Capítulo 4. Clases demostrativas interactivas para electromagnetismo

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César Eduardo Mora Ley


Ivan B. Culaba


Rubén Sánchez-Sánchez


Dimensions


Capítulo 4. Clases demostrativas interactivas
para electromagnetismo

4.1 Fuerza magnética en una carga
eléctrica en movimiento

La dirección de la fuerza FB sobre una carga eléctrica +q moviéndose a una velocidad v en un campo magnético B se puede encontrar con la regla de la mano derecha:

- Mantenga la mano derecha plana. Apunte sus dedos en la dirección del campo magnético B.

- Oriente el pulgar en la dirección de la velocidad v de la carga positiva +q.

- Luego la palma de la mano derecha apunta en la dirección de la fuerza FB sobre la carga eléctrica +q.

- La dirección de movimiento de una carga negativa −q es opuesta a la de una carga positiva +q.

A menudo es útil notar que la línea del campo magnético B a través de la partícula y el vector de velocidad v de la partícula determinan un plano. El vector de fuerza FB es perpendicular a este plano.

La magnitud de la fuerza magnética FB = |qv × B| = qvB sen(θ), donde q es la magnitud de la carga en culombios, v es la magnitud de la velocidad de la carga en metros por segundo, B es la intensidad del campo magnético en teslas y θ es el ángulo entre las líneas del campo magnético y la velocidad v.

Materiales

- Tubo de rayos catódicos (TRC) conectado al osciloscopio.

- 1 barra magnética.

Figura 4.1. Una barra magnética interactuando
con un haz de electrones de un tubo de rayos catódicos.

Demostración 1: Coloque el polo norte de la barra magnética en el haz de electrones del TRC como se muestra en la Fig. 4.1. Prediga lo que le sucede al haz de electrones cuando el imán se mueve horizontalmente.

Resultado esperado: El haz de electrones se mueve verticalmente.

Figura 4.2. Configuración para demostración número 2.

Demostración 2: Coloque el polo norte de la barra magnética cerca del haz de electrones del TRC como se muestra en la figura 4. Prediga lo que le sucede al haz de electrones cuando el imán se mueve verticalmente.

Resultado esperado: El haz de electrones se mueve horizontalmente.

CLASE DEMOSTRATIVA INTERACTIVA

Conservación del momento angular

Hoja de predicción

Nombre:_______________________________________________

Equipo:___________ Grupo:____________ Fecha: _____________

Indicaciones: Escriba su nombre y sección para indicar su presencia en esta clase. Esta hoja será recogida. Siga las instrucciones del instructor.

Figura 4.3. Configuración para demostración número 1.

Demostración 1: Coloca el polo norte de la barra magnética en el haz de electrones del TRC como se muestra arriba. Prediga lo que le sucede al haz de electrones cuando el imán se mueve horizontalmente.

Tu predicción:

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La predicción del grupo:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Figura 4.4. Configuración para demostración número 2.

Demostración 2: Coloca el polo norte de la barra magnética cerca del haz de electrones del trc como se muestra arriba. Prediga lo que le sucede al haz de electrones cuando el imán se mueve verticalmente.

Tu predicción:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

La predicción del grupo:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

CLASE DEMOSTRATIVA INTERACTIVA

fuerza magnética sobre una carga eléctrica en movimiento

Hoja de resultados

Nombre:_______________________________________________

Equipo:___________ Grupo:____________ Fecha: ____________

Instrucciones: Puede quedarse con esta hoja. Anote el resultado observado de la demostración simple.

Figura 4.5. Configuración para demostración número 1.

Demostración 1: Coloca el polo norte de la barra magnética en el haz de electrones del TRC como se muestra arriba. Prediga lo que le sucede al haz de electrones cuando el imán se mueve horizontalmente.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Figura 4.6. Configuración para demostración número 2.

Demostración 2: Coloca el polo norte de la barra magnética cerca del haz de electrones del TRC como se muestra arriba. Prediga lo que le sucede al haz de electrones cuando el imán se mueve verticalmente.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4.2 Fuerza sobre una corriente
en un campo magnético

Dado que la corriente eléctrica puede modelarse como una corriente de cargas positivas, la corriente experimenta una fuerza debido a un campo magnético. La dirección de la fuerza se encuentra mediante la regla de la mano derecha, con la dirección de la corriente utilizada en lugar del vector de velocidad.

