión entre cuerpos cargados con el mismo signo es proporcional al valor de la carga y puede ser utilizado para medirla.


ES 2.3 ELECTROSCOPIO Material 1 barra de PVC 1 barra de cristal acrílico 1 estribo para electroscopio 1 portaagujas 1 lámina de plástico 1 aguja para electrosc. Trapo de lana El electroscopio nos permite determinar si los cuerpos están cargados o no, y poder comparar sus cargas. En este experimento conoceremos el manejo de un electroscopio simple. PREPARACIÓN Fijamos el electroscopio en el portaagujas. Suspendemos del estribo la aguja para electroscopio. Tocamos con la mano el estribo metálico del electroscopio para así asegurarnos de que no esté cargado eléctricamente. EXPERIMENTO Frotamos la barra de PVC con un trapo de lana (o bien con el jersey) y tocamos el estribo de electroscopio con la barra frotada de PVC. La aguja se mueve alejándose del estribo metálico. El electroscopio indica la carga eléctrica. La aguja es repelida debido a que la aguja y el estribo metálico poseen cargas con el mismo signo. Podemos también tocar el electroscopio varias veces con la barra de PVC. De esta manera podemos remover las cargas eléctricas de la barra de PVC. A continuación debemos descargar el electroscopio tocándolo con la mano. Cargando con diferente intensidad la barra de PVC y el electroscopio podemos aumentar o disminuir el movimiento de la aguja. Entonces repetimos el experimento con la barra de vidrio acrílico, la cual cargamos con la lámina de plástico. CONCLUSIÓN En un electroscopio que indica cargas eléctricas, la repulsión mútua de cuerpos con cargas del mismo signo provoca un movimiento de la aguja. Cuando más se aleje la aguja del estribo metálico mayor será la carga eléctrica.


ES 3.1 ELECTROSCOPIO EN UN CAMPO ELÉCTRICO Material 1 barra de PVC 1 barra de vidrio acrílico 1 estribo para electroscopios 1 aguja para electroscopios 1 portaagujas 1 lámina de plástico Trapo de lana En este experimento observaremos que un cuerpo cargado eléctricamente también muestra sus efectos en el espacio alrededor de él. PREPARACIÓN Fijamos el electroscopio en el portaagujas. Suspendemos del estribo la aguja para electroscopio. Tocamos con la mano el estribo metálico del electroscopio para así asegurarnos de que no esté cargado eléctricamente. EXPERIMENTO Frotamos la barra de PVC con un trapo de lana (o bien con el jersey) y la acercamos al electroscopio. El electroscopio indica una carga eléctrica aunque no ha sido tocado por la barra de PVC. Si retiramos la barra cargada de PVC de la cercanía del electroscopio, la aguja del electroscopio regresa a su lugar. Repetimos el experimento con la barra de vidrio acrílico, la cual cargamos previamente con la lámina de plástico. CONCLUSIÓN Un electroscopio muestra una carga eléctrica en la cercanía de una barra cargada de PVC o de una barra cargada de vidrio acrílico. El hecho de que la aguja regresa a su lugar después de retirar la barra cargada nos indica que la carga indicada ya se encontraba en el electroscopio mismo y que por lo tanto no proviene ni de la barra frotada de PVC ni de la barra frotada de vidrio acrílico. EXPLICACIÓN Las cargas de un cuerpo cambian de lugar al encontrarse aquel en la cercanía de una barra cargada de PVC o de vidrio acrílico. El cuerpo presenta entonces sus extremos cargados. Cuando retiramos la causa de este movimiento de cargas, éstas toman de nuevo sus lugares originales y el cuerpo aparece de nuevo sin carga.


ES 3.2 COMPENSACIÓN DE CARGAS Material 1 barra PVC 1 barra vidrio acrílico 2 estribos para electroscopio 2 portaagujas 1 barra vidrio acrílico con dos perforaciones 1 barra de aluminio 1 lámina de plástico Trapo de lana Estudiaremos el comportamiento de cuerpos cargados eléctricamente cuando se encuentran unidos conductivamente. PREPARACIÓN Aseguramos la barra de aluminio a la perforación transversal de la barra de vidrio acrílico, de manera que la barra de vidrio acrílico sirva de apoyo a la barra de aluminio. Llamamos a esta combinación formada por la barra de vidrio acrílico y la barra de aluminio „descargador“. Fijamos ambos estribos para electroscopio al portaagujas. Suspendemos del estribo las agujas para electroscopio. Tocamos con la mano los estribos metálicos del electroscopio para así asegurarnos de que no están cargados eléctricamente. Colocamos ambos electroscopios de tal manera que el descargador pueda colocarse sobre los estribos metálicos. EXPERIMENTO 1 Frotamos la barra de PVC con un trapo de lana (o bien con el jersey) y cargamos el electroscopio con aquella. A continuación, frotamos la barra de vidrio acrílico con la lámina de plástico y cargamos el segundo electroscopio. Si el desplazamiento de la aguja es aproximadamente el mismo en ambos electroscopios, esto quiere decir que la carga será muy parecida. Al unirlos con el descargador, la aguja caerá en ambos electroscopios regresa la aguja. Por lo tanto, la barra de aluminio, como unión conductiva, ha conducido a una compensación de cargas entre los electroscopios cargados con signo distinto. EXPERIMENTO 2 Cargamos ambos electroscopios con la barra cargada de PVC, pero con intensidad distinta. ¿Qué pasaría si uniéramos ambos electroscopios por medio del descargador? RESULTADO La unión conductiva causa que la carga se distribuya uniformemente en ambos electroscopios. Por lo tanto, ambos electroscopios muestran la misma carga eléctrica. ¿Cómo sería el movimiento de la aguja de los electroscopios si éstos estuvieran cargados con signos distintos pero con diferentes intensidades? CONCLUSIÓN Cargas de distinto signo pueden neutralizarse mútuamente si los dos cuerpos poseen la misma intensidad de carga. Si unimos conductivamente cuerpos con cargas del mismo signo, la carga se distribuye uniformemente en ambos cuerpos. También con cargas de distinto signo de distinta intensidad de carga podemos obtener una distribución uniforme de la carga restante uniendo los cuerpos conductivamente.


ES 3.3 SEPARACIÓN DE CARGAS. LA INFLUENCIA ELÉCTRICA Material 1 barra de PVC 2 estribos para electrosc. 2 agujas para electrosc. 2 portaagujas 1 barra de vidrio acrílico con dos perforaciones 1 barra de aluminio Trapo de lana En este experimento estudiaremos los efectos de barras cargadas de PVC y de vidrio acrílico en el espacio alrededor de ellas. PREPARACIÓN Aseguramos la barra de aluminio a la perforación transversal de la barra de vidrio acrílico, de manera que la barra de vidrio acrílico sirva de apoyo a la barra de aluminio. Llamamos a esta combinación formada por la barra de aluminio y la barra de vidrio acrílico „descargador“. Fijamos ambos estribos para electroscopio al portaagujas. Suspendemos del estribo las agujas para electroscopio. Tocamos con la mano los estribos metálicos del electroscopio para así asegurarnos de que no están cargados eléctricamente. Colocamos ambos electroscopios de tal manera que el descargador pueda colocarse sobre los estribos metálicos. Colocamos el descargador. EXPERIMENTO 1 Frotamos la barra de PVC con un trapo de lana (o bien con el jersey). Acercamos la barra cargada de PVC a uno de los electroscopios, sin tocarlo. Ambos electroscopios indican una carga eléctrica. Si retiramos la barra de PVC, la aguja en ambos electroscopios cae indicándonos que están descargados. Acercamos la barra cargada de PVC de nuevo a uno de los dos electroscopio y retiramos el descargador mientras la barra de PVC todavía se encuentre cerca del electroscopio. Entonces retiramos la barra de PVC. Ahora la aguja en ambos electroscopios ya no regresa a su lugar. Las posiciones de las agujas indican una carga eléctrica. Ya que la carga no es posible que provenga de la barra cargada de PVC (ésta no ha tocado al electroscopio) sólo es posible que provenga del desplazamiento de cargas ya existentes dentro de los electroscopios unidos conductivamente. Estudiaremos esto en el segundo experimento las cargas indicadas. EXPERIMENTO 2 Unimos de nuevo los electroscopios que poseen una carga de una intensidad aproximadamente igual con el descargador. Inmediatamente regresa la aguja en ambos electroscopios a su lugar. Las cargas de ambos electroscopios tenían obviamente por lo tanto cargas con signos distintos, de manera que a través de la unión conductiva se produjo una compensación de cargas, quedando ambos electroscopios sin carga. Se produjo una neutralización de cargas. CONCLUSIÓN En la cercanía de un cuerpo cargado eléctricamente (barra de PVC), las cargas eléctricas presentes en una sustancia conductora (electroscopio con descargador) cambian de lugar. Si reitiramos la unión entre los extremos de un cuerpo conductor ahora cargados diferentemente, mientras el cuerpo cargado todavía se encuentre cerca, obtenemos dos cuerpos cargados diferentemente. Con una unión conductiva entre estos dos cuerpos obtenemos una neutralización. La propiedad que un cuerpo posee de separar cargas la llamamos influencia eléctrica.


ES 3.4 JAULA DE FARADAY Material 1 barra de PVC 1 barra de vidrio acrílico con dos perforaciones 1 portaagujas 1 aguja con enchufe 1 barra de aluminio 1 plaquita de alumino 1 vaso de aluminio 1 trapo de lana 1 hoja de papel Recomendable: 1 vaso de precipitados Conoceremos la así llamada „jaula de Faraday“. Un avión o un auto forma por ejemplo una jaula de Faraday, lo que en las tormentas evita que los pasajeros sufran daños a causa de un rayo. PREPARACIÓN Fijamos la aguja con enchufe en el portaagujas. Colocamos la barra de vidrio acrílico sobre la aguja. En la perforación superior de la barra de vidrio acrílico fijamos la barra de aluminio, cuidando de que permanezca en el centro aproximadamente. Suspendemos la plaquita de aluminio de la barra de aluminio. EXPERIMENTO 1 Frotamos la barra de PVC con el trapo de lana (o con el jersey). Entonces acercamos la barra de PVC cargada ala plaquita de aluminio. Esta es atraída por la barra de PVC. EXPERIMENTO 2 Cargamos de nuevo la barra de PVC y sostenemos ahora una hoja de papel entre la plaquita de aluminio y la barra de PVC. ¿Es atraída la plaquita de aluminio a través del papel por la barra de aluminio? También podemos realizar el experimento de tal manera que la plaquita de aluminio se encuentre suspendida dentro del vaso de precipitados para así observar la interferencia de la pared del vaso de precipitados. EXPERIMENTO 3 Suspendemos la plaquita de aluminio dentro del vaso de aluminio. Acercamos de nuevo la barra de PVC cargada. El vaso de aluminio protege a la plaquita de aluminio del efecto de la barra de PVC cargada. CONCLUSIÓN La fuerza de atracción de un cuerpo cargado sigue teniendo su efecto aún a través del papel y de cuerpos no conductores. Las cajas de metal protegen a un cuerpo del efecto de la carga de otros cuerpos.


ES 3.5 AISLANTE EN EL CAMPO ELÉCTRICO- POLARIZACIÓN Material 1 barra de PVC 1 barra de PVC con perfoación 1 barra de vidrio acrílico 1 aguja con enchufe 1 portaagujas Lámina de plástico Trapo de lana Investigaremos el efecto de un cuerpo cargado sobre un cuerpo compuesto por material no conductor (aislante). PREPARACIÓN Fijamos la aguja con enchufe en el portaagujas. Colocamos la barra de PVC con perforación sobre la aguja, comprobamos que gira libremente. Tocamos con la mano ambos lados dela barra de PVC para así asegurarnos de que no esté cargada. EXPERIMENTO Acercamos a la barra de PVC, que puede girar, la barra de PVC sin carga, primero desde un lado y luego del otro lado. La barra descargada y fija de manera que pueda girar no es influenciada por la otra barra de PVC. Aquella no es ni atraída ni repelida. Frotamos ahora la barra de PVC sin perforación con un trapo de lana (o bien con el jersey). Acercamos la barra frotada a la barra de PVC, que pueda girar. Ambos extremos de la barra de PVC cargada son atraídos por la barra de PVC cargada. Ya que ambas barras no se tocan entre sí, la carga en la barra de PVC, fija giratoriamente, debe haberse encontrado ya en ella anteriormente. Frotamos ahora la barra de vidrio acrílico con la lámina de plástico y la acercamos entonces a la barra de PVC giratoria. De nuevo son atraídos ambos lados de la barra de PVC de la barra de vidrio acrílico con carga. EXPLICACIÓN La explicación es aquí un poco más difícil que con las sustancias conductoras. Una separación de cargas debida al desplazamiento de las cargas no se da en este caso. En las sustancias aislantes, las moléculas dentro de un campo eléctrico se convierten ellas mismas en dipolos, debido a que las cargas se desplazan dentro de las moléculas. De esta manera aparecen moléculas a ambos lados cargadas diferentemente. Si ahora todos los dipolos del campo eléctrico de una barra de PVC cargada se colocan en la misma dirección, el aislante aparece con un extremo positivo y con el otro negativo. La carga de signo contrario se encuentra en la cercanía del cuerpo cargado. CONCLUSIÓN En los aislantes, las cargas eléctricas que se encuentran en el campo de un cuerpo con carga no se desplazan, sino que las moléculas se convierten en dipolos. A éste fenómeno le llamamos polarización eléctrica. Debido a la misma, el cuerpo parece desde afuera que no estuviera cargado y puede entrar en interacción con un cuerpo cargado.


E 2.8 RESISTENCIA VARIABLE Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 1 resistencia STB 10 k0 1 potenciómetro STB 10 k0 1 instrumento de medición Con ayuda del botón de mando giratorio podemos cambiar el valor de resistencia ajustable 10 kohm desde casi 0 ohm hasta 10.000 ohm. La Ley de la distribución de tensión nos ayudará a reconocer a qué posición final se mantiene 0 ohm y a cuál se mantiene 10.000 ohm. CONEXIÓN Montaje de acuerdo a la ilustración. El voltímetro mide a continuación (alcance de medida = 10 V) la tensión total (conexiones A y C) y luego la tensión parcial en la resistencia ajustable. Ajustamos la tensión continua a 10 V. Mientras más pequeña sea la resistencia parcial de un circuito en serie, menor será la tensión parcial en esta resistencia. EXPERIMENTO Giramos el botón giratorio en el sentido de las agujas del reloj hasta el tope. Tensión parcial medida: ....V. Ahora giramos el botón contra el sentido de las agujas del reloj hasta el tope. Tensión parcial medida: ....V. CONCLUSIÓN Cuando el botón giratorio ha sido girado en el sentido de las agujas del reloj hasta el tope , la resistencia es de 10 kohm; si ha sido girado contra el sentido de las agujas del reloj hasta el tope tenemos una resistencia de casi 0 ohm.


E 2.13.1 REGULACIÓN DE INTENSIDAD DE ALUMBRADO MEDIANTE POTENCIÓMETRO Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 1 portalámparas STB 1 potenciómetro STB 470 ohm 1 bombilla incandescente 10 V/0,05 A 2 cables de conexión Fuente de alimentación Regularemos la tensión de acuerdo a la ilustración. Toda la tensión aplicada se encuentra en el potenciómetro. Un potenciómetro tiene tres conexiones. La tensión para la bombilla la tomaremos de entre la conexión de un extremo y la conexión intermedia. La tensión más pequeña se encuentra en la bombilla cuando el botón giratorio se ha girado completamente hacia la izquierda. Cuando giramos el botón completamente hacia la derecha tomamos la mayor tensión posible para la bombilla. Aplicamos 10 V de tensión continua. Giramos el botón giratorio del potenciómetro hasta el tope contra el sentido de las agujas del reloj. EXPERIMENTO Cerramos el circuito y giramos lentamente el botón regulador del potenciómetro en el sentido de las agujas del reloj. La bombilla comienza a alumbrar. Luego giramos hacia la izquierda, observando que la bombilla se apaga. INDICACIÓN Conectando un voltímetro en vez de la bombilla incandescente, podemos determinar la tensión parcial del consumidor. CONCLUSIÓN Con ayuda de un potenciómetro podemos regular la tensión de un consumidor.


