Bobina de Tesla + Disco de Arago + Anillo de Thompson (2016)

Trabajo Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Nanociencia y Nanotecnología - 1º curso
Asignatura electricidad y magnetismo
Año del apunte 2016
Páginas 2
Fecha de subida 17/06/2017
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Demo: Bobina de Tesla + Disco de Arago + Anillo de Thompson

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26/6/16 SARA ARIAS BLANCO BOBINA DE TESLA La bobina de Tesla es un transformador constituido por dos circuitos eléctricos (resonantes y acoplados), capaz de conseguir altísimas diferencias de potencial a elevadas frecuencias. Generalmente las bobinas de Tesla crean descargas eléctricas de largo alcance, lo que hace posible observar chispas, coronas y arcos eléctricos. El transformador (T1) carga al capacitor (C1) y se establece una alta tensión entre sus placas. El voltaje tan elevado es capaz de romper la resistencia del aire y hace saltar una chispa entre las terminales Ilustración 1. Esquema de la bobina de Tesla del explosor EX. La chispa descarga C1 a través de la bobina primaria (L1, con pocas espiras) y establece una corriente oscilante. En seguida C1 se carga de nuevo y se repite el proceso. Así resulta el circuito primario, que es un circuito oscilatorio de radiofrecuencia. Puesto que las bobinas están devanadas de tal modo que la bobina del primario se arrolla sobre la del secundario, las líneas de campo magnético generadas por L1 , pasan por L2. Como el campo que produce el circuito primario depende del tiempo, se produce una variación de flujo que, de acuerdo con la Ley de Faraday, hace que aparezca una fem que crea una corriente inducida en el circuito secundario (𝜀 = − $%& $' * → 𝐼 = ). En este, la bobina secundaria (L2, con más espiras) tiene una + pequeña capacidad distribuida en ella misma, de tal forma que el circuito secundario pueda oscilar a la misma frecuencia que el primario, entrando en resonancia. Finalmente, el circuito secundario produce ondas electromagnéticas de muy alta frecuencia y voltajes elevados. Estas se propagan en el medio ionizando las moléculas del aire, convirtiéndolo en transmisor de corriente eléctrica. ANILLO DE THOMPSON El anillo de Thompson es un fenómeno que ilustra varios principios físicos como la Ley de Biot y Savart, la Ley de FaradayLenz y la fuerza de Lorentz. La experiencia consiste en hacer levitar un anillo conductor empleando una bobina y conectada a una fuente de alimentación alterna. En la bobina se genera un campo magnético, 𝐵, proporcional a la corriente alterna que circula por ella 𝐼. (por la ley de Biot Savart). En el interior de la bobina, el campo magnético generado es principalmente paralelo al eje, 𝐵/ , mientras que en el exterior tiene una componente radial, 𝐵+ . Este campo magnético atraviesa el anillo, por lo que el flujo magnético a través del anillo será proporcional a la intensidad que circula por la bobina (𝜙 = 𝐵/ 𝜋𝑟 3 ∝ 𝐼. ) y variará con el tiempo. Esta variación induce una fem en el anillo; 𝜀 = − $%& $' y por lo tanto también una corriente 𝐼5 que circula bajo la acción del campo magnético de la bobina, por lo que este ejerce una fuerza sobre el anillo (fuerza de Lorentz dF = Idl × B ). Por la simetría, la fuerza neta ejercida por el campo 𝐵/ es nula y es solo la componente radial del campo 𝐵+ , la que ejerce una fuerza sobre el Ilustración 2. Esquema de fuerzas anillo en la dirección vertical. El signo de la fuerza depende de la relación entre la dirección de 𝐼5 y de 𝐵+ à 𝐹/ = −2𝜋𝑟5 𝐼. 𝐵+ Si en la bobina la corriente circula en sentido antihorario, el campo magnético generado tendría una componente radial positiva. Si la corriente del anillo circulara con la misma dirección que la corriente en la bobina, la fuerza de Lorentz sobre el anillo sería hacia abajo, porque habría una atracción entre ambas. El anillo salta dependiendo del valor de la intensidad, cuando las corrientes tienen sentido opuesto. La corrientes depende a su vez de la temperatura; a una temperatura baja, la resistencia disminuye, R(T) = R0 [1+α (T – T0)], la intensidad aumenta y también lo hace la fuerza. Por tanto será más fácil hacer que el anillo salte de la bobina a menos temperatura y mayor corriente proporcionada por el generador. DISCO DE ARAGO El disco de Aragó es un dispositivo consistente en un disco que puede rotar libremente hecho de cobre y una par de imanes muy potentes de neodimio en rotación, tal y como se puede ver en la imagen. En primera instancia, observamos como el imán y el disco no se atrae, ya que el disco esta hecho de cobre, un material no ferromagnético. En cambio, cuando los imanes rotan, a alta velocidad, se observa como el disco y los imanes empiezan a interaccionar: el disco empieza a girar, intentando seguir el movimiento de los imanes. Cuando el sentido de rotación de los imanes de invierte, el sentido de rotación del disco también cambia. Finalmente, cuando la rotación de los imanes se detiene, el giro del disco también se detiene bruscamente. En general, se induce una FEM en el disco de cobre cuando hay un cambio en el campo magnético. Cuando el imán se mueve, este fenómeno tiene lugar. Según la ley de Lenz, la dirección de estas corrientes inducidas es tal que se oponen al cambio que se produce en el flujo: -Cuando se está acercando al disco de cobre, el disco de cobre "quiere" alejarse a partir de ese enfoque con el fin de mantener la situación sin flujo (esto ocurre en el frontal del imán en movimiento). Ilustración 3. Imagen y esquema del disco -Cuando el flujo se está alejando del disco de cobre, el disco de cobre "quiere" para moverse con él con el fin de mantener su situación de flujo de presente (esto ocurre en la cola del lado del imán móvil). Tanto del lado de la cola frontal y hará que el movimiento disco de cobre con el movimiento del imán ...

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