La magnitud ΔF de la fuerza en una longitud pequeña ΔL de corriente I que transporta cable viene dado por

,(1)

donde θ es el ángulo entre la dirección de la corriente I y la dirección del campo. Para un cable recto de longitud L en un campo magnético uniforme, esto se convierte en

.(2)

Observe que la fuerza es 0 si el cable está alineado con las líneas de campo. La fuerza es máxima si las líneas de campo son perpendiculares al cable. De manera análoga al caso de una carga en movimiento, la fuerza es perpendicular al plano definido por el cable y las líneas de campo.

Materiales

- Fuente de alimentación de baja tensión.

- Amperímetro (capacidad 5 Amp).

- Resistencia variable (10 Ω o 20 Ω, 4 a 6 Amp).

- Imán permanente grande.

- Interruptor de botón.

- Varilla de aluminio suspendida de conectores.

Demostración 1: Al presionar el interruptor de botón pulsador S, se hace fluir una corriente i a través de una varilla de aluminio que se coloca dentro del campo magnético de un imán permanente. Prediga lo que le sucede a la varilla justo después de que se cierra el interruptor.

Resultado esperado: La varilla de aluminio gira hacia el interior del imán permanente.

Demostración 2: Los conectores de la fuente de alimentación ahora están invertidos y el interruptor S está cerrado. Prediga lo que le sucede a la barra.

Resultado esperado: La varilla de aluminio se balancea hacia afuera desde el interior del imán permanente.

CLASE DEMOSTRATIVA INTERACTIVA

Fuerza sobre una corriente en un campo magnético

Hoja de predicción

Direcciones: Escriba su nombre y sección para indicar su presencia en esta clase. Esta hoja será recogida. Siga las instrucciones de su instructor.

Figura 4.7. Configuración para la demostración.

Demostración 1: Al presionar el interruptor de botón pulsador S se hace fluir una corriente i a través de una varilla de aluminio que se coloca dentro del campo magnético de un imán permanente. Prediga lo que le sucede a la varilla justo después de que se cierre el interruptor.

Tu predicción:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

La predicción del grupo:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Demostración 2: Los conectores de la fuente de alimentación ahora están invertidos y el interruptor S está cerrado. Prediga lo que le sucede a la barra.

Tu predicción:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

La predicción del grupo:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

CLASE DEMOSTRATIVA INTERACTIVA

Fuerza sobre una corriente en un campo magnético

Hoja de resultados

Nombre:_______________________________________________

Equipo:___________ Grupo:____________ Fecha: ____________

Instrucciones: Puede quedarse con esta hoja. Anote el resultado observado de la demostración simple.

Figura 4.8. Configuración para la demostración.

Demostración 1: Al presionar el interruptor de botón pulsador S se hace fluir una corriente i a través de una varilla de aluminio que se coloca dentro del campo magnético de un imán permanente. Prediga lo que le sucede a la varilla justo después de que se cierre el interruptor.

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Demostración 2: Los conectores de la fuente de alimentación ahora están invertidos y el interruptor S está cerrado. Prediga lo que le sucede a la barra.

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4.3 El circuito RC

Un circuito que contiene una resistencia R y un capacitor C se llama circuito RC. Como en todos los circuitos de CC, la corriente en un circuito RC fluye en una sola dirección, pero la magnitud de la corriente varía con el tiempo. Un ejemplo práctico de circuito RC es el circuito en el accesorio de flash de una cámara. Antes de tomar una fotografía con flash, una batería en el accesorio de flash carga el condensador a través de una resistencia. Cuando esto se logra, el flash está listo. Cuando se toma la fotografía, el condensador se descarga a través de la bombilla del flash. A continuación, la batería recarga el condensador y, poco tiempo después, el flash está listo para otra imagen. Usando las reglas de Kirchhoff podemos obtener ecuaciones para la carga Q y la corriente I como funciones del tiempo tanto para la carga como para la descarga de un capacitor a través de una resistencia:

a) carga de un condensador: Q(t) = Qf (1 − e−t/τ) donde Q es la carga en el tiempo = t, Qf = Cε es la carga final, τ = RC es la constante de tiempo capacitiva; I(t) = I0e−t/τ donde I0 = ε/R es la corriente inicial, y ε es la diferencia de potencial inicial.