E 2.13.2 POTENCIÓMETRO SIN CARGA Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB Apagado-Encendido 1 resistencia STB 100 ohm 1 resistencia STB 500 ohm 1 potenciómetro STB 470 ohm 1 instrumento medición 4 cables de conexión Fuente de alimentación Tomaremos tensiones diferentes, no obstante la presencia de una tensión constante por medio de un potenciómetro. CONEXIÓN Montaje de acuerdo a la ilustración. El potenciómetro STB se encuentra conectado en serie con la resistencia STB 500 ohm. Por lo tanto, en el potenciómetro STB se encuentra aproximadamente la midad de la tensión aplicada. El botón de mando giratorio del potenciómetro se encuentra girado hasta el tope contra el sentido de las agujas del reloj. Conectamos a continuación el voltímetro a los puntos A y C. Utilizamos el voltímetro con el alcance de medida 10 V. EXPERIMENTO 1 Cerramos el interruptor y ajustamos la tensión aplicada a exactamente 10 voltios. Entonces conectamos el alcance de medida del voltímetro a 10 V y cerramos el voltímetro en los puntos B y C y así medimos la tensión tornada respectivamente por medio del botón de mando. Giramos lentamente el botón de mando del potenciómetro en el sentido de las agujas del reloj y leemos la tensión en el voltímetro. La tensión aplicada se distribuye entre el potenciómetro y la resistencia 500 ohm. Por lo tanto, en el potenciómetro se encuentra aproximadamente sólo la mitad de la tensión de 10 V. Obtenemos tensiones de …. V hasta …. V. EXPERIMENTO 2 Reemplazamos la resistencia 500 ohm por la resistencia 100 ohm. En el potenciómetro se encuentra ahora la mayor parte de la tensión aplicada. Debido a que la resistencia del potenciómetro es aproximadamente 5 veces mayor que la resistencia conectada en serie, obtenemos en el potenciómetro unos 8,3 Voltios (o sea 5/6 de 10 Voltios) a lo máximo. CONCLUSIÓN Podemos regular por medio de un potenciómetro la tensión en un consumidor. La tensión parcial que se encuentra en el potenciómetro (o sea la mayor tensión que se puede tomar) depende de la resistencia conectada en serie.


E 2.13.3 POTENCIÓMETRO CON CARGA Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB Apagado-Encendido 1 portalámparas STB 1 resistencia STB 10 kohm 1 potenciómetro STB 470 ohm 1 bombilla 10V/0,05 A 1 instrumento medición 4 cables de conexión Fuente de alimentación Investigaremos la tensión de un potenciómetro cuando éste se encuentra cargado, es decir, cuando conectamos un consumidor al potenciómetro. CONEXIÓN Montaje de acuerdo a la ilustración. Giramos el botón de mando giratorio del potenciómetro hasta el tope contra el sentido de las agujas del reloj. Conectamos el voltímetro a los puntos A y B. Utilizamos el voltímetro con el alcance de medida 10 V =. Entre el conductor en ángulo STB en A y B existe espacio para el portalámparas STB; conectaremos éste más tarde. Aplicamos 10 V de tensión continua. EXPERIMENTO 1 Cerramos el interruptor y giramos el botón de mando del potenciómetro en el sentido de las agujas del reloj hasta el tope. Así tomamos la mayor tensión posible. Anotamos el valor de esta tensión. Insertamos ahora el portalámparas STB junto con la bombilla 10 V entre A y B. Leemos de nuevo la tensión y anotamos su valor. Debido a la resistencia de carga, la tensión en el potenciómetro disminuye. La resistencia de carga se encuentra conectada en paralelo con la resitencia parcial del potenciómetro. El valor de la resistencia de un circuito en paralelo es, sin embargo, menor que el valor de las resistencias individuales. EXPERIMENTO 2 Reemplazamos la bombilla por la resistencia 10 kohm. La resistencia de carga es ahora mayor que la resistencia parcial del potenciómetro. La tensión es casi tan grande como en el potenciómetro sin carga. CONCLUSIÓN Si cargamos un potenciómetro (regulador de tensión) disminuye la tensión parcial tomada en el potenciómetro. La tensión permanece casi constante solamente en el caso de una resistencia considerable.


E 2.14 RESISTENCIA INTERNA DE LOS GENERADORES. TENSIÓN EN BORNES Material 1 panel de circuito 1 juego conductores 1 interruptor 1 módulo portalámparas 1 módulo batería enchufable 1 lámpara E 10 2,5 V/0,2 A 2 instrumentos de medida 4 cables de conexión En muchos generadores la tensión medida en sus bornes cae con respecto a la dada como tensión generada por el aparato en vacío; es decir, que la tensión en las bornes del generador es tanto menor cuanto mayor es la intensidad de corriente consumida. Vamos a buscar una explicación a este fenómeno. CONEXIÓN Construimos el circuito de acuerdo a la figura. Como generador de tensión utilizamos el módulo enchufable de batería. Seleccionamos en el amperímetro la escala 300 mA = y en el voltímetro la de 3 V =. El interruptor debe estar, en principio, abierto. EXPERIMENTO Leemos la tensión en el voltímetro, mientras el generador no soporta prácticamente nada de carga. (sólo la pequeña intensidad que circula por el voltímetro). A esta tensión le llamamos tensión del generador. Tensión del generador: V G = ........ V Cerramos entonces el interruptor, por el que pasará una corriente. La lámpara se encenderá. La corriente eléctrica que recorre la lámpara supone una „carga“ para el generador. El voltímetro muestra ahora la diferencia de potencial entre los bornes de la batería, llamada tensión en bornes (V b). El amperímetro indica la intensidad de corriente que circula por la batería y la bombilla. Tensión en bornes V b = …. V. I = …. mA. CONCLUSIÓN La tensión de una batería cae al cargarla. La causa es la „resistencia interna“, R i, del generador de tensión. Cuando se consume energía eléctrica del generador, la intensidad de corriente I provoca en la resitencia interna del generador una caída de tensión: U = I· Ri

La tensión en bornes es entonces inferior a la tensión del generador. A partir de ambas se puede conocer la resistencia interna. U G – Ub

U G = R i * l + U b R i = ————— I


E 2.15 RESISTENCIA INTERNA DE UN VOLTÍMETRO Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB, apagado-encendido 1 resistencia STB 10 kohm 2 instrumentos de medición 6 cables de conexión Fuente de alimentación También los instrumentos de medición poseen una resistencia eléctrica. Determinaremos esta resitencia interna de un voltímetro así como los valores a los cuales el error producido por esta resistencia interna es lo más pequeño posible. CONEXIÓN Construimos el circuito de acuerdo al diagrama. El amperímetro no mide solamente la corriente que fluye a través de la resistencia 10 kohm, sino que también la corriente a través del voltímetro. Lo utilizamos con alcance de medida 30 mA =. Éste mide la caída de tensión en la resistencia 10 kohm. Aplicamos 6 voltios de tensión continua. INDICACIÓN Para demostrar la resistencia interna de un voltímetro se recomienda utilizar un instrumento analógico. Los instrumentos analógicos, debido a su construcción, poseen una resistencia interna menor que los instrumentos digitales, la cual, por lo tanto, podemos observar en un circuito en paralelo. EXPERIMENTO Cerramos el interruptor. Ajustamos la tensión exactamente de tal manera que el voltímetro indique 6 voltios. La intensidad de corriente l1con el voltímetro es de ..... mA. Desconectamos ahora el voltímetro (retiramos los cables de conexión). La intensidad de corriente l2 sin el voltímetro es de : ….. mA. La intensidad de corriente es menor cuando el voltímetro se encuentra desconectado. El voltímetro absorbió la diferencia entre ambas intensidades de corriente. Con ayuda de la ley de ohm podemos calcular la resistencia interna del voltímetro. Tensión U = 6 V Intensidad de corriente I = l1 - l2 = ….. mA = ….. A Para el alcance de medida 10 V obtenemos la resistencia interna U 6 V R i = — = ——— = ........ ohm = ........ kohm I ........ A CONLUSIÓN El voltímetro en el circuito causa una intensidad de corriente mayor que la que se ha medido sin el voltímetro. Esta diferencia es pequeña si la resitencia interna del voltímetro es grande. La resistencia interna de un voltímetro debe de ser lo mayor posible.


E 2.16 RESISTENCIA INTERNA DE UN AMPERÍMETRO Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB apagado-encendido 1 resistencia STB 1 kohm 2 instrumentos medición 6 cables conexión Fuente de alimentación Demostraremos que también la resistencia interna de un amperímetro conduce a un error de medida. CONEXIÓN Construimos el circuito de acuerdo al diagrama. El voltímetro no mide solamente la tensión en la resistencia 1 kohm, sino que también la caída de tensión en el amperímetro. Lo utilizamos con el alcance de medida 10 V =. A continuación conectamos el voltímetro a los puntos A y C. Utilizamos el amperímetro con el alcance de medida 30 mA =. Aplicamos 10 voltios de tensión continua. EXPERIMENTO Cerramos el interruptor y ajustamos la tensión de tal manera que el voltímetro indique 10 voltios. La intensidad de corriente es de = …. mA. Ahora conectamos el voltímetro a B y C. La tensión indicada es ahora menor debido a que la caída de la tensión en la resistencia 1 kohm es realmente medida. La diferencia entre ambos valores de la tensión proporciona la caída de la tensión en el amperímetro. Caída de tensión en el amperímetro = …. V. Podemos calcular la resistencia interna del amperímetro a partir de la caída de tensión en el amperímetro y de la intensidad de corriente medida. Tensión U = ….. V. Intensidad de corriente I = …… mA = …… A U ........ V Resistencia R = — = ———— = ........ ohm I ........ A CONCLUSIÓN La medida de la intensidad de corriente por medio de un amperímetro origina una caída de tensión debida a la resistencia interna del amperímetro. Debido a la relación U = R i. I para la caída de tensión, ésta disminuye al disminuir la resistencia interna del amperímetro. La resistencia interna del amperímetro debe ser por lo tanto lo menor posible.


E 2.17 AMPLIACIÓN DEL ALCANCE DE MEDIDA EN UN VOLTÍMETRO Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 resistencia STB 10 kohm 2 pinzas de cocodrilo con clavija de vástagos 2 instrumentos de medición 6 cables de conexión Fuente de alimentación Demostraremos que es posible obtener en un voltímetro diferentes alcances de medida. En este experimento doblaremos el alcance de medida. CONEXIÓN Construimos el circuito de acuerdo al diagrama. Deberemos aumentar el alcance de medida 1 V = del voltímetro 1 hasta 2 V = (el doble). La resistencia interna del voltímetro con indidcador analógico para el alcance de medida 1 V = es de 10 kohm. Para el alcance de medida 10 V =, la resistencia es por lo tanto 100 kohm, para el alcance de medida 0,1 V =, la resistencia es de 1 kohm. Para poder aumentar al doble el alcance de medida 1V =, es necesario que en una resistencia en serie caiga la misma tensión que en el instrumento mismo. La resistencia en serie caiga la misma tensión que en el instrumento mismo. La resistencia en serie debe ser tan grande como la resistencia interna del instrumento de medición en el alcance de medida respectivo, es decir en este caso 10 kohm. Para poder controlar la tensión, conectamos en paralelo un segundo voltímetro (alcance de medida 3 V=). EXPERIMENTO Aplicamos 1 voltio de tensión continua (ambos instrumentos indican 1 V). Ahora reemplazamos el conductor STB recto por la resistencia 10 kohm. Por lo tanto, la resistencia en serie del voltímetro 1 es de 10 kohm. El indicador del instrumento de medición 1 retrocede hasta 0,5 voltios. Aumentamos la tensión hasta 2 V y así obtenemos en el instrumento de medición 1 la indicación 1 V. La indicación 1 V corresponde ahora a una tensión a medir de 2 voltios. No es posible medir esta tensión con el instrumento de medición 1 sin aumentar el alcance de medida. CONCLUSIÓN Es posible aumentar el alcance de medida de un voltímetro por medio de un circuito en serie de una resistencia adecuada.


E 2.18 AMPLIACIÓN DEL ALCANCE DE MEDIDA DE UN AMPERÍMETRO Material

Hilo de resistencia

1 panel de circuito 1 interruptor STB Apagado-Encendido 1 resitencia trifásica STB 10 kohm 2 pinzas cocodrilo con clavija de vátagos Hilo de resistencia 2 instrumentos medición 6 cables de conexión Fuente de alimentación Demostraremos que con un amperímetro es posible obtener diferentes alcances de medida. En este experimento doblaremos el alcance de medida. CONEXIÓN Construimos el circuito de acuerdo al diagrama. Utilizamos el amperímetro 1 con el alcance de medida 30 mA =. El amperímetro 2, utilizado para el control, lo utilizamos con el alcance de medida 100 mA=. Fijamos un hilo de resistencia con pinzas de cocodrilo paralelamente al instrumento de medición 1. La resistencia del pedazo de hilo es de unos 10 ohm y corresponde a la resistencia interna del amperímetro. Todavía no debemos cerrar el interruptor. Aplicamos 10 V de tensión continua y ajustamos la intensidad de la corriente por medio del hilo de resitencia de tal manera que ambos instrumentos indiquen 30 mA. EXPERIMENTO Cerramos el interruptor y observamos que el instrumento de medición 1 ya sólo indica 15 mA, mientras que el indicador del instrumento 2 ha permanecido sin cambio alguno. Debido al circuito en paralelo de la resistencia (pedazo de hilo) fluye por el amperímetro solamente la mitad de la corriente. Modificamos ahora la resistencia trifásica de tal manera que el amperímetro indique 260 mA. El amperímetro 1 muestra ahora 30 mA, los cuales en realidad corresponden a una intensidad de corriente a medir de 60 mA. No sería posible medir esta intensidad de corriente con el amperímetro 1 sin aumentar el alcance de medida. CONCLUSIÓN Es posible aumentar el alcance de medida de un amperímetro por medio de un circuito en paralelo de una resistencia adecuada.


