FÍSICA II. Guía de laboratorio 04: Transformadores de voltaje

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1 FÍSICA II Guía de laboratorio 04: Transformadores de voltaje I. LOGROS ESPERADOS a) Mide el voltaje alterno inducido en la bobina de un transformador. b) Determina la relación entre los voltajes de entrada y de salida, a partir de la cantidad de espiras de las bobinas en el transformador. II. III. EQUIPOS Y MATERIALES Nº Cantidad Descripción Código Set de bobinas (200, 400, 800, 600 y 3200 vueltas) Núcleo (Forma cerrada) Multímetro Fuente de poder Cables conectores SF-866 SF-866 PR-85 SF-9584B INTRODUCCIÓN Cuando la bobina primaria de un transformador (Fig. 0), de 𝑁 vueltas, se conecta a una fuente de tensión alterna sinusoidal 𝑉 (voltaje de entrada), se establece un campo magnético alterno 𝑩 que aumenta debido a la presencia del núcleo de hierro. Como consecuencia de esto, en el interior de la bobina secundaria, de 𝑁2 vueltas, se genera un flujo magnético que origina una diferencia de potencial variable entre sus extremos 𝑉2 (voltaje de salida). De acuerdo a la ley de inducción de Faraday, en un transformador ideal (no hay pérdidas del flujo magnético a través del núcleo de hierro), la relación entre los voltajes y el número de espiras es dada por: 𝑽𝟏 𝑽𝟐 𝑵 = 𝑵𝟏 𝟐 Fig. 0. Un transformador con núcleo de hierro ()

2 IV. PROCESO EXPERIMENTAL 4. Disposición del equipo a) Disponga del equipo tal como se muestra en la Fig. 02. Las bobinas disponibles son de 200, 400, 800, 600 y 3200 vueltas. b) Con la fuente apagada, conecte los bornes rojo y negro en el terminal AC (Tensión alterna). Fig. 02: Sistema experimental para reconstruir un transformador 4.2 Medida de voltaje de salida en un transformador elevador de voltaje a) Antes de encender la fuente, inserte las bobinas en el núcleo laminado y ciérrelo (Ver Fig. 03). Nota: La bobina que se conecta a la fuente de voltaje se le llama PRIMARIA y la que se conecta a algún dispositivo eléctrico que consume la energía se le llama SECUNDARIA. b) Conecte la bobina primaria a la fuente de voltaje y la bobina secundaria será conectada al multímetro (ver Fig. 04). La combinación de bobinas a insertar según su número de vueltas se indica en la Tabla 0. c) Ubique la perilla del multímetro en la opción medidor de voltaje, en la escala de 0-20 V de AC, para medir el voltaje de salida. d) Encienda la fuente de energía, luego regule la perilla hasta que la pantalla indique 9,0 V (Aproximadamente). Fig. 03: Armado de un transformador de voltaje 2

3 Fig. 04: Medida de voltajes para un transformador con núcleo cerrado. e) Anote el voltaje de la fuente, como voltaje de entrada 𝑽𝟏 y mida el voltaje de salida 𝑽𝟐𝒎. Calcule también su respectiva incertidumbre 𝒖(𝑽𝟐𝒎 ). Anote sus resultados en la tabla 0. Considere 𝒖(𝑽𝟐𝒎 ), por uso del multímetro (Ver Tabla Anexo y ejemplo siguiente) Tabla: ANEXO Especificaciones de precisión en multímetros: PRASEK PREMIUM Model PR-85 Ejemplo: Ubique las especificaciones del tipo de medición (resistencia, voltaje, corriente, capacitancia, etc) y el rango en el que se hizo la medición. Obtenemos: ± (0,8 % de lectura + 3 dgto) Por ejemplo, en un multímetro en la escala de 20 V tenemos una lectura de 9,9 V. 3