b) descargar un condensador: Q(t) = Qoe−t/ τ donde Q es la carga en el momento = t, Q0 es la carga en el momento = 0, y τ = RC es la constante de tiempo capacitiva; I(t) = I0e−t/τ donde I es la corriente en el tiempo = t, I0 es la corriente en el tiempo = 0.

Materiales

- Fuente de alimentación de 15 voltios cc.

- Interruptor de bombilla de 1.5 voltios.

- Resistencia de 15 Ω.

- Capacitor de 4700 μF.

- Cables de conexión.

Demostración 1: Se construye un circuito que consta de los siguientes elementos conectados en serie: una fuente de alimentación de 15 V, una bombilla de 1,5 V, una carga Q de resistencia y un capacitor de 4700 μF descargado. El diagrama de circuito que corresponde a esta situación se muestra en la figura1.

Figura 4.9. Circuito RC. El condensador está inicialmente descargado.

Predicción 1: Prediga lo que le sucede a la bombilla justo después de cerrar el interruptor S.

Resultado esperado: Al principio, la bombilla es brillante y se vuelve cada vez más tenue hasta que se apaga.

Predicción 2: Prediga lo que le sucede a la bombilla después de que el interruptor S esté cerrado durante mucho tiempo.

Resultado esperado: La bombilla ya no brilla.

Demostración 2: Se construye un circuito que consta de los siguientes elementos conectados en serie: un capacitor de 4700 μF y una bombilla de 1.5 V. El diagrama de circuito que corresponde a esta situación se muestra en la figura 2.

Figura 4.10. Circuito RC. El condensador está cargado.

Predicción 1: Prediga lo que le sucede a la bombilla justo después de cerrar el interruptor S.

Resultado esperado: Al principio, la bombilla es brillante y se vuelve cada vez más tenue hasta que se apaga.

Predicción 2: Prediga lo que le sucede a la bombilla después de que el interruptor S esté cerrado durante mucho tiempo.

Resultado esperado: La bombilla ya no brilla.

CLASE DEMOSTRATIVA INTERACTIVA

Fuerza sobre una corriente en un campo magnético

Hoja de predicción

Nombre:_______________________________________________

Equipo:___________ Grupo:____________ Fecha: ____________

Demostración 1: Se construye un circuito que consta de los siguientes elementos conectados en serie: una fuente de alimentación de 15 V, una bombilla de 1,5 V, una carga Q de resistencia y un capacitor de 4700 μF descargado. El diagrama de circuito que corresponde a esta situación se muestra en la figura 4.11.

Figura 4.11. Circuito RC. El condensador está cargado.

Predicción 1: Prediga lo que le sucede a la bombilla justo después de cerrar el interruptor S.

Tu predicción:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

La predicción del grupo:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Predicción 2: Prediga lo que le sucede a la bombilla después de que el interruptor S esté cerrado durante mucho tiempo.

Tu predicción:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

La predicción del grupo:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Demostración 2: Se construye un circuito que consta de los siguientes elementos conectados en serie: un condensador de 4700 μF y una bombilla de 1.5 V. El diagrama de circuito que corresponde a esta situación se muestra en la figura 2.

Figura 4.12. Circuito RC. El condensador está cargado.

Predicción 1: Prediga lo que le sucede a la bombilla justo después de cerrar el interruptor S.

Su predicción:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

La predicción del grupo:

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Predicción 2: Prediga lo que le sucede a la bombilla después de que el interruptor S esté cerrado durante mucho tiempo.

Su predicción:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

La predicción del grupo:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

CLASE DEMOSTRATIVA INTERACTIVA

circuito RC

Hoja de resultados

Instrucciones: Puede quedarse con esta hoja. Anote el resultado observado de la demostración simple.