E 2.19 CIRCUITO DE PUENTE DE WHEATSTONE Material

Hilo de resistencia 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 resistencia STB 100 ohm 1 resistencia STB 500 ohm 1 resistencia STB 1 kohm 2 pinzas de cocodrilo con clavija de vástagos Hilo de resistencia 1 instrumento de medición 5 cables de conexión Fuente de alimentación Este circuito-puente se utiliza para medir resistencias desconocidas. CONEXIÓN Construimos el circuito de acuerdo al diagrama. Fijamos pinzas de cocodrilo K a ambas conexiones STB. Ellas poseen un pedazo de hilo de resitencia. Insertamos un cable de conexión a la conexión STB A en el centro. Ésta sirve para la toma en el hilo de resistencia. En la ramificación central del circuito se encuentra un amperímetro, el cual utilizamos con el alcance de medida 30 mA. EXPERIMENTO Aplicamos 2 voltios de tensión continua. Sostenemos el cable de conexión insertado en A en el hilo de resistencia y lo desplazamos hasta que el amperímetro ya no indique corriente. Cuando el amperímetro ya no muestra una corriente, la resistencia del pedazo de hilo a la izqueirda de la toma se comporta con la resistencia del pedazo de hilo a la izquierda de la toma se comporta con la resistencia del pedazo de hilo es proporcional a la longitud del hilo. Por lo tanto podemos determinar la resistencia de una de las dos resistencias fijas a partir de mediciones de la longitud, toda vez que conozcamos las segunda resistencia. Para las resistencias 500 ohm y 1 kohm se comportan ambos pedazos de hilo como 1:2. Si utilizamos las resistencias 500 ohm y 100 ohm, entonces los pedazos de hilo se comportan como 5:1. CONCLUSIÓN En un puente para medidas podemos determinar el valor de una resistencia desconocida a partir de la relación entre dos resistencias dadas y una resistencia conocida (en este experimento 500 ohm). Para los puentes de hilos en este experimento es válido: I 1 : I2 = 500 : RX

I 1, I2 ........... longitudes de las secciones del hilo R X .............. resistencia desconocida


E 3.6 PROTECCIÓN POR BIMETAL Material

Resorte de lámina

Corto-circuito

1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 1 pinza de cocodrilo con clavija 2 portalámparas STB 2 manguitos de apriete STB 2 portapinzas con ran. y perf. 1 espiral de calentamiento STB 1 muelle de lámina de acero 1 lámina bimetálica 2 bombillas incand. 10 V/ 0,05 A 3 cables de conexión Fuente de alimentación En un fusile automático se encuentra como regla un fusible bimetálico, el cual sirve de protección contra una sobrecarga. CONEXIÓN Montaje del circuito de acuerdo a la ilustración. Después de insertar todos los módulos STB en el panel de circuito debemos de observar con mucho cuidado lo siguiente: El muelle de lámina tiene su posición de reposo en la posición sombreada con puntos, desde la cual se encuentra aunos 5 mm de la pinza de cocodrilo con clavija de vástagos fijada a A. La lámina bimetálica que no se encuentra en el circuito (lado con dibujos hacia adelante) la movemos desde la izquierda exactamente sobre el espiral de calentamiento STB hacia el extremo del muelle de lámina; así la lámina presiona ligeramente el muelle contra la pinza de cocodrilo con clavija de vástagos en A. Aplicamos 12 V de tensión continua. EXPERIMENTO Cerramos el circuito. A través del contacto del muelle de lámina con la pinza de cocodrilo en A se cierra el circuito y así se enciende la bombilla. La bombilla superior la cual se encuentra conectada en paralelo al espiral de calentamiento, no se enciende todavía. Producimos el cortocircuito de la bombilla incandescente de la derecha. La bombilla superior nos muestra que la tensión es efectiva en el espiral de calentamiento y por lo tanto lo hace incandescer. Después de un corto tiempo se dobla la lámina bimetálica y libera el extremo del muelle de lámina. El muelle regresa a su posición de reposo, por lo que se interrumpe el circuito eléctrico. INDICACIÓN

1. La rapidez con que se lleva a cabo la puesta en fuera del circuito depende de la colocación de los componentes del fusible automático.

2. Si antes de la puesta en fuera del circuito no se enciende ninguna de las dos lámparas, entonces posiblemente no existe contacto en A.

CONCLUSIÓN Una lámina bimetálica, en un circuito adecuado, puede interrumpir un circuito eléctrico al surgir un calentamiento.


E 3.7 TERMOSTATO DE BIMETAL Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 1 portalámparas STB 2 manguitos apriete STB 2 portapinzas con ran. y perf. 1 espiral de calentamiento STB 1 lámina bimetálica 1 clavija de contacto 1 bombilla incand. 10 V/0,05 A 2 cables de conexión Fuente de alimentación Un termostato tiene como función el conectar y desconectar un sistema de calefacción (o de enfriamiento) de tal manera que la temperatura se mantenga en lo posible constante. CONEXIÓN Montaje del circuito de acuerdo a la ilustración. El circuito conduce desde la conexión superior, a través de la bombilla incandescente y del espiral de calentamiento STB, los cuales están conectados entre sí en paralelo, hasta la lámina de metal (lado con dibujos hacia adelante). Presionamos ligeramente la clavija de contacto contra la lámina bimetálica hasta que el contacto se cierre; luego fijamos la clavija de contacto. Aplicamos 12 voltios de tensión continua. EXPERIMENTO Cerramos el circuito, con lo cual la bombilla incandescente se enciende y el espiral de calentamiento incandesce. Al cabo de un corto tiempo, la lámina bimetálica está tan caliente que se dobla y se separa de la clavija de contacto. Así se interrumpe el circuito eléctrico. Cesa el calentamiento de la lámina bimetálica. Debido al enfriamiento, la lámina bimetálica se dobla de nuevo hacia su posición inicial. El contacto se cierra de nuevo etc. ¿Qué se debe hacer para mantener constante una alta temperatura? ¿Qué debe cambiarse si el circuito eléctrico cerrado origina un enfriamiento? CONCLUSIÓN El calentamiento de una lámina bimetálica y el doblamiento debido a lo mismo pueden ser utilizados para la regulación de la temperatura. Al existir un calentamiento suficiente de la lámina bimetálica se abre el contacto, con lo que el circuito se interrumpe. Así también se termina con el calentamiento, y la lámina biemetálica se enfría de nuevo, regresando de este modo a su posición inicial.


E 3.8 ALARMA CONTRA INCENDIOS Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 portalámparas 1 zumbador STB 2 manguitos apriete STB 2 portapinzas con ranura y perforación 1 lámina bimetálica 1 clavija de contacto 2 cables de conexión Fuente de alimentación Fósforos Un avisador de incendios debe activar automáticamente una alarma cuando se excede una temperatura permitida. CONEXIÓN Montaje del circuito de acuerdo a la ilustración. Fijamos la lámina bimetálica en el manguito de apriete de tal manera que muestre hacia la clavija de contacto el lado sin dibujos. La clavija de contacto se encuentra a 5 mm de la lámina bimetálica. El circuito se encuentra todavía interrumpido. Conectamos al circuito una bombilla incandescente 10 V/0,05 A o un zumbador. Aplicamos 10 voltios de tensión continua. EXPERIMENTO Con un fósforo calentamos la parte media de la lámina bimetálica. Ella se dobla y cierra el circuito, con lo que se activa la alarma (la bombilla se enciende o el zumbador suena). CONCLUSIÓN Una lámina bimetálica puede montarse en un circuito de tal manera que el circuito se cierre al producirse un calentamiento. La lámina también puede servir para que se avise un aumento de la temperatura.


E 4.1.1 POTENCIA DE UN ELECTROMOTOR Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 motor de corriente continua 1 interruptor STB 6 cables de conexión 2 instrumentos medición Fuente de alimentación Conoceremos la absorción de potencia de un pequeño motor de corriente continua. CONEXIÓN Construimos el circuito de acuerdo a la ilustración. Aplicamos al circuito 2 V de tensión continua. El voltímetro mide la tensión en el motor. Utilizamos el voltímetro con el alcance de medida = 3 V. El amperímetro mide la corriente que fluye a través del electromotor. Utilizamos el amperímetro con el alcance de medida igual a 300 mA. EXPERIMENTO 1 Cerramos el circuito y leemos la tensión y la intensidad de corrriente en los instrumentos de medición. Obtenemos la absorción de potencia del motor a partir del producto de la tensión y de la intensidad de corriente. Expresamos la absorción de potencia en vatios: Tensión U = ….. V Intensidad de corriente I = ….. mA = ….. A Potencia P = U · I = ….. W EXPERIMENTO 2 Evitamos brevemente con la mano la rotación del motor (sobrecarga del momtor). La intensidad de corriente aumenta. Eso quiere decir que el motor absorbe más potencia. El aumento de la potencia absorbida no debe durar mucho tiempo, ya que de lo contrario podría dañarse el motor. CONCLUSIÓN La potencia de un motor está expresada por el producto de la tensión y de la intensidad de corriente. Al sobrecargar el motor aumenta la intensidad de corriente. Al durar la sobrecarga demasiado tiempo, el motor puede sufrir daños.


E 4.2.1 CALOR E INTENSIDAD Material 2 instrumentos de medida 1 calorímetro 1 calentador de inmersión 1 cilindro graduado 1 termómetro -10…110 Cº 5 cables de conexión 1 cronómetro Fuente de alimentación Agua Mediremos la emisión de calor de la corriente eléctrica con un calentador de inmersión. PREPARACIÓN Vertimos 100 ml de agua en el calorímetro (mídase con el cilindro graduado). Colocamos el calentador de inmersión en el calorímetro y lo conectamos a la tensión continua ajustable. Todavía no conectamos la fuente de alimentación. Para poder medir la corriente, conectamos en serie un amperímetro (alcance de medida 10 A =) con el calentador de inmersión. Medimos la tensión aplicada en los contactos del calentador de inmersión por medio de un voltímetro (alcance de medida 30 V = ). Introducimos el termómetro a través del tapón de goma del calorímetro. Medimos la temperatura del agua en el calorímetro y la anotamos. EXPERIMENTO Conectamos la fuente de alimentación y anotamos el tiempo (accionamos el cronómetro). Ajustamos la tensión continua aplicada de tal manera que la intensidad de corriente sea de 1 A. Medimos la tensión en el calentador de inmersión y la anotamos. Calentamos durante 300 segundos. Entonces desconectamos la fuente de alimentación, mezclamos el agua del calorímetro (movemos el agitador de arriba abajo) y leemos la temperatura del agua. Aumento de la temperatura a 1 A: …. Cº Conectamos de nuevo la fuente de alimentación y ajustamos la tensión aplicada de tal manera que la intensidad de corriente sea de 2 A. Desconectamos después de 300 segundos y medimos la temperatura del agua después de agitar. Aumento de la temperatura a 2 A: ….. Cº CONCLUSIÓN La cantidad de calor emitida aumenta al cuadrado con la intensidad de corriente. La razón de ello es la dependencia que posee el trabajo eléctrico de la intensidad de corriente de acuerdo a la fórmula: W = I² . R . t


E 4.2.2 EQUIVALENTE MECÁNICO DE LA ELECTRICIDAD Material 2 instrumentos medida 1 calorímetro 1 calentador de inmersión 1 probeta 1 termómetro 5 cables de conexión 1 cronómetro Fuente de alimentación Agua Vamos a determinar la energía eléctrica es necesaria para elevar la temperatura de 1 kg de agua en 1 Cº. PREPARACIÓN Ponemos 100 ml de agua en el calorímetro (medidos con la probeta). Se introduce el calentador de inmersión y se selecciona una tensión de 9 v. La fuente de alimentación permanece desconectada. Para poder medir la corriente conectamos un amperímetro (escala 10 A) en serie con el calentador. La tensión se mide con ayuda de un voltímetro conectado en los bornes del calentador de inmersión. A través del tapón de goma se introduce el termómetro en el calorímetro. Medimos y anotamos la temperatura del agua en el calorímetro. EXPERIMENTO Conectamos la fuente de alimentación y anotamos el tiempo. (Disparar el cronómetro o anotar la hora exacta). Se miden y anotan la intensidad y tensión. Calentamos durante exactamente 200 segundos. Entonces desconectamos la fuente de alimentación, agitamos el agua del calorímetro (subiendo y bajando el agitador) y leemos la temperatura del agua. CÁLCULOS Energía eléctrica = tensión x intensidad x tiempo (julios) (voltios) (amperios) (segundos) W = U . I . t Siendo: Masa del agua m = 0,1 kg Tiempo t = 200 s Intensidad I = ... A Tensión U = ... V Energía eléctrica W = ...Ws Temperatura inicial T = ... Cº Temperatura final T´= ... Cº Aumento de la temperatura: ... Cº Energía suministrada: ... Ws


Conocemos la energía necesaria para un determinado aumento de temperatura de 0,1 kg de agua. A partir de esto podemos calcular con facilidad la energía necesaria para calentar en 1 grado 0,1 kg de agua: Energía para 0,1 kg de agua: ... Ws Para calentar 1 kg de agua en 1 grado necesitaremos diez veces más energía. Energía para 1 kg de agua: ... Ws En este experimento obtenemos un valor demasiado alto, debido a que el termómetro y el calorímetro también se calientan. CONCLUSIÓN El equivalente térmico de la electricidad es la cantidad de energía necesaria para calentar 1 kg de agua en 1 Cº. Su valor es de unos 4200 Ws/kg Cº.


E 4.3 EQUIVALENTE EN AGUA Material 2 instrumentos de medida 1 calorímetro 1 calentador de inmersión 1 cilindro graduado 1 termómetro -10…110 Cº 5 cables de conexión 1 cronómetro Fuente de alimentación Agua PREPARACIÓN Vertimos 200 ml de agua en el calorímetro. Colocamos el calentador de inmersión en el calorímetro y lo conectamos a una tensión alterna de 9 voltios. Todavía no conectamos la fuente de alimentación. Para poder medir la corriente, conectamos en serie un amperímetro (alcance de medida 10 A aprox.) con el calentador de inmersión. Medimos la tensión aplicada en los contactos del calentador de inmersión por medio de un voltímetro. Introducimos el termómetro en el calorímetro a través del tapón de goma. Medimos la temperatura del agua en el calorímetro y la anotamos. EXPERIMENTO Conectamos la fuente de alimentación y anotamos el tiempo (accionamos el cronómetro o tomamos el tiempo con el reloj de pulsera). Medimos la intensidad de corriente y la tensión y las anotamos. Calentamos durante exactamente 400 segundos. Entonces desconectamos la fuente de alimentación, mezclamos el agua del calorímetro (movemos el agitador de arriba abajo) y leemos la temperatura del agua. Masa del agua m = …. G = …. Kg Tiempo t = 400 s Aumento de la temperatura dt = …. Cº Tensión U = …. V Intensidad de corriente I = …. A Calor específico del agua c = 4186 J/kg Cº (M + W) . dT . c = U . I . t A partir de la ecuación dada determinamos el equivalente del agua w: ….. kg CONCLUSIÓN El equivalente del agua de un recipiente corresponde a la cantidad de agua, la cual debemos calentar adicionalmente.


E 4.4 TRABAJO MECÁNICO Y POTENCIA ELÉCTRICA Material 1 riel de soporte 1 varilla soporte 25 cm 1 varilla soporte 50 cm 1 pinza de mesa 1 nuez 1 nuez redonda 1 platillo para pesos 10 g 2 pesos de ranura 50 g 1 mango de soporte para motor para experimentos 2 manguitos dobles 2 instrumentos de medición 5 cables de conexión Fuente de alimentación Cordón Tijera Cronómetro Cinta métrica Determinaremos la pérdida de energía al transformar energía eléctrica en energía mecánica. PREPARACIÓN Montaje de acuerdo a la ilustración. aseguramos la pinza de mesa con el riel de soporte a la orilla de la mesa. Fijamos la varilla de soporte 50 cm perpenciduclar al riel de soporte. Colocamos la varilla de soporte 25 cm por medio de la nuez redonda sobre la varilla de soporte 50 cm. Fijamos una nuez en la parte superior de la varilla de soporte. Colocamos el motor para experimentos sobre el mango de soporte y lo fijamos a la nuez. De las cuatro clavijas de vástagos del motor para experimentos, dos sirven para fijarlo al mango de soporte. Colocamos manguitos dobles en las dos clavijas restantes. Fijamos a estos los cables de conexión para el suministro de corriente. Aseguramos el motor para experimentos de tal manera que su eje se prolongue fuera de la orilla de la mesa. Atamos un cordón de unos 1,5 m de longitud al eje y la enrollamos varias veces alrededor del eje. Atamos una gaza en el otro extremos del cordón. Suspendemos de este extremo el platillo para pesos, colocando sobre él 2 pesos de ranura 50 g.La masa de la carga es por lo tanto 110 g. debemos correr la nuez con el mango de soporte para el motor para experimentos de tal manera que la carga caiga perpendicularmente hasta el suelo, pero sin tocar éste. Utilizamos el voltímetro con el alcance de medida 3 V = y lo conectamos de tal manera que mida la tensión en el motor para experimentos. Utilizamos el amperímetro con el alcance de medida 10 mA =. Aplicamos a continuación 2 voltios de tensión continua. Sostenemos con los dedos la cuerda en el eje del motor y ajustamos la tensión de tal manera que la carga sea levantada. Al disminuir la tensión, la carga cae de nuevo al suelo. EXPERIMENTO Un miembro del grupo de trabajo conecta y desconecta la tensión presionando al mismo tiempo el cronómetro. Un segundo miembro del grupo de trabajo sostiene firmemente el cordón con la carga al alcanzar la altura de elevación. Un tercer miembro del grupo lee los instrumentos de medición. Medimos la altura a la que el motor para experimentos puede elevar la carga. Cerramos el interruptor de la fuente de alimentación presionando al mimo tiempo el cronómetro. Cuando la carga ha alcanzado la altura de elevación, cronometramos el tiempo que ha sido necesario para ello. Mientras el motor trabaja leemos la tensión y la intensidad de la corriente y las anotamos. Por medio de los instrumentos de medición podemos calcular tanto el trabajo mecánico como el trabajo eléctrico. Así obtenemos el grado de eficiencia del motor para experimentos. El grado de eficiencia es la relación entre el trabajo eléctrico y el trabajo mecánico.


