INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

Transcripción

1 INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Introducción: Nieves Fernández Feijoo Isabel Matamoros I. E. S. PERE BOÏL, MANISES Cuando se producen variaciones de flujo magnético através de un circuito, se produce en este una ddp (V) dada por la ley de Fáraday: = Φ siendo N el nº de espiras que forman el circuito y Φ = B.S el flujo del campo magnético através del circuito. Si la superficie S es contante: = = Si medimos la tensión inducida en una bobina al mover un imán a través de ella, podemos calcular la inducción magnética B por integración. Objetivos: Medir flujo magnético a través de una bobina y calcular el campo magnético. Aplicar métodos y cálculos del MAS y determinar la constante elástica. Mostrar un montaje curioso que relaciona dos temas, en principio inconexos. Relación del tema propuesto con el curriculo del Curso: El MAS se ve a principio de curso en Física de 2º de bachillerato, y Campo magnético e Inducción son también temas de 2º de Bachillerato. 1

2 Material y recursos necesarios: Muelle. Pesas y portapesas Balanza Regla Bobina. Imanes. Sensor voltage-intensidat. Soporte. Normas de seguridad: Aunque se usa corriente continua de baja tensión, siempre hay que tomar precauciones con la corriente. Hay que asegurarse que el enchufe sea el adecuado, y que se manejan los cables en condiciones de seguridad. Cuidado con los campos magnéticos, pueden estropear los dispositivos de almacenamiento de datos (lápiz de memoria, DVD, ) y las pantallas de TV y ordenador. Procedimiento: Parte 1: Determinación del flujo y el campo magnético a través de una bobina 1. Mide la masa del muelle y el imán. 92,565 g 2. Siguiendo el esquema de la fotografía, cuelga el imán de un muelle y hazlo oscilar en el interior de una bobina. 3. Conecta la bobina al sensor de voltaje. Deja que se estabilice la oscilación y empieza a tomar datos. 2

3 Cuestiones: Cómo varía el voltaje en función del tiempo? A partir de la gráfica, determina el valor de la tensión máxima y del periodo Utilizando la ley de Faraday determinar el flujo y la variación del campo magnético a través de la bobina Considerando que V = V 0.sin wt, podremos calcular el flujo integrando la expresión: Φ= Φ= sinω Φ ω cosω 3

4 Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivas Parte 2: Cálculo de la constante elástica del muelle 1. Utilizando el periodo obtenido en la parte 1, calcula la constante elástica del muelle k = m.w2 = 0,09256.(2.π/0,45)2 = 18,045 N/m Ahora calcularemos esta constante elástica mediante otro procedimiento: 2. Cuelga del muelle un portapesas y mide la longitud del conjunto muellepotapesas. 3. Coloca diferentes pesas y mide los alargamientos producidos. Cuestiones: Representa el peso en función del alargamiento A partir de la gráfica, determina el valor de la constante elástica del muelle Compara el valor obtenido con el que habías calculado en la parte 1. Cuál de los dos métodos es más adecuado? Razona tu respuesta. Gráfica fuerza-alargamiento muelle 3,0000 2,5000 f(x) = 17,88x + 0,1 R² = 1 2,0000 Peso (N) Alargamiento Regresión lineal para Alargamiento 1,5000 1,0000 0,5000 0,0000 0,000 0,020 0,040 0,060 0,080 0,100 0,120 0,140 0,160 alargamiento (m) 4

5 Tiempo necesario para desarrollar esta práctica: 2 horas de trabajo en grupo en el laboratorio 2-3 horas para la realización de la memoria individual Análisis de la práctica: La práctica está pensada para alumnos de 2º de Bachillerato. El objetivo era que los alumnos aplicaran los conocimientos teóricos estudiados en la asignatura y que aplicaran algunas técnicas de laboratorio, como realización de montajes, medición de magnitudes, representaciones gráficas, cálculos, Al mismo tiempo se pretende que los alumnos desarrollen un informe del estudio realizado, relacionando dos de temas del currículum en principio inconexos, el MAS y la Inducción Electromagnética. A pesar de la simplicidad del montaje, se encontraron con algunas dificultades que tuvieron que resolver que hubo que resolver con la colaboración y el ingenio de todos: Idear la forma de unir el imán al muelle. Buscar un método para elevar la bobina y que el imán pudiera pasar por su interior sin tocar la superficie de la mesa. Conseguir que el imán pasara por el hueco de la bobina sin rozar. Superadas todas estas dificultades, procedieron a realizar las mediciones y los cálculos. Debido a las dificultades encontradas en el montaje, el tiempo de la realización de la práctica se alargó en una sesión más de laboratorio. Análisis de los resultados: Debido a las dificultades encontradas durante el montaje, a la no disponibilidad del laboratorio durante el horario habitual de las clases con estos alumnos, y a las huelgas de estas últimas semanas, los trabajos prácticos se alargaron hasta el martes 28 de febrero. Les pedimos los cálculos y reflexión personal para el jueves 1 de marzo pero no los trajeron (tenían varios exámenes ese día). Como el viernes 2 tenían también otro examen, se les pidió el trabajo para el lunes 5, y tampoco los han traído. En base a los valores experimentales obtenidos por uno de los grupos de alumnos se han realizado los cálculos y análisis de resultados. Según sus mediciones, ambos métodos dan un resultado parecido para el valor de k. El primer método emplea sensores V-I de gran sensibilidad, en contraste con el segundo método, que emplea una regla graduada en milímetros, y se mide la longitud del muelle de forma poco precisa. Sin embargo, el cálculo de k por el primer método se basa en un único valor de V max y T, mientras que el cálculo por el segundo método se basa en 11 tomas experimentales diferentes. Podemos por tanto confiar más en este segundo método que en el primero. 5

6 Conclusiones de la práctica: Los alumnos se encuentran motivados por el hecho de ir al laboratorio. Los alumnos han colaborado entre ellos para resolver los problemas prácticos Los alumnos han aprendido a aplicar el método científico Dado que los alumnos no suelen ir mucho al laboratorio, se observó poca destreza en el manejo de algunos instrumentos, y en ocasiones les cuesta relacionar los resultados experimentales con las expresiones teóricas. Los alumnos siguen sin trabajar en casa, aunque sea un trabajo basado en actividades prácticas. NOTA: La idea de esta práctica ha surgido de un artículo de la Revista Española de Física, Volumen 22, n. 4 del año 2008 de Jesús Alba Fernández, Jaime Ramis Soriano, Romina del Rey Tormos y Eva Escuder Silla. 6