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Informe laboratorio fis ingenieria 2
Tipo: Apuntes
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En la siguiente pra´ctica se procede a determinar la inductancia de la bobina de un circuito RL en serie. Mediante el uso del grafico del osciloscopio junto la comparacio´n de la ecuacio´n de la curva de voltaje vs tiempo con la ecuacio´n para calcular el voltaje en funcio´n del tiempo del circuito RL en serie. Este valor de inductancia de bobina se comparara´ con una inductancia teo´rica. Por otra parte, en un circuito de induccio´n magn´etica, basa´ndose en la ley de Faraday. Se determinara´ el nu´mero de espiras que hay en dos bobinas una externa y otras externas. Las cuales se encontraban en un sistema a un voltaje ma´ximo. Respecto a los valores del nu´mero de espiras ambos boninas, estos fueron relacionados mutuamente.
Los circuitos el´ectricos pueden resistir el cambio de corriente, a esta caracter´ıstica se la denomina inductancia. Al encontrarse una bobina o inductor en los elementos del circuito el´ectrico. La inductancia medira´ la oposici´on que tendr´a dicha bobina hacia los cambios de corriente. Cabe decir que, al fluir una corriente por un cable, se crea un campo magn´etico a trav´es de esta. Por ende, al tener la bobina un hilo conductor enrollado sobre sobre la parte central de su elemento. En este hilo circula corriente produciendo un campo magn´etico. Asi pues la inductancia “L” se define como la relacio´n dada entre flujo magn´etico, corriente en la bobina “I”, el nu´mero de vueltas (espiras) del devanado “N”. A continuacio´n, la fo´rmula para calcular la inductancia:
Asimismo, se podr´ıa decir que en esta situacio´n el flujo magn´etico depende de la corriente. Por consiguiente, si una cambia la otra tambi´en. Cuando se produce este cambio, se genera una fuerza electromotriz “F.E.M” en el conductor. Esto se establece basa´ndose en la ley de Faraday la cual dice que la tensi´on inducida en un circuito es proporcional a la variaci´on en el tiempo del flujo magn´etico que se encuentra en circuito (lo atraviesa). Esto quiere decir que se puede producir corriente mediante el cambio de un campo magn´etico. Por otra parte, en consecuente a lo dicho acerca de la creacio´n de una fuerza electromotriz, la ley de Faraday tambi´en establece y relaciona creacio´n de la “FEM” con el cambio de flujo magn´etico respecto al tiempo, que se da en una espira (la atraviesa). A continuacio´n, la formula que explica esta relacio´n: La F.EM se mide en voltios y debido a la Ley de Lenz que establece que la corriente va en direccio´n opuesta al cambio de flujo que la produce. La antes nombra fuerza electromotriz va en direcci´on opuesta a la direccio´n de la corriente. Por otro lado si se tiene espiras mu´ltiples de alambre con la misma F.E.M. Se multiplica por “n” cantidad de espiras a la ecuacio´n de la Ley de Faraday que establece la relacio´n de F.E.M debido al cambio de campo magn´etico. Al establecer en la formula de Faraday este concepto junto con el de la ley de Lenz se tiene lo siguiente: Para terminar, se tiene que decir que un circuito con un inductor y un resistor se le denomina como circuitos RL. En este tipo de circuitos se puede tener en serie la bobina o inductor con respecto al sistema del circuito. Adema´s de que su corriente inicial “Io” (corriente en t=0), disminuye exponencialmente. A continuaci´on, se ejemplifica con una formula este hecho donde “R” es resistencia, “t” es tiempo, y L es induc- tancia. Rt I ( t ) = Ioe L (4)
circuito. Mientras que por otra parte se tiene un circuito de induccio´n magn´etica con dos bobinas. En el cual se determina el nu´mero de espiras de dos bobinas que componen el circuito mediante la Ley de Faraday y se relacionan ambos valores.
Los datos recopilados se muestran en las siguientes tablas: Vin [V] I [A] Vex [V] 95 0.686 4. 90 0.66 4. 85 0.626 4. 80 0.601 4. 75 0.562 3. Tabla 1. Extracto de tabla de datos recopilados durante el laboratorio. Medida Valor units Inductancia bobina 15.72 mH Ressitencia bobina
Resistencia Rs
Corriente max
Tabla 2. Tabla de datos recopilados durante el proceso de carga y de descarga.