Tensión U en el motor: …. V Intensidad de corriente I: …. A Potencia eléctrica U·I: …. W Tiempo de elevación t: …. S Trabajo eléctrico We: …. Ws Masa m de la carga: 110 g = 0,11 kg Altura de elevación h: …. Cm = …. M Trabajo mecánico Wm = m.g.h: …. J Grado de eficiencia: We:Wm …. % CONCLUSIÓN El grado de eficiencia del motor para experimentos se encuentra bajo el 20% INDICACIÓN Si dejamos deslizar hacia abajo la carga controladamente, el motor trabaja como tacogenerador. Podemos leer en el voltímetro la tensión de inducción.


E 6.1 LA CORRIENTE ELÉCTRICA PRODUCE UN CAMPO MAGNÉTICO Material

Hilo de cobre

1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 2 manguitos apriete STB 2 pinzas de cocodrilo con clavija de vástagos 1 aguja imantada con rosa de los vientos Hilo de cobre 1 instumento de medición cables 4 cables de conexión Fuente de alimentación Repetiremos el descubrimiento del año 1820: si la corriente eléctrica fluye a través de un condutor se forma alrededor de él un campo magnético (experimento de Oersted). CONEXIÓN Montaje del circuito de acuerdo a la ilustración. Fijamos pinzas de cocodrilo con clavijas de vástagos a los manguitos A y B de ambas conexiones STB derechas. Fijamos a las pinzas de cocodrilo un pedazo de hilo de cobre (18cm). Abajo insertamos un conductor recto STB en el panel de circuito y colocamos encima la brújula con la aguja imantada. Giramos el panel de circuito de tal manera que el pedazo de hilo se encuentre en la dirección Norte-Sur (la aguja de la brújula se encuentra entonces paralela al hilo). Utilizamos el amperímetro con el alcance de medida) 1 A. aplicamos una corriente continua de 3 voltios. EXPERIMENTO Cerramos el circuito por un corto tiempo (se trata de un cortocircuito, ya que el hilo posee una resistencia se encuentre a corta distancia bajo el pedazo de hilo y luego de la misma manera sobre el mismo. No se deja encendido innecesariamente. Invertimos la polaridad intercambiando las conexiones a la fuente de tensión y repetimos el experimento. ¿Cómo se lleva a cabo ahora la desviación? CONCLUSIÓN Un conductor por el que fluye la electricidad desvía una aguja imantada de su dirección (dirección Norte-Sur). La dirección de la desviación depende de la dirección del flujo de corriente y de si la aguja imantada se encuentra sobre el conductor o abajo del mismo.


E 6.2 EL CAMPO MAGNÉTICO DE UNA BOBINA Material

Resorte de lámina

1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 1 bobina STB 2x800 esp. 1 manguito apriete STB 1 portapinzas con ranura y perforación 1 bobina roja, 2x800 esp. 1 muelle de lámina, acero 1 sonda de campo magnético 1 núcleo hierro, cilíndrico 2 cables de conexión Fuente de alimentación Sujetapapeles Nuestro medio auxiliar más importante para la producción de un campo magnético es la bobina. CONEXIÓN Montaje del circuito de acuerdo a la ilustración. Aplicamos una tensión continua de 9 V a la bobina con 2x800 espiras. Todavía no utilizamos el núcleo de hierro ni fijamos el manguito de apriete STB con el muelle de lámina. EXPERIMENTO 1 Exploramos el espacio alrededor de la bobina con la sonda de campo magnético. La aguja imantada de la sonda no se desvía. Entonces cerramos el circuito. De nuevo exploramos el espacio alrededor de la bobina con la sonda de campo magnético. La bobina se ha transformado en un imán. El polo norte se encuentra en el lado que se encuentra junto al polo positivo. EXPERIMENTO 2 Abrimos de nuevo el circuito. Fijamos el manguito de apriete STB con el portapinzas y el muelle de lámina al lugar señalado en el dibujo. El muelle de lámina debe encontrarse a 1 cm de la bobina. Cerramos el circuito. ¿Es el efecto magnético de la bobina lo suficientemente fuerte como para atraer el muelle de lámina? EXPERIMENTO 3 Insertamos el núcleo de hierro cilíndrico en la bobina y repetimos el experimento 2. Ahora el muelle de lámina es atraído por la bobina por la que fluye la electricidad. Ya que después de abrir el circuito permanece en el núcleo de hierro un magnetismo residual, el muelle de lámina ya no retorna siempre por sí solo a su posición de reposo. Pero esto se puede lograr ajustando exactamente la distancia a la bobina. EXPERIMENTO 4 Después de cerrar el circuito, intentamos formar una cadena de sujetapapeles de un extremo del núcleo de hierro al otro. ¿Qué sucede cuando abrimos el circuito? CONCLUSIÓN La corriente eléctrica produce en una bobina un campo magnético. El campo magnético es análogo al campo de una barra imantada. Los polos del imán se encuentran en los extremos de la bobina. Un núcleo de hierro multiplica la intensidad del campo magnético de una bobina.


E 6.3 UN INTERRUPTOR ACCIONADO MAGNÉTICAMENTE Material 1 panel de circuito

Resorte de lámina

1 juego conductores STB 1 portalámaparas STB 1 manguito de apriete STB 1 portapinzas con ranura y perforación 2 pinzas de cocodrilo con clavija de vástagos 1 muelle de lámina, acero 1 barra imantada 1 bombilla incandescente 10 V/0,05 A 2 cables de conexión Fuente de alimentación Mostraremos que es posible cerrar o abrir un circcuito eléctrico con ayuda de un imán. CONEXIÓN Montaje de acuerdo a la ilustración. fijamos pinzas de cocodrilo con clavija de vástagos a los manguitos R y A del conductor STB interrumpido. Girando ambas pinzas de cocodrilo podemos aumentar o disminuir la distancia entre ellas. El muelle de lámina se encuentra cerca. El circuito eléctrico para la bombilla incandescente no está cerrado. Después de aplicar 9 V de corriente alterna no se enciende la bombilla incandescente. EXPERIMENTO Acercamos lentamente la barra imantada al muelle de lámina. El muelle de lámina de acero es atraído y toca el contacto A (contacto cerrado). Así se cierra el circuito eléctrico la bombillas de enciende. Si retiramos el imán, interrumpimos de nuevo el circuito eléctrico. CONCLUSIÓN Podemos cerrar un circuito eléctrico con ayuda de un imán y de un muelle de lámina. El circuito está abierto mientras el imán no se encuentre en la cercanía.


E 6.4 EL RELÉ Material

Resorte de lámina

1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 portalámparas STB 1 manguito apriete STB 1 interruptor STB 1 bobina STB 800 esp. 1 bobina azul 800 esp. 1 portapinzas con ranura y perforación 2 pinzas de cocodrilo con clavija 1 muelle de lámina, acero 1 núcleo de hierro 1 bombilla incand. 10V/0´05 A 4 cables de conexión Fuente de alimentación En este experimento el interruptor en un circuito eléctrico es accionado por una bobina con núcleo de hierro, la cual se encuentra en un segundo circuito eléctrico. Aquí tenemos un modelo experimental de un relé. CONEXIÓN Montaje de acuerdo a la ilustración. Fijamos pinzas de cocodrilo con clavijas de vástagos al conductor interrumpido STB. Fijamos el muelle de lámina de acero al portapinzas con ranura y perforación, de tal manera que aquel toque la pinza de cocodrilo R. al aplicar una tensión alterna de 9 V no se enciende la bombilla, debido a que el circuito no se encuentra cerrado. En el segundo circuito eléctrico, situado a la derecha (circuito de mando), se encuentra la bobina con 800 espiras. Deslizamos el núcleo de hierro redondo en la bobina. Aplicamos a este circuito eléctrico una tensión continua de 12 V. EXPERIMENTO Cerramos el circuito. Así se convierte la bobina con núcleo de hierro en un imán. El muelle de lámina es atraído por el núcleo de hierro de la bobina. La bombilla incandescente se enciende. CONCLUSIÓN Un relé es un interruptor electromagnético. En un relé con contacto interruptor cerramos un segundo circuito eléctrico cerrando el circuito eléctrico de mando.


E 6.5 RELÉ DE CONMUTACIÓN Material 1 panel de circuito 1 juego conuctores STB 2 portalámparas STB 1 manguito apriete STB 1 interruptor STB

Resorte de lámina 1 bobina STB 800 esp. 1 bobina azul 800 esp. 1 portapinzas con ranura y perforación 2 pinzas de cocodrilo con clavija de vástagos 1 muelle de lámina, acero 1 núcleo de hierro 2 bombillas incandescentes 10 V/0,05 A 4 cables de conexión Fuente de alimentación En este experimento conoceremos un relé con dos contactos. CONEXIÓN Montaje de acuerdo a la ilustración. fijamos pinzas de cocodrilo con clavijas de vástagos al conductor interrumpido STB. Fijamos el muelle de lámina de acero al portapinzas con ranura y perforación, de tal manera que toque la pinza de cocodrilo R. Al aplicar una corriente alterna de 9 V debe encenderse la bombilla derecha. En el circuito eléctrico situado a la derecha (circuito de mando) se encuentra la bobina con 800 espiras. Deslizamos el núcleo de hierro redondo en la bobina. EXPERIMENTO Aplicamos una tensión continua de 12 V al circuito de la derecha, en el cual se encuentra la bobina. Después de cerrar el circuito el muelle de lámina es atraido por el núcleo de hierro de la bobina. La bombilla de la derecha se apaga, mientras que la de la izquierda se enciende. CONCLUSIÓN Al cerrar el circuito eléctrico de mando interrumpimos un contacto de reposo y cerramos un contacto interruptor.


E 6.6 CIRCUITO DE INTERRUPTOR AUTOMÁTICO Material

Resorte de

lámina

1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 manguito apriete STB 1 interruptor dATB 1 bobina STB 800 espiras 1 bobina azul 800 esp. 2 portapinzas con ranura y perforación 1 muelle de lámina, acero 1 núcleo de hierro 1 clavija de contacto 2 cables de conexión Fuente de alimentación Los timbres accionados por pilas y otros aparatos eléctricos poseen el circuito tratado en este experimento. CONEXIÓN Montaje de acuerdo a la ilustración. La bobina (con núcleo de hierro), la clavija de contacto, el muelle de lámina de acero y el interruptor se encuentran conectados en serie. El muelle de lámina de acero y el interruptor se encuentran conectados en serie. El muelle de lámina debe encontrarse a unos 7 mm del núcleo de hierro. Aplicamos 9 V de tensión continua. La clavija de contacto presiona contra el muelle de lámina, con lo que el circuito eléctrico se mantiene cerrado. EXPERIMENTO Cerramos el circuito. El muelle de lámina es atraído por el núcleo de hierro de la bobina, con lo que se abre el circuito eléctrico. El núcleo de hierro deja libre de nuevo al muelle de lámina, el circuito se cierra de nuevo. El muelle de lámina podemos fijar una pinza de cocodrilo con clavija de vástagos al extremo del muelle de lámina. En el lugar de contacto se forman chispas. CONCLUSIÓN Un muelle de lámina con una conexión adecuada puede cerrar y abrir repetidamente un circuito.


E 6.7 ZUMBADOR DE CORRIENTE ALTERNA Material

Resorte de lámina

1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 manguito apriete STB 1 interruptor STB 1 bobina STB 800 espiras 1 bobina azul 800 esp. 1 portapinzas con ranura y perforación 1 muelle de lámina, acero 2 cables de conexión Fuente de alimentación Los zumbadores de corriente alterna no necesitan interruptores automáticos. La corriente alterna misma se encarga de la interrupción. CONEXIÓN Montaje de acuerdo a la ilustración. El muelle de lámina no se encuentra en el circuito eléctrico. Se encuentra a unos 8-10 mm del núcleo de hierro masivo y redondo deslizado en la bobina. Aplicamos 12 V de tensión alterna. EXPERIMENTO Cerramos el circuito. El muelle de lámina es atraído por la bobina, la cual fluye la corriente eléctrica; sin embargo es de nuevo dejada en libertad. Este proceso se repite cien veces por segundo, correspondiendo con los 100 semiperíodos de la corriente alterna. El muelle de lámina produce el sonido estridente. CONCLUSIÓN Al utilizar corriente alterna no se necesita un circuito de interruptor para hacer oscilar el muelle de lámina. El muelle oscila debido a que la intensidad de corriente aumenta y de nuevo regresa a cero cien veces por segundo.


E 6.8 MODELO DE UN FUSIBLE MAGNÉTICO Material

Latón

Resorte de lámina

1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 portalámparas STB 2 manguitos apriente STB 1 portabobinas STB 800 esp. 1 núcleo de hierro 2 portapinzas 1 pinza de cocodrilo con clavija 1 resorte de lámina latón 1 resorte de lámina hierro 1 bobilla 10V/0,05 A 3 cables de conexión Fuente de alimentación Un fusible magnético debe interrumpir el circuito eléctrico en caso de un cortocircuito. En nuestro modelo, después de reparar el cortocircuito, debemos engatillar de nuevo el fusible magnético manualmente. CONEXIÓN Montaje de acuerdo a la ilustración. El muelle de lámina de latón mantiene su posición de reposo de acuerdo a la línea punteada. El muelle es presionado por el muelle de acero hacia arriba contra las pinzas de cocodrilo con clavijas de vástagos fijas en el manguito K. Así se cierra el contacto. En caso de cortocircuito, el muelle de lámina de acero es atraído por la bobina (con núcleo de acero) mientras que libera al muelle de lámina de latón. El muelle de lámina de latón se dispara hacia abajo e interrumpe el circuito eléctrico. El muelle de lámina de acero mismo no se encuentra en el circuito eléctrico. Aplicamos 12 V de tensión continua. EXPERIMENTO Después de ajustar cuidadosamente (el muelle de lámina se encuentra a 6-8 mm del núcleo de hierro y presiona al muelle de latón hacia arriba al extremo) producimos el cortocircuito conectando los manguitos señalados con A y B. El circuito eléctrico se interrumpe inmediatamente. CONCLUSIÓN El fusible magnético interrumpe el circuito eléctrico tan pronto como la intensidad de corriente aumenta al producirse un cortocircuito.


