Experiencia P30: Inducción electromagnética Sensor de Voltaje

Transcripción

1 Sensor de Voltaje Tema DataStudio ScienceWorkshop (Mac) ScienceWorkshop (Win) Electromagnetismo P30 Induction.DS P41 Induction - Magnet P41_INDU.SWS Equipo necesario Cant. Equipo necesario Cant. Sensor de Voltaje (CI-6503) 1 Imán, alnico (EM-8620) 2 Laboratorio Electrónico AC/DC (EM-8656) 1 IDEAS PREVIAS Cuando la electricidad atraviesa un conductor se puede detectar un campo magnético a su alrededor. Micheal Faraday fue uno de los primeros científicos en invertir el proceso. La esencia de este trabajo es dar contestación a las siguientes preguntas: Se puede hacer circular electricidad por un conductor para generar un campo magnético. Es posible invertir el proceso? Puede utilizarse un cable y un imán para generar electricidad? Anote sus respuestas en la sección Informe de Laboratorio. El objetivo de esta experiencia es medir la Fuerza Electromotriz (FEM) inducida en una bobina cuando un imán cae a través del interior de la bobina. FUNDAMENTO TEÓRICO Cuando un imán atraviesa una bobina se produce una variación en el flujo magnético a través de la bobina que genera una Fuerza Electromotriz en la misma. De acuerdo con la Ley de Inducción de Faraday: N t donde es la FEM inducida, N es el número de vueltas del hilo de la bobina, y es la velocidad con que varía el flujo a través de la t bobina. P PASCO scientific p. 289

2 En esta experiencia, se realizará una curva de FEM frente a tiempo y se determinará el área bajo la curva por integración. Esta área representa el flujo: t N RECUERDE Siga las instrucciones de utilización del equipo. PROCEDIMIENTO Utilice el sensor de Voltaje para medir el voltaje (FEM) inducido en una bobina al mover un imán en su interior. Utilice DataStudio o ScienceWorkshop para registrar, mostrar y analizar los datos. PARTE I: CONFIGURACIÓN DEL ORDENADOR 1. Conecte el interfaz de ScienceWorkshop al ordenador, encienda el interfaz y luego encienda el ordenador. 2. Conecte la clavija DIN del sensor de Voltaje al Canal Analógico A del interfaz. 3. Abra el archivo titulado: DataStudio ScienceWorkshop (Mac) ScienceWorkshop (Win) P30 Induction.DS P41 Induction - Magnet P41_INDU.SWS El archivo DataStudio contiene el Workbook. Lea las instrucciones en el Workbook. El archivo ScienceWorkshop se abre con una gráfica de voltaje frente a tiempo y un display digital del voltaje. La recogida de datos está fijada en 200 Hz. La Condición de Inicio está fijada para comenzar cuando el voltaje sea 0.05 voltios. La Condición de Finalización está fijada para terminar cuando el tiempo sea igual a 0.4 segundos. Nota: En DataStudio, los datos recogidos durante los 0.3 segundos anteriores a la Condición de Inicio también se registrarán. P PASCO scientific p. 290

3 PARTE II: CALIBRADO DEL SENSOR Y MONTAJE DEL EQUIPO No se necesita calibrar el sensor de Voltaje. Imán Bobina Bobin a VOLTAGE SENSOR ALLIGATOR CLIPS Sensor de voltaje. Pinzas de cocodrilo Al canal A TO CHANNEL A 1. Fije las pinzas de cocodrilo en los extremos de los bornes del sensor de Voltaje. 2. Fije un borne del sensor de Voltaje a una conexión que hay junto a la bobina en el circuito. Fije el otro borne del sensor de Voltaje a la otra conexión que hay junto a la bobina. 3. Monte el circuito de modo que la esquina donde se encuentra la bobina esté más allá del borde de la mesa y el imán pueda caer libremente por el interior de la bobina. El imán se dejará caer a través de la bobina. Asegúrese de que el imán no golpea el suelo, ya que podría romperse. PARTE III: RECOGIDA DE DATOS 1. Sostenga el imán de modo que el polo sur quede 2 cm por encima de la bobina. Nota: Si utiliza el imán PASCO Modelo EM-8620 el polo norte viene marcado por una pequeña muesca cerca de uno de los bordes. En la primera serie, sostenga el imán con la muesca hacia arriba. 2. Comience la recogida de datos. Deje caer el imán a través de la bobina. La recogida de datos comenzará cuando el imán pase a través de la bobina y el voltaje alcance 0.05 V. La recogida de datos finalizará automáticamente pasados 0.5 segundos. P PASCO scientific p. 291

4 ANÁLISIS DE DATOS 1. Ajuste la gráfica para mostrar el área bajo la curva de voltaje frente a tiempo. En DataStudio, haga clic en el botón Statistics menu ( ) y seleccione Area. En ScienceWorkshop, haga clic en el botón Estadísticas ( ) para abrir el área estadística a la derecha de la gráfica. Haga clic en el botón Autoescala ( ) para ajustar la escala de la gráfica a los datos. En el área estadística, haga clic en el botón Menú de Estadísticas ( ). Seleccione Integración en el menú. 2. Dentro de la gráfica, utilice el cursor para seleccionar un área rectangular que incluya el primer pico de la curva de voltaje. 3. En DataStudio, el valor Area aparecerá junto a la gráfica. En ScienceWorkshop, el área bajo la curva del primer pico aparecerá en el área estadística bajo Integración a la derecha de la gráfica. 4. Registre el resultado de la integración en el primer pico. Integración (primer pico) = V*seg P PASCO scientific p. 292

5 5. Repita el procedimiento para determinar el área bajo el segundo pico. Registre el valor obtenido. Integración (segundo pico) = V*seg Anote sus resultados en la sección Informe de Laboratorio. OPCIONAL Repita el procedimiento de recogida de datos y análisis con las siguientes variaciones: Junte dos imanes por sus polos sur con cinta aislante o cello. Junte los dos imanes por sus polos norte y sur respectivamente. P PASCO scientific p. 293

6 Informe de Laboratorio Experiencia P30: Inducción IDEAS PREVIAS Cuando la electricidad atraviesa un conductor se puede detectar un campo magnético a su alrededor. Micheal Faraday fue uno de los primeros científicos en invertir el proceso. La esencia de este trabajo es dar contestación a las siguientes preguntas: Se puede hacer circular electricidad por un conductor para generar un campo magnético. Es posible invertir el proceso? Puede utilizarse un cable y un imán para generar electricidad? Datos Integración (primer pico) = Integración (segundo pico) = V*seg V*seg CONCLUSIONES Y APLICACIONES 1. Son iguales el flujo de entrada y el flujo de salida? 2. Porqué es más alto el pico de salida que el pico de entrada? 3. Porqué es opuesta la dirección de los picos? P PASCO scientific p. 294