En esta practica se llevaron a cabo dos procedimientos, el primer procedimiento tuvo los siguientes pasos: - Se midi´o de una bobina desconectada, la inductancia usando el puente de Wheatstone a 1000 Hz, y la resistencia el´ectrica junto con la resistencia potencial usando el Ohmetro. - Se´ conecta en serie el generador de funciones, la bobina, y la resistencia. - A la bobina principal se le conecta el osciloscopio. - Se ajusta el generador de funciones para tener una onda cuadrada a 100Hz y con ayuda de un ajuste en la resistencia se obtiene la curva de voltaje del inductor. - Se anota la resistencia y se toma una foto a la imagen. Mientras que en el segundo procedimiento se dieron los siguientes pasos: - En una bobina principal
se inserto´ otra bobina con el nu´cleo de hierro. - Esta bobina principal se coloco en serie respecto a la resistencia de potencia, este sistema se conecto al variac a 0 voltios
. - Se calculo la corriente ma´xima que debe pasar por la resistencia de potencia. - Se encendio´ el equipo, pero antes se conecto´ el mult´ımetro en modo corriente en serie con la bobina principal. - Se subi´o el voltaje hasta alcanzar la corriente ma´xima, en ese punto con ayuda del mult´ımetro en modo voltaje se determino´ el voltaje m´aximo en la fuente de poder. - Este valor se divido para 20 y dicha cantidad es el intervalo en el que se bajara el voltaje 20 veces hasta llegar a 0. - Con ayuda del mult´ımetro en cada bajada se determino el voltaje junto con la corriente de la bobina principal y el voltaje de la bobina secundaria. Empezando como punto de referencia el valor obtenido al estar la fuente en el voltaje m´aximo determinado.
Gra´fica 10 pares de valores de voltaje y tiempo para el proceso de carga y descarga de la bobina. Ecuacio´n de la curva de carga de la bobina. V = 6 , 01 e^4490 t^ (1) Ecuacio´n de la curva de descarga de la bobina. V = 22 , 94 e −^160 t^ (2)
bien y tengan la misma corriente junto con la misma fuerza F.E.M.
En el experimento se pudo observar que en los circuitos RL que tienen una bobina en serie respecto al sistema. Hay una ca´ıda exponencial la corriente inicial, esta ca´ıda respecto al tiempo se puede expresar con una formula en la cual interviene el valor de resistencia e inductancia del sistema. Mediante esta se puede obtener el valor de la inductancia al compararla con la ecuaci´on de la curva de corriente vs tiempo de carga o descarga; o a su vez con la ecuacio´n de la curva voltaje vs tiempo de carga o descarga. En esta u´ltima se tiene que aplicar la ley de Ohm respecto a la ecuacio´n de ca´ıda exponencial de corriente en el circuito RL. Mientras que debido a que estas curvas se obtuvieron por un m´etodo practico, se puede decir que el valor de la inductancia obtenido por este m´etodo puede tener un error en relacio´n al valor teo´rico. Esto debido a factores como el ruido o falla en el equipo que se uso en este m´etodo(osciloscopio). Por otro lado, se deduce que una bobina con espiras quemadas cambiaria su inductancia respecto al nu´mero de espiras que est´en bien y tengan la misma corriente junto con la misma fuerza F.E.M. Adema´s de que la inductancia seria proporcional al numero de espiras presentes. Para finalizar se puede concluir que debido a las causas ya mencionadas se obtuvo un error de 37, por ciento. Mientras que la relac´ıon entre el nu´mero de espiras de las dos bobinas es 0,25 lo cual indica que una de las bobinas tiene 4 veces mas espiras respecto a la otra. Esto se puede deber al hecho de que la bobina con ma´s espiras tiene una superficie m´as grande respecto a la otra. [2]
[1] La respuesta natural de un circuito RL. (s/f). Khan Academy. Recuperado el 26 de abril de 2023, de [3]
https://es.khanacademy.org/science/electrical engineering/ee-circuit-analysistopic/ee- natural-and-forcedresponse/a/ee-rl-natural- responseLuis, P. (2016, mayo 26). Mediy-pruebas-de-la- inductancia/ ¿Qu´e es la ley de Faraday? (art´ıculo). (s/f). Khan Academy. Recuperado el 26 de abril de 2023, de https://es.khanacademy.org/science/physics/ magnetic-forces-and-magneticfields/magnetic- flux-faradayslaw/a/what-is-faradays-law TotalEnergies. (2020, septiembre 22). ¿QUE ES LA INDUCCI´ ON ELEC-´ TROMAGNETICA?´ TotalEnergies. https://www.totalenergies.es/es/pymes/blog /induccion-electromagnetica cio´n y pruebas de la Induc- tancia. Ingenier´ıaElectr´onica. https://ingenieriaelectronica.org/medicion- [4] 14.4 Circuitos RL. (s/f). Openstax.org. Recuperado el 26 de abril de 2023, de https : //openstax.org/books/f