E 7.1 EFECTO MOTOR DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 pinza de cocodrilo con clavija 1 barra imantada 1 hilo de cobre 2 cables de conexión Fuente de alimentación Sabemos que un conductor por el que fluye la corriente está rodeado por un campo magnético. Ahora investigaremos el efecto recíproco entre este campo magnético y un segundo campo magnético (por ej. una barra imantada). CONEXIÓN Montaje de acuerdo a la ilustración. fijamos pinzas de cocodrilo con clavijas de vástagos a los manguitos A y B. Fijamos un pedazo combado (unos 10 cm) de hilo de cobre (filamento metálico) y aplicamos tensión continua de 6 V. EXPERIMENTO Cerramos el circuito. Acercamos el filamento metálico desde arriba, primero al polo norte y luego al polo sur de la barra imantada. El circuito no debe permanecer cerrado innecesariamente. CONCLUSIÓN El conductor por el que fluye la corriente (en el experimento el filamento metálico) se mueve normal a la dirección de la corriente y normal a la dirección del campo magnético. O sea que una fuerza actúa sobre el conductor por el que fluye la corriente.


E 7.1.1 FUERZA DE LORENZ Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 2 pilas STB 2 interruptores STB 1 portabobinas STB, 800 esp. 1 bobina roja 800 espiras 1 núcleo en U 2 cables de conexión Fuente de alimentación Filamento metálico Estudiaremos el efecto de un campo magnético sobre un conductor por el que fuye la corriente; el campo magnético es producido por un electroimán. CONEXIÓN Construimos el circuito de acuerdo al diagrama. Fijamos el filamento metálico entre ambas pinzas de cocodrilo con clavijas de vástagos. Las pinzas de cocodrilo se encuentran en los módulos de conexión. Como fuente de tensión para el filamento metálico nos sirven los dos módulos de pila. Colocamos el núcleo en U en la bobina con 800 espiras. El filamento metálico se encuentra suspendido libremente entre el núcleo de hierro y la bobina. Conectamos a la fuente de alimentación el segundo circuito eléctrico para proveer de corriente al electroimán. Aplicamos 8 voltios de tensión continua. Por el momento, ambos interruptores se encuentran abiertos. EXPERIMENTO A continuación cerramos el interruptor del circuito eléctrico con el electroimán. Luego conectamos el segundo interruptor. El filamento metálico se mueve inmediatamente. Abrimos de nuevo inmediatamente el interruptor, ya que de lo contrario la pila se gastará demasiado pronto. Observamos la dirección del movimiento del filamento metálico. Invirtiendo la polaridad de la tensión en el filamento metálico (insértense invertidos ambos módulos de pila) podemos cambiar la dirección del movimiento. Invirtiendo la polaridad del circuito eléctrico por medio de la bobina podemos lograr la dirección del campo magnético. CONCLUSIÓN Un campo magnético desvía a un conductor por el que fluye la electricidad. La fuerza que actúa sobre el conductor por el que fluye la electricidad es la Fuerza de Lorenz. Su dirección es normal a la dirección de la corriente y ala dirección del campo magnético. Podemos originar el campo magnético por medio de un electroimán. INDICACIÓN Podemos determinar la dirección del movimiento del conductor por el que fluye la electricidad por medio de la “regla de los tres dedos”. Sostenemos los tres primeros dedos de la mano derecha de tal manera que premanezcan normales entre sí. La dirección del dedo pulgar de la mano derecha nos da la dirección de la corriente (dirección técnica de la corriente, de + a -) a través del conductor, la dirección del dedo índice nos da la dirección del campo magnético y la dirección del dedo medio nos dé la dirección del movimiento.


E 7.2 PRINCIPIO DE UN ELCETROMOTOR Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 portabobinas STB 800 esp. 1 bobina roja 800 espiras 1 vaina de cojinete 2 barras imantadas 1 portaagujas 1 aguja con enchufe 2 cables de conexión Fuente de alimentación El electromotor se basa en el efecto recíproco entre dos campos magnéticos, uno de los cuales es producido por corriente eléctrica. El experimento nos muestra porqué es necesario invertir la polaridad para así mantener una rotación. CONEXIÓN Montaje de acuerdo a la ilustración. Deslizamos el núcleo de hierro masivo y redondo en la bobina con 2x800 espiras. A la derecha, al lado del circuito, se encuentra el portaaguas con enchufe y aguja. Colocamos la vaina de cojinete junto con 2 barras imantadas cilíndricas sobre la aguja. El polo positivo de la tensión continua está conectado al manguito A. El polo negativo no se conecta firmemente , sino que se lleva con la mano al manguito de apriete del STB con manguito de apriete. La posición inicial de la barra imantada debe ajustarse constantemente de acuerdo a la ilustración. EXPERIMENTO 1 Aplicamos la tensión continua (unos 8 voltios) cerrando el contacto en B. El polo norte de la barra imantada es atraído por el núcleo de hierro en la bobina. De nuevo interrumpimos el circuito eléctrico. EXPERIMENTO 2 Llevamos la barra imantada a la posición inicial y cerramos el circuito eléctrico en B, pero solamente por un corto tiempo. Antes de que el polo norte del imán llegue a la bobina interrumpimos de nuevo el circuito. Debido a la inercia, el imán coninúa rotando. Cuando el polo norte se encuentra de nuevo cerca de su posición inicial cerramos de nuevo el contacto. El polo norte es atraído nuevamente. Debido a la interrupción del circuito eléctrico, el imán puede llevar a cabo una rotación completa. Mejor sería no interrumpir el circuito, sino en vez de eso invertir la polaridad de la tensión continua aplicada. CONCLUSIÓN Interrumpiendo o invirtiendo la polaridad de la tensión aplicada, la corriente eléctrica puede producir una rotación.


E 7.3 MODELO DE UN ELECTROMOTOR Material

Placa dehierro

Placa de hierro

Escobillas

1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 2 manguitos de apriete 1 bobina azul 800 esp. 1 espiga de cojinete 1 barra imantada 2 chapas polares 1 conmutador 2 escobillas 1 núcleo hierro (prisma) 2 cables de conexión Fuente de alimentación El modelo muestra la construcción fundamental de un motor de corriente continua. CONEXIÓN Al realizarse el montaje debe ponerse cuidado al orden. Comenzamos con el módulo intermedio, el cual lleva la bobina. La bobina representa el rotor del motor. Sobre un manguito STB fijamos la espiga de cojinete y colocamos la bobina junto con el núcleo de hierro (forma de paralelepípedo). El núcleo de hierro tiene en la mitad una perforación, en la cual podemos introducir la espiga de cojinete. La espiga de cojinete debe fijarse de tal manera que la bobina pueda rotar sin tocar el módulo. Colocamos el conmutador sobre la espiga de contacto de la bobina que se eleva hacia arriba. El conmutador tiene la tarea de invertir la polaridad de la corriente que fluye a través de la bobina después de cada media rotación. El manguito de apriete se encuentre lateralmente. Fijamos el segundo manguito de apriete STB detrás del manguito de apriete STB con la bobina. Colocamos módulos cualesquiera a la izquierda y a la derecha del manguito de apriete STB. Estos módulos sirven simplemente de superficie de apoyo para las chapas polares. El manguito de apriete STB sostiene al portaimanes. Deslizamos la barra imantada por la abertura del portaimanes y la fijamos exactamente en el centro. Colocamos ambas chapas polares a la izquierda y a la derecha de la barra imantada (se adhieren magnéticamente). Fijamos el conductor STB interrumpido ante el manguito con la bobina. En ambos manguitos colocamos los portaescobillas con las escobillas. Las escobillas deben tocar al receptor, sin embargo no deben presionar demasiado a la bobina. El ajuste de las escobillas es decisivo para el funcionamiento del modelo. Rotamos la bobina del rotor de tal manera que el eje de la bobina se mueva paralelo a las chapas polares. Las escobillas se encuentran entonces en el centro de ambas semicírculos. A esta posición debemos llevar la bobina siempre que queramos arrancar el motor. Aplicamos 3 V de tensión continua. EXPERIMENTO Cerramos el circuito. El motor arranca. Si la bobina del rotor no rotará, entonces debemos mejorar el contacto con las escobillas (presiónese eventualmente con los dedos ligeramente). Al tenerse un ajuste correcto arranca el motor inmediatamente. Invirtiendo la polaridad de la tensión aplicada (inviértanse los contactos a la fuente de tensión) podemos cambiar la dirección de la rotación. Veremos si el motor también funciona con corriente alterna.


CONCLUSIÓN En un motor de corriente continua, una bobina rota en un campo magnético constante, ya que después de cada semirotación se invierte la polaridad de la corriente que fluye por la bobina, y por lo tanto también se invierte el campo magnético de la bobina. Un motor con imán permanente no puede funcionar con corriente alterna.


E 7.3.1 MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 motor de corriente continua STB 1 interruptor STB 1 sonda de campo magnético 2 cables de conexión 1 disco con espiral Fuente de alimentación Conoceremos un pequeño motor de corriente continua. CONEXIÓN Constuimos el circuito de acuerdo a la ilustración. El motor STB de corriente continua no se monta todavía. Aplicamos al circuito a una tensión continua de 1 voltio. EXPERIMENTO 1 Exploramos el espacio alrededor del motor de corriente continua con la sonda de campo magnético. Reconocemos que en la caja del motor debe encontrarse un imán permanente. EXPERIMENTO 2 Conectamos el motor STB de corriente continua al circuito. Colocamos sobre el eje del motor un disco con espiral. Este disco facilitará la observación del movimiento de rotación. Cerramos el circuito y observamos el sentido de la rotación del motor. Luego abrimos el circuito de nuevo e intercambiamos los contactos a la fuente de tensión. Después de cerrar el circuito de nuevo, el motor rota en sentido contrario. CONCLUSIÓN En un motor pequeño de corriente continua se encuentra casi siempre un imán permanente para producir el campo magnético exterior. El sentido de rotación del motor está determinado por la dirección de la corriente continua.


E 7.4 MOTOR EN SERIE Material

Placa dehierro

Placa de hierro

Escobillas

1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 2 manguitos de apriete 1 bobina azul 800 esp. 1 espiga de cojinete 1 barra imantada 2 chapas polares 1 conmutador 2 escobillas 1 núcleo hierro (prisma) 2 cables de conexión Fuente de alimentación Imanes permanentes sólo se utilizan en motores pequeños. Para la creación de campos, sin embargo, es preferible utilizar electroimanes (¿Por qué?). La bobina creadora del campo y la bobina del rotor se encuentran en este modelo conectadas en serie. CONEXIÓN Al realizarse el montaje debe ponerse cuidado al orden. Comenzamos con el módulo intermedio, el cual lleva la bobina. La bobina representa el rotor del motor. Sobre un manguito STB fijamos una espiga de cojinete y colocamos la bobina con 800 espiras junto con el núcleo de hierro en forma de paralelepípedo. La espiga de cojinete debe fijarse de tal manera que la bobina pueda rotar sin tocar el módulo. Colocamos el conmutador sobre la espiga de contacto de la bobina que se eleva hacia arriba. El conmutador tiene la tarea de invertir la polaridad de la corriente que fluye a través de la bobina después de cada media rotación. El manguito de apriete STB debe colocarse en el panel de circuito de tal manera que el tornillo de apriete se encuentre lateralmente. Fijamos la bobina STB con la bobina 2x800 espiras detrás del manguito de apriete STB con la bobina. Ambos conductores rectos STB a la izquierda y a la derecha de la bobina STB sirven de superficie de apoyo para las chapas polares. Deslizamos en la bobina el núcleo de hierro cilíndrico. Fijamos a los extremos del núcleo de hierro, con ayuda del estribo de apriete, ambas chapas polares. Fijamos frente al manguito de apriete STB con la bobina el conductor STB interrumpido. En ambos manguitos colocamos los portaescobillas con las escobillas. Las escobillas deben tocar al receptor, sin embargo no deben presionar demasiado a la bobina. El ajuste de las escobillas es decisivo para el funcionamiento del modelo de motor. Rotamos la bobina del rotor de tal manera que el eje de la bobina se mueva paralelo a las chapas polares. Las escobillas se encuentran entonces en el centro de ambos semicírculos. A esta posición debemos llevar la bobina siempre que queramos arrancar el motor. Aplicamos 12 V de tensión continua. EXPERIMENTO 1 Cerramos el circuito y observamos la rotación de la bobina del rotor. Invirtiendo la polaridad de la tensión aplicada (intercámbiense los contactos a la fuente de tensión) no es posible cambiar la dirección de rotación, ya que así se cambiaría la dirección de la corriente tanto en el rotor como en la bobina de campo. EXPERIMENTO 2 Abrimos el circuito y aplicamos 12 V de tensión alterna. ¿Rotará ahora la bobina? Cerramos el circuito y observamos que este modelo de motor también funciona con tensión alterna. CONCLUSIÓN Un electromotor con electroimán puede funcionar tanto con tensión continua como con tensión alterna. La dirección de la corriente se invierte simultáneamente en la bobina de campo y en la bobina del rotor.


E 7.5 MOTOR EN DERIVACIÓN Material

Placa dehierro

Placa de hierro

Escobillas

1 panel de circuito 1 juego conductores STB 2 interruptores STB 1 manguito d eapriete 1 portabobina STB, 2x800 espiras 1 bobina roja, 2x800 espiras 1 bobina azul 800 esp. 2 espigas de cojinete 2 chapas polares 1 estribo sujeción 1 conmutador 2 escobillas 1 núcleo hierro (prisma) 2 cables de conexión Fuente de alimentación En un motor en derivación la bobina creadora del campo y la bobina del rotor se encuentran conectadas en paralelo. CONEXIÓN Al realizarse el montaje debe ponerse cuidado al orden. Comenzamos con el módulo intermedio, el cual lleva la bobina. La bobina representa el rotor del motor. Sobre un manguito de apriete STB fijamos una espiga de cojinete y colocamos la bobina con 800 espiras y el núcleo de hierro en forma de paralelepípedo. La espiga de cojinete debe fijarse de tal manera que la bobina pueda rotar sin tocar el módulo. Colocamos el conmutador sobre la espiga de contacto de la bobina que se eleva hacia arriba. El conmutador tiene la tarea de invertir la corriente que fluye a través de la bobina después de cada media rotación. El manguito de apriete debe colocarse en el panel de circuito de tal manera que el tornillo de apriete se encuentre lateralmente. Fijamos la bobina STB con 2x800 espiras detrás del manguito de apriete STB con la bobina. Ambos conductores rectos STB a la izquierda y a la derecha de la bobina STB sirven de superficie de apoyo para las chapas polares. Deslizamos en la bobina el núcleo de hierro. Fijamos a los extremos del núcleo de hierro, con ayuda del estribo de apriete, ambas chapas polares. Fijamos frente al manguito de apriete STB con la bobina el conductor STB interrumpido. En ambos manguitos colocamos los portaescobillas con las escobillas. Los escobillas deben tocar al receptor, sin embargo no deben presionar demasiado a la bobina. El ajuste de las escobillas es decisivo para el funcionamiento del modelo de motor. Rotamos la bobina del rotor de tal manera que el eje de la bobina se mueva paralelo a las chapas polares. Las escobillas se encuentran entonces en el centro de ambos semicírculos. A esta posición debemos llevar la bobina siempre que queramos arrancar el motor. Aplicamos 6 V de tensión continua a ambos puntos de ramificación. El interruptor 1 sirve para cerrar el circuito de la bobina de campo; el interruptor 2 sirve para cerrar el circuito del rotor. Cerramos el interruptor 1 para que así las bobinas de campo produzcan un campo magnético. EXPERIMENTO 1 Cerramos el interruptor 2 y observamos la rotación de la bobina del rotor. Invirtiendo la polaridad de la tensión aplicada (intercámbiense los contactos a la fuente de tensión) no es posible cambiar la dirección de rotación, ya que así se cambiaría la dirección de la corriente tanto en el rotor como en la bobina de campo.