4 El último dígito puede resolver (distinguir) 0,0 V. Esto es lo que se llama dgto (o, dígito) en dicha escala. Cada escala tiene un valor diferente de dgto. Entonces, para la medición dada de 9,9 V la precisión es ± (0,8 % 𝑑𝑒 9,9 V + 3 𝑑𝑔𝑡𝑜) = ± ( 0,8 (9,9 V ) + 0,03 V) = ±0,035 V 00 = ± 0, V (redondeo final) La medida queda como: 𝟗, 𝟏𝟗 𝐕 ± 𝟎, 𝟏 𝐕 f) Apague momentáneamente la fuente, y repita el mismo procedimiento para otras tres combinaciones de bobinas. Anote sus resultados en la misma Tabla Medida de voltaje de salida en un transformador reductor de voltaje a) Inserte nuevamente 02 bobinas en el núcleo laminado. Para este proceso la bobina primaria, que va conectada a la fuente, debe tener mayor número de espiras y la bobina secundaria que va conectada al multímetro, debe tener menor cantidad de espiras. b) La combinación de bobinas a insertar según el número de vueltas se indica en la Tabla 02. c) Encienda la fuente de voltaje, luego regule la perilla hasta que la pantalla indique 9,0 V (Aproximadamente) d) Ubique también la perilla del multímetro en la opción medidor de voltaje, en la escala de 0-20 V de AC, para medir el voltaje de salida. e) Anote el voltaje de la fuente, como voltaje de entrada 𝑽𝟏 y mida el voltaje de salida 𝑽𝟐𝒎. Calcule también su respectiva incertidumbre 𝒖(𝑽𝟐𝒎 ). Considere 𝒖(𝑽𝟐𝒎 ), por uso del multímetro (Ver Tabla Anexo y ejemplo anterior) f) Apague momentáneamente la fuente y repita el mismo procedimiento para otras combinaciones de bobinas. Anote sus resultados en la misma Tabla tres

5 4.4 Cálculos y Resultados a) Para el transformador elevador de voltaje, calcule el voltaje de salida referencial V 2c (Use la ecuación ) y su respectiva incertidumbre u(v 2c ), a partir del número de vueltas de las bobinas y el voltaje de entrada tomados en la Tabla 0. Anote todos sus cálculos y resultados en la Tabla 03. b) Para el transformador reductor de voltaje, calcule el voltaje de salida referencial V 2c (Use la ecuación ) y su respectiva incertidumbre u(v 2c ), a partir del número de vueltas de las bobinas y el voltaje de entrada tomados en la Tabla 02. Anote todos sus cálculos y resultados en la Tabla 04. 5

6 REPORTE DE LABORATORIO Laboratorio 04: Transformadores de voltaje APELLIDOS y NOMBRES Curso Profesor Fecha/Hora N o Reserva Parecer A. TOMA DE DATOS Transformador elevador de voltaje: N Número de vueltas Primaria N Tabla 0: Medida de voltajes de entrada y salida en bobinas secundaria N 2 Voltaje de entrada Voltaje de salida medido V V 2m u(v 2m ) V 2m ± u(v 2m ) Transformador reductor de voltaje: N Número de vueltas Primaria N Tabla 02: Medida de voltajes de entrada y salida en bobinas secundaria N 2 Voltaje de entrada Voltaje de salida medido V V 2m u(v 2m ) V 2m ± u(v 2m ) B. CÁLCULOS Y RESULTADOS Transformador elevador de voltaje: Tabla 03: Cálculo de voltaje referencial de salida en bobinas Combinación de bobinas V 2c Voltaje de salida calculado u(v 2c ) = N 2 N u(v ) V 2c ± u(v 2c )

7 2 Transformador reductor de voltaje: Combinación de bobinas Tabla 04: Cálculo de voltaje referencial de salida en bobinas Voltaje de salida calculado 𝑽𝟐𝒄 𝒖(𝑽𝟐𝒄 ) = 𝑵𝟐 𝒖(𝑽𝟏 ) 𝑵𝟏 𝑽𝟐𝒄 ± 𝒖(𝑽𝟐𝒄 ) 2 Tabla 05: Error relativo porcentual para los voltajes de salida 𝑽𝒂𝒍𝒐𝒓 𝒎𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐 𝑽𝒂𝒍𝒐𝒓 𝒄𝒂𝒍𝒄𝒖𝒍𝒂𝒅𝒐 𝑬% = 𝟏𝟎𝟎 (%) 𝑽𝒂𝒍𝒐𝒓 𝒄𝒂𝒍𝒄𝒖𝒍𝒂𝒅𝒐 Combinación de s Elevador de Voltajes Reductor de Voltajes 2 C. CONCLUSIONES Resuma brevemente la experiencia enfatizando si en ésta se consiguió comprobar los logros/hipótesis iniciales. Caso contrario, indique los factores por los cuáles esto no fue posible y proporcione algunas recomendaciones finales para el correcto desarrollo de la experiencia