Descripción de la tarea

En nuestra vida cotidiana usamos con mucha frecuencia los generadores de corriente y los motores eléctricos. Por poner un ejemplo, en los coches existe un motor de arranque que permite iniciar el movimiento del motor de combustión y que funciona gracias a la batería. Esa misma batería se recarga porque el coche dispone de otro dispositivo: el alternador. Tanto el motor de arranque que es un motor eléctrico, como el alternador basan su funcionamiento en los principios del electromagnetismo que estamos trabajando es esta unidad.

 

Te proponemos que trabajes en esta tarea dos aspectos diferentes. 

En la primera parte, te ofrecemos dos hilos que conducen corrientes eléctricas para que determines el campo magnético que generan.

En la segunda parte, te proponemos estudiar el efecto sobre una espira móvil de los cambios de campo magnético o más bien de su flujo.

 

desarrollo

Primera parte:

En la siguiente animación te mostramos dos hilos conductores. Los datos que se ofrecen cambian al actualizar la animación.

Animación de Antonio González en Geogebratube bajo CC BY SA.

En primer lugar captura la pantalla de tu navegador de forma que se vean los datos de la animación y pégala a continuación. Para tomar la captura debes pulsar sobre la tecla de Windows e Imp Pant simultáneamente, si usas Windows, y las teclas cmd, mayúsculas y 4, si usas MacOS.

Documéntate en los contenidos y responde a las siguientes cuestiones:

  1. ¿Cuánto vale el módulo del campo magnético creado por un hilo conductor? ¿De qué magnitudes depende y cómo?
  2. Dibuja un esquema con las líneas de campo generado por el hilo conductor 1. Puedes utilizar la animación que te ofrecemos en el apartado “Ayuda y entrega”.
  3. Calcula el módulo del campo magnético creado por los hilos conductores 1 y 2 en el punto E.
  4. Dibuja un esquema donde se representen ambos vectores con sus correspondientes sentidos. En el apartado "Ayuda y entrega" te ofrecemos una herramienta para realizar el esquema. 
  5. Calcula el módulo del campo magnético total en el punto E.
  6. Dibuja los vectores campo magnético creados por los hilos conductores en el punto F. Usa la herramienta disponible en el apartado "Ayuda y entrega".

 

Segunda parte:

En la siguiente animación te mostramos el movimiento de una espira rectangular en el seno de un campo magnético. Los valores numéricos cambian al actualizar la animación. Las longitudes se miden en centímetros. El eje de color rojo se corresponde con el eje x, el verde con el eje y y el azul con el eje z.

Animación de Antonio González en Geogebratube bajo CC BY SA.

Toma una captura de pantalla del simulador y pégala a continuación para tener presentes los datos de trabajo. Para tomar la captura debes pulsar sobre la tecla de Windows e Imp Pant simultáneamente, si usas Windows, y las teclas cmd, mayúsculas y 4, si usas MacOS.

  1. Sabiendo que la espira rota con una velocidad angular constante, ¿cuál es la expresión del ángulo que forman el vector campo magnético y el vector superficie? Calcula el periodo de revolución de la espira.
  2. La superficie de la espira y el campo magnético son constantes, ¿es constante el flujo que atraviesa la espira o depende del tiempo? Escribe la expresión del flujo magnético que atraviesa la espira.
  3. Completa las siguientes tablas y calcula las variaciones de flujo en los períodos de tiempo que te proponemos. En los tiempos debes calcular a qué corresponden las diferentes fracciones del periodo T: T/8, T/4, 3T/8, ... para tu caso concreto. Usa la expresión que has obtenido en el apartado 4 para completar la columna del flujo.

t(s)

t0=0

t1=T/8=

t2=T/4=

t3=3T/8=

t4=T/2=

t5=5T/8=

t6=3T/4=

t7=7T/8=

t8=T=

t9=9T/8= t10=5T/4= t11=11T/8= t12=3T/2= t13=13T/8= t14=7T/4= t15=15T/8= t16=2T=

ϕ(Wb)

 

Δϕ(Wb)

ϕ10=

ϕ21=

ϕ32=

ϕ43=

ϕ54=

ϕ65=

ϕ76=

ϕ87=

ϕ98=

ϕ109=

ϕ1110=

ϕ1211=

ϕ1312=

ϕ1413=

ϕ1514=

ϕ1615=

Δt(s)

t1-t0=

 t2-t1=

t3-t2=

t4-t3=

t5-t4=

t6-t5=

t7-t6=

t8-t7=

t9-t8=

t10-t9=

t11-t10=

t12-t11=

t13-t12=

t14-t13=

t15-t14=

t16-t15=

fem(V)

 

  1. Representa gráficamente el valor de la fuerza electromotriz generada en función del tiempo.
  2. Si cerramos el circuito de la espira con una bombilla, ¿lucirá esta siempre igual? En ese caso, ¿la corriente inducida es continua o alterna?
  3. Explica qué ocurriría si en vez de girar la espira en el sentido indicado lo hiciera en el contrario.
  4. ¿Sabrías calcular el valor de la fem en función del tiempo derivando la expresión del flujo magnético del apartado 3? Hazlo y usa el resultado para justificar si la fem inducida es continua o alterna.