Demostración 1: Se construye un circuito que consta de los siguientes elementos conectados en serie: una fuente de alimentación de 15 V, una bombilla de 1.5 V, una carga de resistencia y un condensador descargado 4700 μF. El diagrama de circuito que corresponde a esta situación se muestra en la figura 4.13.

Figura 4.13. Circuito RC. El condensador está inicialmente descargado.

Predicción 1: Prediga lo que le sucede a la bombilla justo después de cerrar el interruptor S.

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Predicción 2: Prediga lo que le sucede a la bombilla después de que el interruptor S esté cerrado durante mucho tiempo.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Demostración 2: Se construye un circuito que consta de los siguientes elementos conectados en serie: un condensador de 4700 μF y una bombilla de 1.5 V. El diagrama de circuito que corresponde a esta situación se muestra en la figura 4.14.

Figura 4.14. Circuito RC. El condensador está cargado.

Predicción 1: Prediga lo que le sucede a la bombilla justo después de cerrar el interruptor S.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Predicción 2: Prediga lo que le sucede a la bombilla después de que el interruptor S esté cerrado durante mucho tiempo.

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4.4 Potencia disipada en circuitos
en serie y en paralelo

Cuando la corriente puede seguir sólo un camino a medida que fluye a través de dos o más resistencias conectadas en línea, las resistencias están en serie. En una combinación en serie, la corriente a través de cada resistencia es la misma que a través de todas las demás. La caída potencial en la combinación es igual a la suma de las caídas potenciales individuales. Cuando la corriente puede seguir muchos caminos a medida que fluye a través de dos o más resistencias conectadas en línea, las resistencias están en paralelo. En una combinación en paralelo, la caída de potencial en cada resistencia es la misma que la caída de potencial en cada una de las demás.

La potencia eléctrica (medida en watts) que es entregada por una fuente de energía eléctrica, y que va a realizar el trabajo de trasladar a una carga eléctrica q (medida en coulombs) a través de un aumento de potencial V (medida en voltios) en un tiempo t (en segundos), está dada por la siguiente expresión matemática:

(1)

donde I está medida en amperios.

La pérdida de potencia en un resistor se encuentra reemplazando V en VI por IR, o reemplazando I en VI por V/I, para obtener la siguiente expresión:

(2)

La resistencia R de un cable de longitud L y área de sección transversal A está dada por la siguiente expresión matemática:

(3)

donde ρ es una constante llamada resistividad y es una característica del material del que está hecho el alambre.

Materiales

- 2 bombillas de 100 W.

- 1 fuente de alimentación de 110 V.

- 2 bombillas de 50 W.

Demostración 1: Una bombilla de 100 W y una bombilla de 50 W están conectadas en serie y se aplica un voltaje de 110 V a través de la combinación. Prediga cuál de las dos bombillas brilla más justo después de cerrar el interruptor S.

Resultado esperado: La bombilla de 50 W se ilumina con más intensidad.

Demostración 2: Una bombilla de 100 W y una bombilla de 50 W están conectadas en paralelo y se aplica un voltaje de 110 V a través de la combinación. Prediga cuál de las dos bombillas brilla más justo después de cerrar el interruptor S.

Resultado esperado: La bombilla de 100 W se ilumina con más intensidad.

CLASES DEMOSTRATIVAS INTERACTIVAS

Potencia disipada en circuitos en serie y en paralelo

Hoja de predicción

Instrucciones: Escriba su nombre y sección para indicar su presencia en esta clase. Esta hoja será recogida. Siga las instrucciones de su instructor.

Demostración 1: Una bombilla de 100 W y una bombilla de 50 W están conectadas en serie y se aplica un voltaje de 110 V a través de la combinación. Prediga qué bombilla se ilumina más justo después de cerrar el interruptor.

Figura 4.15. Configuración para demostración número 1.

Tu predicción:

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La predicción del grupo:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Demostración 2: Una bombilla de 100 W y una bombilla de 50 W están conectadas en paralelo y se aplica un voltaje de 110 V a través de la combinación. Prediga qué bombilla se ilumina más justo después de cerrar el interruptor.

Figura 4.16. Configuración para demostración número 2.