EXPERIMENTO 2 Abrimos el interruptor y aplicamos 12 V de tensión alterna. ¿Rotará ahora la bobina? Cerramos el interruptor y observamos que este modelo de motor también funciona con corriente alterna. CONCLUSIÓN Un electromotor con electroimán puede funcionar tanto con tensión continua como con tensión alterna. La dirección de la corriente se invierte simultáneamente en la bobina de campo y en la bobina del rotor.


E 7.6 MODELO DE UN INSTRUMENTO DE MEDICIÓN HIERRO MÓVIL Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 2 interruptores STB 1 portabobina STB 2x800 espiras 1 bobina roja 2x800 espiras 2 espigas de cojinete 2 cables de conexión Fuente de alimentación En un electromotor. La corriente eléctrica origina un movimiento. El efecto motor de la corriente eléctrica puede servir también para medir la intensidad de corriente. CONEXIÓN Construimos el circuito de acuerdo al diagrama. Insertamos la bobina con 2x800 espiras en la bobina STB 2x800 espiras. Colocamos muy cerca una al lado de la otra ambas espigas de cojinete de hierro en la bobina. Utilizamos el amperímetro con el alcance de medida = 100 mA. Aplicamos 12 V de tensión continua. EXPERIMENTO Cerramos el interruptor. Inmediatamente se alejan las espigas de cojinete una de la otra. Obviamente se repelen entre sí. La explicación es sencilla: ambas espigas de hierro se magnetizan de la misma manera en el campo magnético de la bobina por la que fluye la corriente. Ya que polos del mismo signo se encuentran juntos se repelen uno al otro. Las espigas de hierro intentan en lo posible el separarse. Medimos la intensidad de corriente. Reducimos la tensión aplicada a 6 V. ¿Se mueven las espigas de cojinete de la misma manera que anteriormente? Medimos de nuevo la intensidad de corriente. Entonces abrimos de nuevo el interruptor. ¿Se da también con tensión alterna una repulsión de las dos espigas? Aplicamos 12 V de tesnión alterna y utilizamos el amperímetro con el alcance de medida = 100 mA. Luego cerramos de nuevo el interruptor. De nuevo se alejan una de la otra las espigas de cojinete. El campo magnético cambiante magnetiza las espigas de cojinete también de la misma forma. CONCLUSIÓN Ya que la corriente eléctrica en una bobina crea un campo magnético, espigas de hierro situadas una al lado de la otra en la bobina se magnetizan de la misma manera y por lo tanto se repelen entre sí. La intensidad de la repulsión depende de la intensidad de corriente. De acuerdo a este principio es posible medir la intensidad de corriente.


E 8.1 INDUCCIÓN MAGNÉTICA Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 bobina STB 800 espiras 1 bobina STB 2x800 espiras 1 bobina azul 800 esp. 1 bobina roja 2x800 espiras 1 barra imantada, cilíndrica 1 instrumento de medición 2 cables de conexión En el circuito no se encuentra una fuente de tensión, como aparato de alimentación o pila. Producimos tensión de otra manera. La tensión producida se llama tensión inducida. CONEXIÓN Montaje de acuerdo al diagrama. La bobina con 2x800 espiras y un voltímetro (alcance de medida = 0,3 V) se encuentran conectados al „circuito“. El voltímetro todavía no muestra una tensión. EXPERIMENTO 1 Introducimos lentamente y a un paso constante la barra imantada en la abertura de la bobina y la sacamos de nuevo después de un corto tiempo. El voltímetro muestra respectivamente una tensión con diferente dirección. El movimiento del imán induce tensión en la bobina (tensión inducida). EXPERIMENTO 2 Introducimos rápidamente la barra imantada en la abertura de la bobina y la sacamos de nuevo después de una corta pausa también rápidamente. Si comparamos la magnitud de la tensión indicada con el resultado del primer experimento podremos observar que la tensión inducida es ahora considerablemente mayor. EXPERIMENTO 3 Reemplazamos la bobina 2x800 espiras por la bobina con 800 espiras. Introducimos la barra imantada en la abertura de la bobina tan rápidamente como en el Experimento 2 y luego la sacamos. Ahora la tensión inducida es menor que la del Experimento 2 (algo así como la mitad). CONCLUSIÓN Si en una bobina cambia el campo magnético, entonces se crea una tensión a la cual nosotros llamamos tensión inducida. La magnitud de la tensión de pende de la velocidad a la que varía el flujo magnético en la bobina. Al variar el flujo magnético en la bobina más lentamente, la tensión será menor que al darse un cambio rápido. Al duplicarse el número de espiras en la bobina la tensión inducida será también el doble .


E 8.1.1 TENSIÓN DE INDUCCIÓN Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 bobina STB 800 espiras 1 bobina STB 2x800 espiras 1 bobina azul 800 esp. 1 bobina roja 2x800 esp. 1 núcleo en U 2 instrumentos de medición 8 cables de conexión 1 generador de función Fuente de alimentación Al producirse un cambio magnético de una bobina se induce en la bobina corriente eléctrica. Estudiaremos la relación existente entre la velocidad del cambio del campo magnético y la magnitud de la tensión inducida. CONEXIÓN Montaje de acuerdo a la ilustración. Conectamos la bobina con 800 espiras al generador de función. Conectamos éste a una tensión alterna de 12 V. unimos ambas bobinas con el núcleo en U. Conectamos el voltámetro (alcance de medida 3 V =) a la bobina con 2x800 espiras. El amperímetro (alcance de medida 1A =) mide la corriente en el circuito con la bobina con 800 espiras („circuito primario“). Mientras el generador de función esté desconectado, el voltímetro no indica ninguna tensión. EXPERIMENTO Ajustamos el generador de función a „tensión triangular“ y escogemos una frecuencia de 0,1 Hertz. Ajustamos el regulador para la tensión de tal manera que la intensidad de corriente sea de unos 0,6A. El voltímetro indica una tensión de inducción en la bobina con 2x800 espiras. Elevamos la frecuencia a 0,2 Hertz y observamos que la tensión de inducción aumenta. CONCLUSIÓN Si el campo magnético cambia rápidamente en la bobina se produce una tensión de inducción mayor. La magnitud de la tensión de inducción es proporcional a la velocidad de cambio del campo magnético. Mientras que la intensidad de corriente en el circuito primario aumenta o disminuye periódicamente, la magnitud de la tensión de inducción en la bobina secundaria permanece casi inalterada, lo único que cambia es el signo. Una tensión triangular en la bobina primaria origina una tensión rectangular en la bobina secundaria.


E 8.2 PRINCIPIO DE UN GENERADOR Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 vaina de cojinete 1 aguja con enchufe 2 barras imantadas 1 núcleo hierro (prisma) 2 cables de conexión 1 instrumento medición La tensión para nuestras fuentes de alimentación proviene de „generadores“. El experimento nos mostrará el principio fundamental de un generador. CONEXIÓN Montaje de acuerdo al diagrama. Introducimos el núcleo de hierro corto (núcleo de hierro recto en forma de paralelepípedo) en la bobina con 2x800 espiras. Al lado del circuito (sin pertenecer al circuito) se encuentra conectado un conductor STB con manguito. Agrupamos ambas barras imantadas en la vaina de cojinete y las fijamos en el manguito con ayuda de la aguja con enchufe. Utilizamos el voltímetro con el alcance de medida= 0,1 V. EXPERIMENTO Producimos una rotación de la barra imantada y observamos el voltímetro. Al acercarse el polo norte al polo sur se producen golpes de tensión en dirección diversa. CONCLUSIÓN Si un imán rota alrededor de una bobina de inducción, se produce en la bobina tensión alterna. Este es el principio fundamental de un generador.


E 8.3 GENERADOR DE CORRIENTE ALTERNA (MÁQUINA DE POLO INTERIOR) Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 conductor recto con manguito 1 portabobina 2x800 espiras 1 bobina roja, 2x800 espiras 1 portabobina 800 espiras 1 bobina azul 800 esp. 1 espiga de cojinete 1 vaina de cojinete 1 aguja con enchufe 2 barras imantadas 1 núcleo hierro (prisma) 1 núcleo hierro (cilindro) 2 cables de conexión 1 instrumento medición En un generador de polo interior, un campo magnético rota entre bobinas de inducción fijas. El experimento muestra un modelo de este tipo de generadores. CONEXIÓN Construimos el circuito de acuerdo al diagrama. Ambas bobinas se encuentran conectadas en serie. Deslizamos el núcleo de hierro cilíndrico en la bobina con 800 espiras. En la bobina con 2x800 espiras deslizamos el núcleo de hierro en forma de paralelepípedo y lo fijamos con una espiga de cojinete. Juntamos ambas barras imantadas por medio de la vaina de cojinete y las fijamos con ayuda de la aguja con enchufe en el conductor STB recto con manguito. Utilizamos el voltímetro con el alcance de medida = 0,1 V. EXPERIMENTO 1 Hacemos rotar lentamente los imanes y observamos la manecilla del instrumento de medición. Observamos la dirección del movimiento de la manecilla en cada semirotación. EXPERIMENTO 2 Utilizamos ahora el alcance de medida 1 V y rotamos el rotor del imán, primero lentamente y luego lo más rápidamente posible. CONCLUSIÓN Al rotar el imán entre ambas bobinas surge una tensión alterna. Al aumentar el número de rotaciones aumenta la tensión inducida.


E 8.4 GENERADOR DE CORRIENTE ALTERNA (MÁQUINA DE POLO EXTERIOR) Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 2 manguitos de apriete 1 bobina azul 800 esp.1 portaimanes 1 portaimanes 1 espiga de cojinete 1 barra imantada 2 chapas polares 1 disco de anillos colectores 2 escobillas 1 núcleo hierro (prisma) 2 cables de conexión 1 instrumento medición

Placa dehierro

Placa de hierro

Escobillas

El modelo nos muestra el principio estructural de un generador de corriente alterna con campo magnético fijo. Las bobinas de inducción se encuentran sobre el rotor. CONEXIÓN Al realizarse el montaje debe ponerse cuidado al orden. Comenzamos con el módulo intermedio, el cual lleva la bobina. La bobina representa el rotor del motor. Fijamos la espiga de cojinetes al manguito de apriete STB y colocamos la bobina junto con el núcleo de hierro (forma de paralelepípedo). El núcleo de hierro tiene en la mitad una perforación, en la cual podemos introducir la espiga de cojinete. La espiga de cojinete debe fijarse de tal manera que la bobina pueda rotar sin tocar el módulo. Colocamos el disco de anillos colectores sobre la espiga de contacto de la bobina que se eleva hacia arriba. En el disco de anillos colectores tomaremos la tensión alterna producida con ayuda de las escobillas. El manguito de apriete STB debe colocarse en el panel de circuito de tal manera que el tornillo de apriete se encuentre lateralmente. Fijamos el segundo manguito de apriete STB detrás del manguito de apriete STB con la bobina. Colocamos módulos cualesquiera a la derecha y a la izquierda del manguito de apriete STB. Estos módulos sirven simplemente de superficie de apoyo para las chapas polares. El manguito de apriete STB sostiene el portaimanes. Deslizamos la barra imantada por la abertura del portaimanes y la fijamos exactamente en el centro. Colocamos ambas chapas polares a la izquierda y derecha de la barra imantada (se adhieren magnéticamente). Fijamos el conductor STB interrumpido ante el manguito con la bobina. En ambos manguitos colocamos los portaescobillas con las escobillas. Las escobillas deben tocar a los anillos colectores, sin embargo no deben presionar demasiado la bobina. El ajuste de las escobillas es decisivo para el funcionamiento del modelo generador. Giramos la bobina del rotor de tal manera que el eje de la bobina se mueva paralelo a las chapas polares. Las escobillas se encuentran entonces en el centro de ambos semicírculos. Utilizamos el voltímetro con el alcance de medida = 0,1V. Las escobillas se comunican con el voltímetro por medio de los dos módulos de contacto. EXPERIMENTO Giramos lentamente la bobina y luego algo más rápidamente mientras observamos el índice del voltímetro. Éste nos muestra una tensión con dirección cambiante. Intercambiando las conexiones en el voltímetro podemos intercambiar la dirección de la tensión de inducción en ambos semiperíodos. Utilizamos ahora el alcance de medida 0,3 V aprox. y hacemos girar la bobina rápidamente. CONCLUSIÓN En generador de polo exterior, la bobina de inducción gira en un campo magnético fijo. Tomamos una tensión alterna a través de ambos anillos colectores y de las escobillas.


E 8.5 GENERADOR DE CORRIENTE CONTINUA Material

Placa dehierro

Placa de hierro

Escobillas

1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 2 manguitos de apriete STB 1 bobina azul, 800 espiras 1 portaimanes 1 espiga de cojinete 1 barra imantada, cilíndrica 2 chapas polares 1 disco de conmutador 2 escobillas 1 núcleo de hierro, paralelepípedo 1 instrumento de medición 2 cables de conexión Fuente de alimentación El modelo nos muestra el principio estructural de un generador de corriente continua con campo magnético fijo. Las bobinas de inducción se encuentran sobre el rotor. CONEXIÓN Al realizarse el montaje debe ponerse cuidado al orden. Comenzamos con el módulo intermedio, el cual lleva la bobina. La bobina representa el rotor del motor. Fijamos la espiga de cojinetes a un manguito de apriete STB y colocamos la bobina junto con el núcleo de hierro (forma de paralelepípedo). El núcleo de hierro posee en la mitad una perforación, por la cual podemos introducir la espiga de cojinete. La espiga de cojinete debe fijarse de tal manera que la bobina puede girar sin tocar el módulo. Colocamos el disco de contensión alterna con ayuda de las escobillas. El manguito de apriete STB debe colocarse en el panel de circuito de tal manera que el tornillo de apriete se encuentre lateralmente. Fijamos el segundo manguito de apriete STB detrás del manguito de apriete STB con la bobina. Colocamos módulos cualesquiera a la izquierda y a la derecha del manguito de apriete STB. Estos módulos sirven simplemente de superficie de apoyo para las chapas polares. El manguito de apriete STB sostiene al portaimanes. Deslizamos la barra imantada por la abertura del portaimanes y la fijamos exactamente en el centro. Colocamos ambas chapas polares a la izquierda y a la derecha de la barra imantada (se adhieren magnéticamente). Fijamos el conductor STB interrumpido ante el manguito de apriete STB con la bobina. En ambos manguitos colocamos los portaescobillas con las escobillas. Las escobillas deben tocar al conmutador, sin embargo no deben presionar demasiado a la bobina. El ajuste de las escobillas es decisivo para el funcionamiento del modelo de generador. Giramos la bobina del rotor de tal manera que el eje de la bobina se mueva paralelo a las chapas polares. Las escobillas se encuentran entonces en el centro de ambos semicírculos. Utilizamos el voltímetro con el alcance de medida = 0,1 V. Las escobillas se comunican con el voltímetro por medio de los dos módulos de contacto. EXPERIMENTO Giramos la bobina lentamente y luego algo más rápidamente mientras observamos la manecilla del voltímetro. Éste muestra una tensión con dirección constante. Intercambiando las conexiones en voltímetro podemos cambiar la dirección de la tensión inducida. El conmutador sirve para convertir la tensión alterna producida en el rotor en tensión continua. CONCLUSIÓN En un generador de corriente continua, el conmutador transforma la tensión alterna producida en las bobinas de inducción del rotor en tensión continua.


