Profesor: Gabriel Téllez
Diseñados en el semestre 2001-2
Es posible también usar el osciloscopio para medir el potencial. Ponerlo en el calibre de 10V o 20V. Hay cables suficientes para poder medir simultáneamente el potencial de la esfera con el osciloscopio y el multímetro, para eso unir las conexiones banana del osciloscopio y el multímetro. En el osciloscopio se ve que la esfera se descarga muy rápido al medir el potencial, pero que por cortos tiempos puede existir un potencial muy alto.
Algunas indicaciones: Hay disponibles dos multímetros digitales. Uno portátil de pila que hay que poner en calibre 200V y de pantalla de cristal liquido que posiblemente no lo puedan ver muy bien los estudiantes de las ultimas filas. También esta disponible un multímetro de pantalla luminosa verde que es mas visible, y además tiene función de autocalibraje. En el montaje con osciloscopio y multímetro al mismo tiempo observe al ensayar el experimento que el voltaje medido de la esfera es mucho menor que en el montaje de solo multímetro (del orden de un par de voltios en vez de decenas de voltios). Una muestra clara de como observar un fenómeno perturba este mismo.
Notas: el multímetro dispone de una pequeña perilla (a la izquierda) para ajustar el cero de la medida de capacitancias (cero CAP). Las capacitancias a medir deben ponerse en unos pequeños agujeros marcados CAP +/- al lado derecho del multímetro. Para poder hacer las medidas mas fácilmente se dispone de unos cables (gruesos) en cuyos extremos se añadió un pequeño cable de cobre que cabe en los orificios CAP +/- del multímetro.
Recomendaciones: No mantener el circuito cerrado por mucho tiempo, pues se pueden descargar las baterías y el experimento podría fallar para los profesores de final de la mañana. Se dispone de una batería de repuesto por si esto ocurre.
Funcionamiento como motor: al conectar a la corriente directa el inductor gira por efecto del torque magnético ejercido por el imán sobre las bobinas. La forma como esta conectado el inductor al soporte hace que cada media vuelta la corriente cambie de sentido y así el torque magnético cambie de sentido y el movimiento circular perdure. Se pueden ilustrar varios fenómenos: La velocidad angular de rotación aumenta si aumenta la corriente, y su sentido depende del sentido de la corriente. Si se remplaza el pequeño imán recto del motor por el imán en U se puede mostrar que al alejar el imán disminuye la velocidad angular de rotación.
Funcionamiento como generador: en vez de conectar el motor a la fuente se conecta al galvanómetro. Al hacer girar manualmente el inductor se crea una corriente inducida en las bobinas debida a la variación de flujo magnético. Esta corriente se puede medir con el galvanómetro.
Este experimento ilustra los fenómenos de inducción electromagnética. El campo magnético variable crea una corriente inducida en el anillo que es responsable de su calentamiento (corriente de Foucault). El campo magnético ejerce una fuerza magnética sobre el anillo que lo levanta. La ley de Lenz explica que el anillo se levante: así se reduce la variación de flujo magnético.
Notas y precauciones: La corriente que atraviesa el electroimán es bastante grande. Por eso se utiliza una estufa como reóstato, ya que los reóstatos usuales no soportan tanta corriente y se funden después de unos segundos. Al hacer la conexión directa cuidado que no haya nada encima del electroimán para evitar accidentes.
Ver también el ejercicio 83 del capitulo 32 pagina 1038 del libro The Nature of Things, de Lea y Burke y en particular la fig. 32.38 en que se muestra el montaje (sin la estufa reóstato). Este montaje se puede ver como un transformador, el primario es el electroimán y el secundario el anillo.
Una lamina metálica tiene una mitad con cortes paralelos y la otra llena. Si se hace oscilar la lamina por el lado lleno entre los polos de un electroimán esta se frena muy rápidamente. Esto es debido a las corrientes inducidas (corrientes de Foucault) en la lamina que sienten el efecto de la fuerza magnética. De nuevo la ley de Lenz explica que haya un frenado: la corriente inducida se opone a lo que la creo. Si se pone la lamina a oscilar por el lado de los cortes se frena mucho mas lentamente. Los cortes reducen considerablemente las corrientes de Foucault y así el frenado es menor.
La inductancia y la resistencia están en serie con la fuente de voltaje variable que da un voltaje función "cuadrado". El osciloscopio mide el voltaje en la resistencia que es proporcional a la corriente en el circuito. Se observa la tradicional dependencia exponencial de la corriente en función del tiempo. El tiempo característico L/R es de 35 microsegundos. Por el segundo canal del osciloscopio se puede observar el voltaje en forma de cuadrados que da la fuente de voltaje.
El otro transformador tiene muy pocos vueltas en el secundario, obteniendo así un transformador de bajo voltaje, pero de alta corriente eléctrica. Por esta razón las vueltas en el secundario son con un conductor grueso que soporta la alta corriente. El circuito del secundario se cierra poniendo en contacto los dos extremos con una puntilla (al presionar los dos extremos por los mangos en madera). La corriente que fluye es tan elevada que rápidamente la puntilla se pone al rojo vivo y luego se funde.
Precauciones: En el primer transformador el voltaje de salida es muy elevado, tomar precauciones para no electrocutarse (no tocar los extremos, ni los arcos). En el segundo transformador hay mucho calor disipado en el secundario, tomar sus precauciones para no quemarse. No dejar conectados los transformadores mucho tiempo.