Su predicción:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

La predicción del grupo:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

CLASES DEMOSTRATIVAS INTERACTIVAS

Potencia disipada en circuitos en serie y en paralelo

Hoja de resultados

Nombre:_______________________________________________

Equipo:___________ Grupo:____________ Fecha: ____________

Instrucciones: Puede quedarse con esta hoja. Anote el resultado observado de la demostración simple.

Demostración 1: Una bombilla de 100 W y una bombilla de 50 W están conectadas en serie y se aplica un voltaje de 110 V a través de la combinación. Prediga qué bombilla se ilumina más justo después de cerrar el interruptor.

Figura 4.17. Configuración para demostración número 1.

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Demostración 2: Una bombilla de 100 W y una bombilla de 50 W están conectadas en paralelo y se aplica un voltaje de 110 V a través de la combinación. Prediga qué bombilla se ilumina más justo después de cerrar el interruptor.

Figura 4.18. Configuración para demostración número 2.

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4.5 Circuito RL y la ley de Lenz

Un circuito que contiene una resistencia R y un inductor L se llama circuito RL. Dado que todos los circuitos tienen resistencia y autoinducción, el análisis de un circuito RL se puede aplicar hasta cierto punto a todos los circuitos. Para este circuito, por la ley de Kirchhoff, tenemos que:

.(1)

Veamos algunas características generales de la corriente antes de resolver esta ecuación. Justo después de cerrar el interruptor en el circuito la corriente es 0, por lo que IR es 0, y la fem trasera LdI/dt es igual a la fem de la batería, εo.

Estableciendo I = 0 en la ecuación (1), tenemos que

.(2)

A medida que aumenta la corriente, IR aumenta y dI/dt disminuye. Hay que tener en cuenta que la corriente no puede saltar de 0 a un valor finito como lo haría si no hubiera inductancia. Cuando hay algo de inductancia (L ≠ 0), dI/dt es finito y por tanto la corriente debe ser continua en el tiempo. Después de un corto tiempo, la corriente ha alcanzado un valor positivo I, y la tasa de cambio de la corriente es

.(3)

En este momento, la corriente sigue aumentando, pero su tasa de aumento es menor que en t = 0. El valor final de la corriente se puede obtener configurando dI/dt = 0: If = ε0/R. La corriente en el circuito está dada por: I(t) = If (1 − e−t/τ) donde τ = L/R es la constante de tiempo inductiva del circuito. Cuanto mayor sea la autoinductancia L o menor la resistencia R, más tiempo tardará en acumularse la corriente.

Se puede inducir corriente eléctrica en la materia cambiando los campos magnéticos. Para un solenoide portador de corriente el campo magnético dentro del solenoide viene dado por B = μonI donde μ0 es la permeabilidad del espacio libre, n = número de vueltas por unidad de longitud e I = la corriente en el solenoide. Si se inserta un material ferromagnético (por ejemplo, una varilla de hierro) en el solenoide, se induce una fem en el material, lo que induce corriente. Esta corriente inducida establece un campo magnético dirigido de manera que se oponga a cualquier cambio que lo induzca. Este fenómeno se llama inducción electromagnética y el principio que lo rige se llama ley de Lenz.

Materiales

- 1 fuente de alimentación de CC de 12 voltios.

- 1 bombilla de 1,5 voltios.

- 1 resistencia de 47 ohmios.

- Solenoide de 4480 vueltas.

- Cables para conexión.

Demostración 1: Se construye un circuito que consta de los siguientes elementos conectados en serie: una fuente de alimentación de 12 V, una bombilla de 1.5 V, una carga de resistencia de 47 Ω y un inductor (solenoide de 4480 vueltas). El diagrama de circuito que corresponde a esta situación se muestra en la figura 4.17.

Figura 4.19. Representación de un circuito RL.

Predicción 1: Prediga lo que le sucede a la bombilla justo después de cerrar el interruptor S.

Resultado esperado: Al principio la bombilla es tenue y se vuelve más y más brillante hasta que su brillo se nivela.

Predicción 2: Prediga lo que le sucede a la bombilla después de que el interruptor S esté cerrado durante mucho tiempo.

