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Inducción electromagnética

Inducción electromagnética generada por un circuito de corriente continua

Contexto del experimento
Este experimento ha sido realizado por Concha Alcalá, Marga Alcubierre, Mª Rosa Castillo, Susana Copoví y Lidia Ranz como actividad del grupo de trabajo “Física 2º de Bachillerato”. Se basa en una experiencia muy similar que pudimos ver en la sesión con Jesús Molledo en el IES Ramón y Cajal de Zaragoza.

Descripción del fenómeno físico
Básicamente se trata de observar el fenómeno de inducción electromagnética sobre un circuito secundario, gracias al apagado y encendido de un circuito primario alimentado por corriente continua. El encendido y apagado del primario se produce al pasar un conector que cierra el circuito primario por los dientes de la hoja de una sierra. Gracias a un par de diodos LED que se colocan en paralelo con los polos invertidos, se observan en el circuito secundario corrientes inducidas que circulan en distintos sentidos. Estas corrientes inducidas son consecuencia de los cambios de intensidad que se producen en el encendido y apagado del circuito primario conforme se recorre con el conector la hoja de la sierra. Estos cambios de intensidad en el circuito primario producen cambios del flujo magnético que atraviesa el circuito secundario, produciendo en éste corrientes inducidas, que tienen distinto sentido en el encendido que en el apagado.

Descripción del experimento
Inicialmente intentamos reproducir la experiencia propuesta por Jesús Molledo, para lo cual tuvimos que hacer un bobinado manual de los dos cilindros de PVC y probar con diferentes fuentes de alimentación hasta comprobar el funcionamiento del dispositivo.
Después decidimos replicar la experiencia utilizando el material que acompaña las cajas de electromagnetismo que forman parte del equipamiento de todos los laboratorios de los centros públicos de Aragón.
Por último hemos elaborado un guión para que el experimento pueda ser realizado como práctica de laboratorio, detallando el montaje y guiando a los alumnos en la observación del fenómeno a través de unas preguntas que les permitirán extraer sus propias conclusiones.

Vídeos del experimento
Grabado a velocidad normal (sierra de arco)
https://drive.google.com/open?id=1ofYpTvgLjQ65MG1wOfW7FBFRXSR8xrcR

Grabado con cámara superlenta (sierra de corona)
https://drive.google.com/open?id=11p5jqvrAZHuzIKmxbm4coFCKWAXZsRwR

Materiales e instrumentos

1) Fuente de alimentación (cortocircuitable-estabilizada e integrada; 3-6-9 V y 2,5A)
2) Bobina de 8 espiras (R=0,02Ω; I=3,5A)
3) Bobina de 2000 espiras (R=42 Ω; I=300mA)
4) Núcleo de hierro
5) Hoja de una sierra de madera (de corona o plana)
6) 1 diodo LED verde y 1 diodo LED rojo
7) Regleta de conexión
8) 6 Cables conductores con bornes tipo banana (3 negros y 3 rojos)
9) 3 conectores cocodrilo acoplables a los conectores tipo banana, 2 negros y 1 negro

Procedimiento de montaje
CIRCUITO SECUNDARIO


1) Conecta en la regleta de conexión los diodos rojo y verde en paralelo con los polos invertidos. Puedes sacar 2 cables pequeños de la regleta para facilitar la conexión de los diodos.
2) Conecta mediante un cable rojo, el conector rojo de la bobina de 2000 espiras al polo positivo (el largo) del diodo verde. Es conveniente ajustar una pinza cocodrilo en un extremo del cable para sujetar mejor el diodo.
3) Conecta con un cable negro el conector negro de la bobina de 2000 espiras al polo positivo (el largo) del diodo rojo. Es conveniente ajustar una pinza cocodrilo en un extremo del cable para sujetar mejor el diodo.
4) Introducir el núcleo de hierro en el interior de la bobina de 2000 espiras

CIRCUITO PRIMARIO

1) Conecta mediante un cable rojo, el conector rojo de la fuente de alimentación con el conector rojo de la bobina de 8 espiras
2) Conecta mediante un cable negro el conector negro de la de la bobina de 8 espiras a un extremo de la sierra de corona. Es conveniente ajustar una pinza cocodrilo en un extremo del conector para sujetar mejor la sierra
3) Conecta mediante un cable negro el conector negro de la fuente de alimentación y deja apoyado el otro extremo sobre la sierra.

ACOPLAMIENTO DEL CIRCUITO PRIMARIO Y DEL SECUNDARIO

1) Introduce ahora la bobina de 2000 espiras y su núcleo de hierro en el centro de la bobina de 8 espiras.
2) Enciende la fuente de alimentación, selecciona 3V en el selector de voltaje.
3) Toma el extremo del cable conductor negro que salía de la fuente de alimentación y que quedaba sobre la sierra.
4) Coloca el conector banana en un punto cualquiera de la hoja de la sierra, lo más alejado posible de la otra conexión.
5) Ve desplazando el conector a lo largo de la sierra

Observación del fenómeno y su interpretación
Al colocar el conector en la hoja de la sierra, se cierra el circuito ______________
Al recorrer el conector por la hoja de la sierra, ¿qué ocurre en el circuito secundario? Describe lo que se observa con la mayor precisión.
¿Por qué crees que el circuito secundario se activa si no está conectado a una fuente de alimentación? ¿Quién es el responsable de que circule intensidad por este circuito?
Prueba a recorrer la hoja de la sierra con el conector en un sentido y luego en otro, ¿observas alguna diferencia?
Prueba a repetir el experimento dejando el conector fijo en contacto con la sierra, ¿qué observas?
Prueba a repetir el experimento abriendo y cerrando el circuito primario, subiendo y bajando el conector repetidamente sobre un punto cualquiera de la hoja de la sierra, ¿qué observas?
Que se encienda el LED verde significa que durante unos instantes existe en el circuito secundario una corriente que circula en sentido ______________
Que se encienda el LED rojo significa que durante unos instantes existe en el circuito secundario una corriente que circula en sentido ______________
¿A qué crees que se deben estos cambios en el sentido de la corriente que ocurren en el circuito secundario cuando recorremos la hoja de la sierra?
¿Qué conclusiones has sacado del estudio de este fenómeno de acuerdo con los experimentos qué has realizado?

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