E 8.6 GENERADOR CON ELECTROIMÁN Material

Placa dehierro

Placa de hierro

Escobillas

1 panel de circuito 1 interruptor STB 1 manguito de apriete 1 portabobina STB, 2x800 esp. 1 bobina roja, 2x800 esp. 1 portabobina 800 esp. 1 bobina azul 800 esp. 1 espiga de cojinete 2 chapas polares 1 estribo sujeción 1 disco de anillos colectores 1 disco de conmutador 2 escobillas 1 núcleo hierro (prisma) 1 núcleo hierro (cilindro) 2 cables de conexión 1 instrumento medición El modelo nos muestra el principio estructural de un generador con electroimán. La bobina de inducción se encuentra sobre el rotor. CONEXIÓN Al realizarse el montaje debe ponerse cuidado al orden. Comenzamos con el módulo intermedio, el cual lleva la bobina. La bobina representa el rotor del motor. Fijamos la espiga de cojinetes a un manguito de apriete STB y colocamos la bobina junto con el núcleo de hierro (forma de paralelepípedo). El núcleo de hierro posee en la mitad una perforación, por la cual podemos introducir la espiga de cojinete. La espiga de cojinete debe fijarse de tal manera que la bobina pueda girar sin tocar el módulo. Sobre la espiga de contacto que se eleva hacia arriba colocamos primero el disco de anillos colectores y luego el disco de conmutador. En éste tomaremos la tensión inducida con ayuda de las escobillas. El manguito de apriete STB debe colocarse en el panel de circuito de manera que el tornillo de apriete se encuentre lateralmente. Fijamos la bobina STB 2x800 espiras con la bobina 2x800 espiras detrás del manguito de apriete STB con la bobina. La inscripción de la bobina STB debe dar hacia el rotor. Colocamos en la bobina el núcleo de hierro cilíndrico y fijamos a la izquierda y derecha de éste ambas chapas polares con ayuda del estribo de sujeción. Aplicamos en la bobina 12 V de tensión continua. Fijamos el conductor STB interrumpido ante el manguito de apriete STB con la bobina. En ambos manguitos colocamos los portaescobillas con las escobillas. Las escobillas deben tocar al conmutador, sin embargo, no deben presionar demasiado a la bobina. El ajuste de las escobillas es decisivo para el funcionamiento del modelo de generador. Giramos la bobina del rotor de tal manera que el eje de la bobina se mueva paralelo a las chapas polares. Las escobillas se encuentran entonces en el centro de ambos semicírculos. Utilizamos el voltímetro con el alcance de medida = 0,1 V. Las escobillas se comunican con el voltímetro por medio de los dos módulos de contacto. EXPERIMENTO 1 Giramos la bobina lentamente y luego algo más rápidamente mientras observamos la manecilla del voltímetro. Éste muestra una tensión con dirección alterna. Ahora utilizamos el voltímetro con el alcance de medida 0,3 V aprox. Al girar rápidamente la bobina se indica la tensión alterna.


EXPERIMENTO 2 Reemplazamos el disco de anillos colectores por el disco de conmutador. De nuevo utilizamos el conmutador con el alcance de medida = 3V. La tensión alterna inducida se transforma en tensión continua. CONCLUSIÓN Un generador con electroimán, al igual que un generador con imán fijo, y dependiendo del tipo de toma de corriente, puede utilizarse como generador de corriente alterna o continua.


E 8.6.1 MÁQUINA DE POLO INTERIOR CON IMÁN Material

Placa dehierro

Placa de hierro

Escobillas

1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 1 manguito de apriete 1 portabobina STB, 2x800 esp. 1 bobina roja, 2x800 esp. 1 bobina azul 800 esp. 1 espiga de cojinete 2 chapas polares 1 estribo sujeción 1 disco de anillos colectores 1 disco de anillos colectores 1 disco de conmutador 2 escobillas 1 núcleo hierro (prisma) 1 núcleo hierro (cilindro) 2 cables de conexión 1 instrumento de medición Fuente de alimentación El modelo nos muestra el principio estructural de un generador con electroimán rotativo. La bobina de inducción se encuentra sobre el estato. CONEXIÓN Al realizarse el montaje debe ponerse cuidado al orden. Comenzamos con el módulo intermedio, el cual contiene la bobina con 800 espiras. La bobina representa el rotor del motor. Fijamos la espiga de cojinetes a un manguito de apriete STB y colocamos la bobina junto con el núcleo de hierro (en forma de paralelepípedo). El núcleo de hierro posee en la mitad una perforación por la cual podemos introducir la espiga de cojinetes. La espiga de cojinetes debe fijarse de tal manera que la bobina pueda girar sin tocar el módulo. Sobre las espigas de contacto de la bobina que se elevan hacia arriba enchufamos el disco de anillos colectores. En éste suministramos la tensión continua de 8 V para el electroimán por medio de las escobillas. Debemos colocar el manguito de apriete STB en el panel de circuito de tal manera que el tornillo de apriete se encuentre lateralmente. Enchufamos la bobina STB con 2x800 espiras y la bobina 2x800 espiras detrás del manguito de apriete STB cilíndrico de hierro en la bobina y aseguramos a la izquierda y derecha de aquel las dos chapas polares por medio del estribo de sujeción. En esta bobina inducimos la tensión. Debemos enchufar al lado de la bobina el conductor STB recto y el contacto STB y conectarlos al voltímetro (alcance de medida 0,1V=). Enchufamos el conductor STB interrumpido frente al manguito de apriete STB con la bobina. En ambos manguitos colocamos los portaescobillas con las escobillas. Las escobillas deben tocar los anillos colectores, sin embargo, no deben presionar demasiado a la bobina. El ajuste de las escobillas es decisivo para el funcionamiento del modelo de generador. EXPERIMENTO Cerramos el interruptor y giramos lentamente la bobina; luego giramos la bobina algo más rápido y observamos la aguja del voltímetro. Se indica una tensión con dirección alterna. Utilizamos ahora el voltímetro con el alcance de medida 0,3 V aprox. Al girar la bobina rápidamente se indica una tensión alterna. CONCLUSIÓN En un generador de corriente alterna la tensión de inducción es tomada casi siempre del estator. El rotor posee el electroimán al cual se le suministra tensión continua.


E 8.7 INDUCCIÓN CON CORRIENTE CONTINUA Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 portabobina STB 2x800 espiras 1 bobina roja, 2x800 espiras 1 portabobina 800 espiras 1 bobina azul 800 esp. 1 núcleo en U 1 núcleo corto de hierro 1 estribo de apriete 4 cables de conexión 1 instrumento medición Fuente de alimentación La inducción sólo se da al ocurrir un cambio en el campo magnético de una bobina. Este cambio puede ser producido por un movimiento de un imán. Si el campo magnético proviene de una bobina por la que fluye una corriente continua, es posible lograr el cambio del campo magnético conectando o desconectando la corriente. CONEXIÓN Montaje de acuerdo a la ilustración. Todavía no introducimos el núcleo de hierro en las bobinas. La bobina con 2x800 espiras produce el campo magnético, el cual a su vez produce el campo magnético, el cual a su vez produce una corriente inducida. El voltímetro se utiliza con el alcance de medida = 0,3 V. aplicamos 5 V de corriente continua. EXPERIMENTO Cerramos y abrimos el interruptor varias veces. Mientras tanto observamos el voltímetro. Este muestra tensión por un corto tiempo al encender y apagar la corriente eléctrica. Introducimos el núcleo en U en la bobina y conectamos y desconectamos de nuevo varias veces. La tensión inducida es ahora mayor que al utilizar las bobinas sin núcleo. Cerramos ahora el núcleo de hierro con el núcleo de hierro corto. Fijamos con ayuda del estribo de apriete el núcleo de hierro corto al núcleo en U. Utilizamos ahora para el voltímetro el alcance de medida) 10 V. La tensión inducida al abrir y cerrar el interruptor ha aumentado aún más. Retiramos de nuevo el núcleo de hierro corto del núcleo en U. También aquí se induce una tensión debido a que el campo magnético cambia. CONCLUSIÓN Si fluye corriente continua por la bobina productora de un campo magnético („bobina primaria“), entonces se crea una tensión inducida en la bobina „secundaria“ al encender y apagar la corriente.


E 8.8 TRANSFORMADOR Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 bobina STB 800 espiras 1 bobina STB 2x800 esp. 1 bobina azul 800 esp. 1 bobina roja 2x800 esp. 1 núcleo en U 1 núcleo de hierro corto 1 estribo de apriete 2 instrumentos medición 6 cables de conexión Fuente de alimentación Ya que con tensión alterna cambia constantemente la intensidad de la corriente y por lo tanto también el campo magnético de la bobina primaria, se produce en la bobina secundaria constantemente una tensión inducida. La tensión inducida es una tensión alterna. CONEXIÓN Montaje de acuerdo a la ilustración. La bobina secundaria tiene el doble de las espiras (1600 espiras) de las que tiene la bobina primaria (800 espiras). Las bobinas poseen el núcleo de hierro cerrado (núcleo en U con núcleo de hierro corto, sostenidos por medio de un estribo de apriete). Utilizamos los voltímetros con el alcance de medida de 30 V aprox.). Conectamos un voltímetro a la bobina primaria (conexiones A y B) y el otro a la bobina secundaria (conexiones C y D). Ajustamos la tensión alterna aplicada sucesivamente a tres valores distintos. EXPERIMENTO 1 Medimos para los tres valores dados de la tensión primaria U1 la tensión secundaria U2: U1 = 3 V U2 = …. V U1 = 6 V U2 = …. V U1 = 9 V U2 = …. V La relación de los números de espiras es 1:2. ¿Cómo se comportan las tensiones en la bobina primaria y en la secundaria? EXPERIMENTO 2 Intercambiamos ambos módulos de bobina. La bobina secundaria tiene ahora la mitad de las espirales de la bobina primaria. Medimos de nuevo la tensión en la bobina secundaria para tres valores dados de la tensión primaria. Conectamos los voltímetros al alcance de medida 10 V aprox. U1 = 3 V U2 = …. V U1 = 6 V U2 = …. V U1 = 9 V U2 = …. V La relación de los números de espiras es 2:1. ¿Cuál es la relación entre las tensiones? CONCLUSIÓN Si el número de espiras de la bobina secundaria es el doble del de la bobina primaria, entonces la tensión secundaria U2 es siempre el doble de la tensión primaria U1. Si el número de espiras de la bobina secundaria es la mitad del de la bobina primaria, entonces la tensión secundaria U2 es la mitad de la tensión primaria U1. Las tensiones de las bobinas primaria y secundaria se comportan entre sí como los números de espiras de las bobinas respectivas.


E 8.9 TRANSFORMADOR 1 : 1 Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 portalámparas STB 1 portabobina STB, 2x800 esp. 1 bobina roja, 2x800 esp. 1 portabobina 800 esp. 1 bobina azul 800 esp. 1 bombilla 10 V/0,05 A 1 núcleo en U 1 núcleo corto de hierro 1 estribo de apriete 6 cables de conexión 2 instrumentos medición Fuente de alimentación En un transformador, las tensiones en la bobina primaria y secundaria se comportan como sus respectivos números de espiras. Por lo tanto, al tenerse un igual número de espiras se tendrán también unas tensiones iguales. CONEXIÓN Montaje de acuerdo a la ilustración. Los números de espiras son iguales en la bobina primaria y en la secundaria, 800 espiras respectivamente. Ambas espiras poseen un núcleo de hierro cerrado (núcleo en U con núcleo de hierro corto, sujetos por medio de un estribo de apriete). Todavía no conectamos el portalámparas STB con la bombilla incandescente. Utilizamos el voltímetro con el alcance de medida 10 V). EXPERIMENTO Medimos para tres valores dados de la tensión primaria U1 (conexiones A y B) la tensión secundaria U2 (conexiones C y D). U1 = 3 V U2 = …. V U1 = 6 V U2 = …. V U1 = 9 V U2 = …. V EXPERIMENTO 2 Con una tensión alterna de 9 V como tensión primaria retiramos el núcleo de hierro corto del núcleo en U. Con ello disminuye la tensión secundaria hasta …. Voltios. EXPERIMENTO 3 Cerramos de nuevo el núcleo de hierro y conectamos al circuito el portalámparas con la bombilla incandescente. Con ello disminuye la tensión secundaria hasta .... Voltios. CONCLUSIÓN Teniendo un número igual de espiras, la tensión secundaria es casi igual a la tensión primaria. Sin embargo, debido a las pérdidas es la tensión secundaria constantemente algo menor que la tensión primaria. Utilizando un núcleo de hierro cerrado son las pérdidas menores que utilizando un núcleo de hierro abierto. Si se carga el lado secundario del transformador disminuye la tensión secundaria.


E 8.10 TRANSFORMADOR SIN CARGA Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 2 portalámparas STB 1 interruptor STb 1 portabobina STB, 2x800 espiras 1 bobina roja, 2x800 espiras 1 bombilla 10V/0,05 A 1 bombilla 2,5 V 1 núcleo en U 1 núcleo corto de hierro 1 estribo de apriete 4 cables de conexión 1 portabobina 800 esp. 1 bobina azul 800 esp. 1 instrumento medición Fuente de alimentación Si el circuito secundario está cerrado, es decir, no fluye una corriente secundaria, decimos que el transormador se encuentra „sin carga“. ¿Existe en la parte primaria, la cual está separada del circuito secundario, una diferencia entre el estado con carga y el sin carga? CONEXIÓN Montaje de acuerdo al diagrama. Ambas bobinas poseen el núcleo de hierro cerrado (núcleo en U con el núcleo de hierro corto, sujetos con el estribo de apriete). Utilizamos el amperímetro con el alcance de medida 300 mA aprox. En el circuito primario se encuentra la bombilla 10 V. Por el momento, el interruptor en el circuito secundario se encuentra cerrado. EXPERIMENTO Aplicamos 9 V de tensión alterna. Ambas bombillas se encienden, el instrumento de medición indica la intensidad de corriente en el circuito primario: I1 = ….. mA Debido a que el interruptor se encuentra cerrado en el circuito secundario, el transformador se encuentra „con carga“. Ahora abrimos el interruptor en el circuito secundario. El transformador se encuentra sin carga. No solamente se apaga la bombilla en el circuito secundario, sino que también la bombilla en el circuito primario. El instrumento de medición indica ahora sólo …. mA. CONCLUSIÓN Si interrumpimos en un transformador el circuito secundario disminuye también la intensidad de corriente en el circuito primario hasta una „corriente de magnetización“ relativamente pequeña.


E 8.11 TAMBIÉN LA INTENSIDAD DE CORRIENTE SE TRANSFORMA Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 portalámparas STB 1 interruptor STB 1 portabobina, 2x800 espiras 1 bobina roja, 2x800 espiras 1 bombilla 10V/0,05 A 1 núcleo en U 1 núcleo corto hierro 1 estribo de apriete 6 cables de conexión 1 portabobina 800 esp. 1 bobina azul 800 esp. 2 instrumentos medición Fuente de alimentación Teniendo un número de espiras correspondiente, la tensión secundaria es el doble de la primaria. ¿Significa eso una ganancia de energía? Lamentablemente no, porque la intensidad de corriente también se transforma. CONEXIÓN Montaje de acuerdo al diagrama. Ambas bobinas poseen el núcleo de hierro cerrado (núcleo en U con el núcleo de hierro corto, sujetos por un estribo de apriete). Utilizamos el amperímetro con el alcance de medida 300 mA aprox. EXPERIMENTO Aplicamos 9 V de tensión alterna. Primero medimos la intensidad de corriente I 1, luego la intensidad de corriente secundaria I2: I1 = … mA I2 = … mA Ya que el número de espiras de la bobina secundaria es el doble del de la bobina primaria, en la bobina secundaria se encuentra una tensión doble. ¿Cómo se comportan entre sí las intensidades de corriente? CONCLUSIÓN Si la tensión secundaria U 2 es el doble de la tensión primaria U 1, entonces la intensidad de corriente secundaria I2 es aproximadamente la mitad de la intensidad de corriente primaria I 1. Los productos U1 . I1 y U2 . I2 (ellos nos indican la potencia) son aproximadamente iguales. Ya que se dan las pérdidas inevitables, el producto I 2 . U2 es siempre un poco menor.