Resultado esperado: La bombilla sigue brillando intensamente.

Demostración 2: Se construye un circuito que consta de los siguientes elementos conectados en serie: una fuente de alimentación de 12 V, una bombilla de 1.5 V y un inductor (solenoide de 4480 vueltas). El esquema de circuito que corresponde a esta situación se muestra en la figura 4.18.

Figura 4.20. Circuito RL. Se inserta una barra de hierro en el solenoide y luego se retira rápidamente varias veces.

Se inserta una barra de hierro en el solenoide y luego se retira rápidamente varias veces.

Predicción: Prediga lo que le sucede a la bombilla cuando la barra de hierro se inserta en el solenoide y luego se retira rápidamente varias veces.

Resultado esperado: La bombilla parpadea.

CLASE DEMOSTRATIVA interactiva

El circuito RL y la ley de Lenz

Hoja de predicción

Nombre:_______________________________________________

Equipo:___________ Grupo:____________ Fecha: ____________

Instrucciones: Escriba su nombre y sección para indicar su presencia en esta clase. Esta hoja será recogida. Siga las instrucciones de su instructor.

Demostración 1: Se construye un circuito que consta de los siguientes elementos conectados en serie: una fuente de alimentación de 12 V, una bombilla de 1.5 V, una carga de resistencia de 47 Ω y un inductor (solenoide de 4480 vueltas). El diagrama del circuito que corresponde a esta situación se muestra en la figura 4.19.

Figura 4.21. Elementos de un circuito RL.

Predicción 1: Prediga lo que le ocurrirá a la bombilla justo después de cerrar el interruptor S.

Tu predicción:

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La predicción del grupo:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Predicción 2: Prediga lo que le sucede a la bombilla después de que el interruptor S esté cerrado durante mucho tiempo.

Tu predicción:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

La predicción del grupo:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Demostración 2: Se construye un circuito que consta de los siguientes elementos conectados en serie: una fuente de alimentación de 12 V, una bombilla de 1.5 V y un inductor (solenoide de 4480 vueltas). El esquema de circuito que corresponde a esta situación se muestra en la figura 4.22.

Figura 4.22. Circuito RL. Se inserta una barra de hierro en el solenoide
y luego se retira rápidamente varias veces.

Se inserta una barra de hierro en el solenoide y luego se retira rápidamente varias veces.

Predicción: Prediga lo que le sucede a la bombilla cuando se inserta la varilla de hierro en el solenoide y luego se retira rápidamente varias veces.

Tu predicción:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

La predicción del grupo:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

CLASE DEMOSTRATIVA interactiva

El circuito RL y la ley de Lenz

Hoja de resultados

Nombre:___________________________________________

Equipo:____________ Grupo:__________ Fecha: __________

Instrucciones: Puede quedarse con esta hoja. Anote el resultado observado de la demostración simple.

Demostración 1: Se construye un circuito que consta de los siguientes elementos conectados en serie: una fuente de alimentación de 12 V, una bombilla de 1,5 V, una carga de resistencia de 47 Ω y un inductor (solenoide de 4480 vueltas). El diagrama del circuito que corresponde a esta situación se muestra en la figura 4.23.

Figura 4.23. Circuito RL.

Predicción 1: Prediga lo que le ocurrirá a la bombilla justo después de cerrar el interruptor S.

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Predicción 2: Prediga lo que le sucede a la bombilla después de que el interruptor S esté cerrado durante mucho tiempo.

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Demostración 2: Se construye un circuito que consta de los siguientes elementos conectados en serie: una fuente de alimentación de 12 V, una bombilla de 1.5 V y un inductor (solenoide de 4480 vueltas). El esquema de circuito que corresponde a esta situación se muestra en la figura 4.24.

Figura 4.24. Circuito RL. Se inserta una barra de hierro en el solenoide
y luego se retira rápidamente varias veces.

Se inserta una barra de hierro en el solenoide y luego se retira rápidamente varias veces.

Predicción: Prediga lo que le sucede a la bombilla cuando se inserta la barra de hierro en el solenoide y luego se retira rápidamente.

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4.6 Torca en una bobina portadora de corriente

La torca τ en una bobina de N lazos, cada uno con una corriente I, en un campo magnético externo B viene dado por: τ = NIAB sen(θ), donde A es el área de la bobina, y θ es el ángulo más pequeño entre las líneas del campo magnético y un vector unitario perpendicular al plano de la bobina.

Para la dirección de rotación de la bobina, tenemos la siguiente regla de la mano derecha: “Oriente el pulgar perpendicular al plano de la bobina, de modo que los dedos corran en la dirección del flujo de corriente. Entonces la torca actúa para rotar el pulgar en alineación con el campo magnético externo”.

Materiales

- 1 interruptor de botón de imán permanente montado.

- 1 amperímetro de fuente de alimentación de baja tensión.

- Bobina con conectores tipo banana.

Demostración 1: Al presionar el interruptor S la corriente fluye a través de una bobina que se coloca dentro del campo magnético de un imán permanente, como se muestra en el diagrama de la figura 4.24. Prediga qué le sucede a la bobina cuando se orienta, como se muestra, y luego se suelta justo después de que el interruptor S esté cerrado.

Resultado esperado: La bobina se retuerce de tal manera que se alinea perpendicularmente al campo magnético externo.

Demostración 2: Los conectores de la fuente de alimentación ahora están invertidos y el interruptor S está cerrado. Prediga lo que le sucede a la bobina cuando se orienta, como se muestra, y luego se suelta justo después de cerrar el interruptor S.

Resultado esperado: La bobina se retuerce de tal manera que se alinea perpendicularmente al campo magnético externo, pero opuesta a la dirección de giro, como en la Demostración 1.

(Después de la demostración: Pregunte a los estudiantes la polaridad de los polos magnéticos)

CLASE DEMOSTRATIVA INTERACTIVA

Par en una bobina portadora de corriente

Hoja de predicción

Nombre:_______________________________________________

Equipo:___________ Grupo:____________ Fecha: ____________

Instrucciones: Escriba su nombre y equipo para indicar su presencia en esta clase. Esta hoja será recogida. Siga las instrucciones de su instructor.

Figura 4.25. Configuración para la demostración.

Demostración 1: Al presionar el interruptor S la corriente fluye a través de una bobina que se coloca dentro el campo magnético de un imán permanente, como se muestra en la figura 4.23. Prediga qué le sucede a la bobina cuando está orientada como se muestra y luego es liberada justo después de cerrar el interruptor S.

Su predicción:

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La predicción del grupo:

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Demostración 2: Los conectores de la fuente de alimentación ahora están invertidos y el interruptor S está cerrado. Prediga qué le sucede a la bobina cuando está orientada como se muestra y luego es liberada justo después de que el interruptor S es cerrado.

Su predicción:

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La predicción del grupo:

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CLASE DEMOSTRATIVA INTERACTIVA

Torca en una bobina portadora de corriente

Hoja de resultados

Nombre:___________________________________________

Equipo:_________ Grupo:__________ Fecha: __________

Instrucciones: Puede quedarse con esta hoja. Anote el resultado observado de la demostración simple.

Figura 4.26. Configuración para la demostración.

Demostración 1: Al presionar el interruptor S la corriente fluye a través de una bobina que se coloca dentro el campo magnético de un imán permanente, como se muestra en la figura 4.24.

Prediga qué le sucede a la bobina cuando está retorcida y luego cuando se le suelta justo después de que el interruptor S esté cerrado.

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Demostración 2: Los conectores de la fuente de alimentación ahora están invertidos y el interruptor S está cerrado. Prediga qué le sucede a la bobina cuando está retorcida y luego de que se le suelta justo después de cerrar el interruptor S.

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.

Tipo de relación.

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Modelo matemático.

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Interpretación.

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Tipo de relación.

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Modelo matemático.

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Interpretación.

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Tipo de relación.

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Modelo matemático.

______________________________

Interpretación.

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______________________________

Imagen que contiene Diagrama

Descripción generada automáticamente

a) _________________________________________________________________________________________________________________________

b) __________________________________________________________________________________________________________________________

c) __________________________________________________________________________________________________________________________

d) _________________________________________________________________________________________________________________________