E 8.12 LA BOBINA CON UNA TENSIÓN CONTINUA Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 portalámparas STB 1 interruptor STB 1 portabobina, 2x800 espiras 1 bobina roja, 2x800 espieras 1 bombilla 10 V/0,05 A 1 núcleo en U 1 núcleo corto hierro 1 estribo de apriete 2 cables de conexión Fuente de alimentación Las bobinas muestran con tensión continua un comportamiento muy diferente al que muestran con corriente alterna. A continuación estudiaremos el comportamiento de una bobina con corriente continua. CONEXIÓN Montaje de acuerdo a la ilustración. Deslizamos el núcleo en U en la bobina con 800 espiras. EXPERIMENTO Después de aplicar una tensión continua de 9 voltios y de cerrar el interruptor, colocamos el núcleo de hierro corto sobre el núcleo en U mientras observamos la bombilla incandescente; luego retiramos de nuevo el núcleo de hierro corto (mientras tanto tenemos que sostener el núcleo en U). Al colocar el núcleo de hierro corto se enciende débil y brevemente la bombilla, al retirarlo de nuevo se enciende brevemente pero con más intensidad. Al colocar el núcleo de hierro aumentamos el campo magnético. CONCLUSIÓN Aumentando el campo magnético con el núcleo de hierro producimos una contratensión en la bobina. Disminuyendo el campo magnético producimos un impulso de tensión en adición a la tensión efectiva. En ambos se habla de una „autoinducción“ en la bobina. La tensión inducida en la bobina se encuentra dirigida constantemente de tal manera que actúa contra su origen.


E 8.13 VOLTAJE MÁXIMO POR AUTOINDUCCIÓN Material 1 pila STB 1 lámpara de efluvios 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 1 portabobina STB, 2x800 espiras 1 bobina roja, 2x800 esiras 1 núcleo en U 1 núcleo corto hierro 1 estribo de apriete 2 cables de conexión Fuente de alimentación Debilitando el campo magnético de una bobina producimos una tensión adicional por medio de autoinducción. El experimento nos mostrará que esta tensión puede ser un múltiplo de la tensión aplicada. CONEXIÓN Montaje de acuerdo a las ilustraciones 1 y 2. A continuación conectamos la lámpara de efluvios STB al circuito de la ilustración 1. La pila STB (1,2 V) sirve de fuente de tensión en el circuito de la ilustración 2. Colocamos el núcleo de hierro cerrado (núcleo en U con núcleo de hierro corto, sujetos con el estribo de apriete) en la bobina con 2x800 espiras. Conectamos en paralelo la lámpara de efluvios STB y la bobina. EXPERIMENTO 1 Aplicamos una tensión continua de 12 voltios a la lámpara de efluvios del circuito de la ilustración 1. La lámpara de efluvios no se enciende. Ella necesita una tensión continua de 90 V. EXPERIMENTO 2 Conectamos la lámpara de efluvios en el circuito de la ilustración 2. Luego cerramos el interruptor y lo abrimos de nuevo después de un corto tiempo. Al desconectar se enciende brevemente la lámpara de efluvios. CONCLUSIÓN A pesar de que la tensión aplicada es de sólo 1,2 V, la bobina produce (al desconectarse) más de 90 voltios.


E 8.13.1 LEY DE LENZ Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 bobina STB 2x800 esp. 1 bobina roja 2x800 esp. 1 núcleo hierro, cilíndr. 1 barra imantada 1 aguja imantada 1 portaagujas 1 aguja con enchufe 1 instrumento medición 4 cables de conexión Fuente de alimentación

Si al acercar una barra imantada a una bobina se produce una corriente de inducción en la bobina, la bobina produce ella misma un campo magnético. Verificaremos la dirección de dicho campo magnético.

CONEXIÓN

Construimos el circuito de acuerdo al diagrama. Colocamos el núcleo cilíndrico de hierro en la bobina con 2x800 espiras. Colocamos la aguja imantada en el portaagujas por medio de la aguja con enchufe. Colocamos la aguja imantada con el portaagujas sobre el panel de circuito. Debe encontrarse ante el extremos izquierdo de la bobina. Utilizamos el amperímetro con el alcance de medida 0,1 A =. Todavía no insertamos el conductor recto STB sombreado con líneas. Aplicamos 4 voltios de corriente continua.

EXPERIMENTO 1

Cerramos el interruptor y observamos la aguja imantada. El polo sur de la aguja imantada indica hacia la bobina. Por lo tanto, en el extremo izquierdo de la bobina se forma un polo norte. En el amperímetro observamos un movimiento del índice hacia la derecha. Observamos la coordinación entre el movimiento de la manecilla y la posición del polo norte. Entonces abrimos de nuevo el interruptor.

EXPERIMENTO 2

Separamos el circuito de la fuente de alimentación e insertamos el conductor recto STB sombreado con líneas. Entonces acercamos desde la izquierda el polo norte de la barra imantada a la bobina. Observamos en el amperímetro un movimiento del índice hacia la derecha. Esto quiere decir que en el extremo izquierdo de la bobina ha surgido un polo norte. El imán es repelido. La corriente de inducción en la bobina está dirigida de tal manera que a la izquierda surge un polo norte y que obstaculiza el movimiento del imán hacia la bobina. Retiramos la barra imantada de la bobina. Mientras tanto observamos en el amperímetro un movimiento del índice hacia la izquierda. Esto quiere decir que en el extremo izquierdo de la bobina ha surgido un polo sur. El imán es atraído por la bobina.

CONCLUSIÓN

La corriente de inducción se encuentra continuamente dirigida de tal manera que obstaculiza el movimiento de la barra imantada (es decir, la causa del efecto de inducción). Esto es la llamada Regla de Lenz.


E 8.13.2 EFECTO DE FRENO POR AUTOINDUCCIÓN Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 2 interruptores STB Apagado-encendido 1 motor para experimentos 2 cables de conexión 1 riel de soporte 1 varilla soporte 50 cm 1 pinza de mesa 1 nuez 1 bulón de cojinetes 1 polea 2 poleas con estribo 1 platillo para pesos 1 peso de ranura 10 g 1 fuente de alimentación Cordón Tijeras Cuando un rotor de un motor rota se produce en él una tensión de inducción. Si se dispone de un circuito eléctrico cerrado es posible que fluya corriente de inducción. Averiguaremos la dirección de esta corriente de inducción. PREPARACIÓN Montaje de acuerdo al diagrama. Aseguramos la pinza de mesa con el riel soporte a la orilla de la mesa. Fijamos normalmente la varilla de soporte 50 cm en el riel de soporte. Colocamos la polea sencilla en el bulón de cojinetes y la fijamos junto con éste en la nuez. Aseguramos la nuez arriba sobre la varilla de soporte. Construimos el circuito de acuerdo al diagrama 2. Fijamos ambas poleas con estribo al manguito de apriete STB. Colocamos el panel de circuito de tal manera que las poleas se encuentren una sobre la otra. Al eje de motor atamos un cordón de unos 1,5 m. colocamos éste sobre ambas poleas. En el otro extremo del cordón atamos una gaza, de la que suspendemos el platillo para pesos con un peso de ranura de 10 g. El cordón con el platillo para pesos debe estar suspendido fuera de la mesa. Ambos interruptores se encuentran abiertos. Aplicamos 2 voltios de corriente continua. EXPERIMENTO 1 Conectamos el interruptor 1. Así se levanta la carga. Cuando se ha alcanzado la altura de elevación abrimos de nuevo el interruptor 1. Mientras tanto tenemos que sostener la carga con la mano. Dejamos libre la carga. Ella se mueve rápidamente hacia abajo. Cerrando el interuptor 2 podemos frenar el movimiento. Si abrimos el interruptor 2, el movimiento hacia abajo puede continuar sin impedimento alguno. EXPLICACIÓN Cuando el interruptor 2 está cerrado el circuito eléctrico está cerrado con el motor. La tensión de inducción originada por la rotación produce por lo tanto una corriente de inducción. De acuerdo a la Regla de Lenz, la corriente de inducción posee una dirección opuesta a la de la causa que la originó. Por lo tanto, la corriente de inducción obstaculiza el movimiento.


EXPERIMENTO 2 La carga se encuentra de nuevo en su posición más baja. Cerramos ahora ambos interruptores. La corriente de inducción producida en el motor causa que la elevación de la carga se lleve a cabo lentamente. La corriente de inducción obstaculiza de nuevo el movimiento. CONCLUSIÓN La corriente de inducción obstaculiza la rotación del rotor, es decir, a su causa misma (Regla de Lenz).


E 8.14 LA BOBINA EN CORRIENTE ALTERNA Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptora STB 1 portabobina STB, 2x800 espiras 1 bobina roja, 2x800 espiras 1 bombilla 10 V/0,05 A 1 núcleo en U 1 núcleo corto hierro 1 estribo de apriete 2 cables de conexión Fuente de alimentación Si aplicamos una tensión continua a una bobina, un cambio del núcleo de hierro produce muy brevemente un efecto. La bobina se comporta de otra manera con una tensión alterna. CONEXIÓN Montaje de acuerdo al la ilustración. Conectamos la bobina con 2x800 espiras a una tensión alterna de 9 V por medio de la bombilla incandescente. Todavía no insertamos el núcleo de hierro en la bobina. EXPERIMENTO Cerramos el interruptor. La bombilla incandescente alumbra brillantemente. Ahora deslizamos el núcleo en U en la bobina y lo cerramos con el núcleo corto de hierro (utilícese el estribo de apriete). La bombilla se apaga. El mismo efecto hubiéramos obtenido con una resistencia de Ohm de unos 10 kohm conectada en serie. Esto lo podríamos verificar midiendo la intensidad de corriente y sustituyendo la bobina por la resistencia 10 kohm. CONCLUSIÓN Una bobina con núcleo de hierro muestra con una tensión alterna una tensión adicional constante.


E 8.15 RESISTENCIA EN C.A. DE UNA BOBINA Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 bobina STB 800 espiras 1 bobina STB 2x800 esp. 1 bobina azul 800 esp. 1 bobina roja 2x800 esp. 1 núcleo en U 1 núcleo corto hierro 1 estribo de apriete 1 instrumento de medida 8 cables de conexión Fuente de alimentación 1 generador de función Investigaremos la dependencia de la resitencia de corriente alterna de una bobina de la frecuencia de la tensión presente y del número de espiras de la bobina. CONEXIÓN Construimos el circuito de acuerdo a la ilustración. El generador de función nos sirve de fuente de tensión; conectamos el generador de función a una tensión alterna de 12 V. Ajustamos el generador de función a „4 V seno“. A continuación utilizamos una frecuencia de 2 kHz, luego la elevamos a 4kHz y 8 kHz. Utilizamos la bobina con 800 espiras sin núcleo de hierro. Utilizamos el amperímetro con el alcance de medida 300 mA aprox. EXPERIMENTO 1 Ajustamos la tensión aplicada del generador de función de tal manera que la intensidad de corriente sea de 40 mA. Utilizamos esta tensión en los experimentos 1 y 2. Aumentamos la frecuencia a 4 kHz y anotamos la intensidad de corriente. Entonces elevamos la frecuencia a 8kHz y leemos de nuevo la intensidad de corriente. Trasladamos los resultados a la tabla. Frecuencia (en kHz) 2 4 8 Intensidad de corriente (en mA) 40 … … La intensidad de corriente es inversamente proporcional a la frecuencia. Por lo tanto, la resistencia inductiva de la bobina es directamente proporcional a la frecuencia. EXPERIMENTO 2 Reemplazamos la bobina con 800 espiras por la bobina con 1600 espiras (junto con la bobina STB con 1600 espiras). La tensión aplicada es igual a la del Experimento 1. Medimos de nuevo las intensidades de corriente a frecuencias diferentes. Frecuencia (en kHz) 2 4 8 Intensidad de corriente (en mA) 40 … … Comparamos los valores anteriores con los valores del primer experimento y observamos que también el número de espiras de la bobina es decisivo para la resistencia inductiva. La intensidad de corriente disminuye al aumentar el número de espiras; al aumentar al doble el número de espiras, la intensidad de corriente se reduce a la cuarta parte de la intensidad de corriente original. O sea que la resistencia inductiva aumenta al cuadrado con el número de espiras.


EXPERIMENTO 3 Cambiamos la frecuencia de la tensión aplicada a 500 Hz. Cambiamos el alcance de medida del amperímetro a 100 mA aprox. Ajustamos la magnitud de la tensión aplicada de manera que la intensidad de corriente sea de exactamente 100 mA. Luego deslizamos el núcleo corto de hierro en la bobina. Intensidad de corriente con núcleo corto de hierro: … mA. Deslizamos el núcleo en U en la bobina. Intensidad de corriente con el núcleo en U cerrado: … mA. La resistencia inductiva aumenta al aumentar el contenido del núcleo de hierro. CONCLUSIÓN La resistencia inductiva de una bobina aumenta cuadráticamente con el número de espiras de la bobina. La resistencia inductiva de una bobina aumenta al aumentar el contenido del núcleo de hierro y es además proporcional a la frecuencia de la tensión alterna aplicada.


E 8.16 RESISTENCIA E INDUCTIVIDAD EN C.A. Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 1 portabobina 800 esp. 1 resistencia STB 500 ohm 1 bobina azul 800 esp. 1 núcleo en U 1 núcleo corto de hierro 1 estribo de apriete 2 instrumentos de medida 8 cables de conexión Fuente de alimentación Conoceremos un circuito en serie de una resitencia de Ohm y una bobina. CONEXIÓN Construimos el circuito de acuerdo al diagrama. Colocamos el núcleo cerrado de hierro (núcleo en U con el núcleo corto de hierro, asegurados por medio del estribo de apriete) en la bobina con 800 espiras. Utilizamos el amperímetro con el alcance de medida 30 mA y el voltímetro con el alcance de medida 10 V. Aplicamos 6 V de tensión alterna y cerramos el interruptor. Poniendo en cortocircuito la resistencia de Ohm (conéctese el cable de conexión en A y B) determinamos la resistencia de corriente alterna de la inductividad. U U = ........ V, I = ........ mA = ........ A, R = — = ........ ohm I EXPERIMENTO 1 Medimos la tensión total (conéctese el voltímetro en A y C). U tot = ........ V Entonces medimos las tensiones totales en la resistencia de Ohm y en la inductividad. Tensión total en 500 ohm: U R = ........ V Tensión total en la inductividad: U L = ....... V La suma de las tensiones parciales es mayor que la tensión total. Veamos si la siguiente fórmula nos da la respuesta correcta: U tot = UR² + UL²


EXPERIMENTO 2 Medimos la intensidad de corriente: Intensidad de corriente I = ........ mA = ........ A A partir de la tensión aplicada y de la intensidad de la corriente calculamos la resistencia total del circuito en serie. U R tot = — = ........ ohm I La resistencia total es menor que la suma de las resistencias parciales. Veamos si la siguiente fórmula nos da la respuesta correcta: R tot = RR² + RL² CONCLUSIÓN La resistencia toal en un circuito en serie de la resistencia de Ohm y de la inductividad no puede ser calculada como la suma de las resistencias individuales. Obtenemos la resistencia total con ayuda de la fórmula siguiente: R tot = RR² + RL² La resistencia determinada en el experimento difiere un poco del valor teórico debido a que no se considera la resistencia de Ohm de la inductividad.


Manual de electricidad 2

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