Generación de corriente eléctrica a partir de un campo magnético variable

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1.- Objetivo de la práctica.

·   Visualizar que un campo magnético variable genera una corriente eléctrica.

·   Visualizar que al encender y apagar un circuito de corriente eléctrica continua, se produce durante un instante una corriente variable capaz de general un campo magnético variable que a su vez genera un corriente eléctrica inducida.

• Aprender las técnicas de laboratorio necesarias para realizar el proceso, así como el material utilizado.

2.- Procedimiento experimental montaje 1

          Material

• Dos bobina de 2000 espiras
• Núcleo de hierro laminado en forma de U.
• Generador de corriente alterna (30 voltios)
• Bombilla pequeña como la de una linterna con soporte.
• Cables y pinzas de cocodrilo.

         Montaje

            Montar el sistema de la fotografía: 

Descripción

1. Conectamos la primera bobina a un generador de corriente alterna de 30 voltios.

2. Al encender el generador pasa por dicha bobina una corriente alterna que genera un campo magnético variable. Dicho campo magnético atraviesa la segunda bobina e induce en ella una corriente eléctrica alterna, capaz de encender la bombilla que le hemos conectado.

3. Al desconectar el generador, el campo magnético desaparece y la bombilla se apaga.

4. Repetimos el experimento conectando la primera bobina a un generador de corriente continua, también de 30 voltios, y observando que la bombilla no se enciende. Lo que ocurre es que hemos generado un campo magnético constante, y éste no induce una corriente eléctrica.

             

3.-  Procedimiento experimental montaje 2

         Material

• Dos bobina de 2000 espiras
• Núcleo de hierro laminado en forma de U.
• Generador de corriente continua (30 voltios)
• Polímetro.
• Cables y pinzas de cocodrilo.

            Montaje

            Montar el sistema de la fotografía:

Descripción

1. Conectamos la primera bobina a un generador de corriente continua de 30 voltios.

2. Al encender el generador pasa por dicha bobina, durante un instante, una corriente alterna, ya que se pasa de 0 a 30 V y eso dura un tiempo, que genera un campo magnético variable. Dicho campo magnético atraviesa la segunda bobina e induce en ella una corriente eléctrica alterna, capaz de ser detectada por el polímetro, ya que la aguja se mueve. Cuando la tensión se estabiliza deja de generarse corriente eléctrica, ya que el campo magnético inducido es constante.

3. Al desconectar el generador, el campo magnético desaparece y durante un instante es variable, hasta que se hace cero. Este campo magnético variable vuelve a generar una corriente eléctrica que es detectada por el polímetro.

             

Con este experimento queda de manifiesto que se puede obtener energía eléctrica a partir de un campo magnético variable. 

Propiedades magnéticas de la corriente eléctrica

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1.- Objetivo de la práctica.

Ø  Visualizar que una corriente eléctrica genera un campo magnético, capaz de atraer a objetos de hierro.

Ø  Ver que una bobina por la que circula corriente eléctrica se comporta como un imán, con su polo norte y su polo sur, que los polos del mismo signo se repelen y de signo contrario se atraen.

Ø  Aprender las técnicas de laboratorio necesarias para realizar el proceso, así como el material utilizado.

2.- Procedimiento experimental montaje 1

 Material

·         Bobina de 2000 espiras

·         Generador de corriente continua(30 voltios)

·         Objetos metálicos (clips, un destornillador, etc…)

·         Soporte, pinzas y cinta aislante

Montaje 

Montar el sistema de la fotografía:

Descripción

1. Con ayuda de un soporte y una pinza colocamos suspendida una bobina de 2000 espiras (puedes ayudarte con la cinta aislante)

2. Conectamos dicha bobina a un generador de corriente continua de 30 voltios.

3. Al encender dicho generador pasa la corriente por la bobina y se genera un campo magnético, que se pondrá de manifiesto si acerco a dicha bobina objetos metálicos.

4. Cuando acerco clips, e incluso objetos de mayor peso como destornilladores pequeños, éstos se sienten atraídos por el campo magnético inducido en la bobina mientras ésta está conectada a la corriente eléctrica.

5. Al desconectar el generador, el campo magnético desaparece y caen los objetos metálicos debido a su peso.

Con este experimento queda de manifiesto que la bobina se comporta como si fuera un imán, es decir, la corriente eléctrica es capaz de generar un campo magnético.

3.- Procedimiento experimental montaje 2

Material

·         Dos solenoides de 2000 espiras cada uno.

·         Un muelle.

·         Soporte y pinzas.

·         Dos generadores de corriente continua de 30 voltios.

·         Cables adecuados para conectar el generador.

·         Núcleo de hierro laminado.

Montaje

Montar el sistema de la fotografía:

Descripción

1. Colocamos el soporte y las pinzas de manera que sujetemos el muelle por un extremo.

2. En el otro extremo del muelle colgaremos un solenoide de 2000 espiras.

3. Sobre la mesa colocaremos el segundo solenoide de 2000 espiras al que le habremos añadido un núcleo de hierro laminado para potenciar el campo magnético (el laminado hará que las corrientes de Foucault se minimicen y haya menos pérdidas energéticas).

4. Conectamos los solenoides a los generadores con los cables y encendemos los generadores. Entonces pasará la corriente, se generará campo magnético y funcionarán como electroimanes. En función de cómo coloque los cables tendré dos polos iguales (se repelerán los solenoides) o dos polos diferentes (se atraerán los solenoides).

Se constata así que el paso de la corriente eléctrica a través de un solenoide produce un campo magnético, y que las bobinas se comportan como imanes.

Hemisferios de Magdeburgo

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1.- Objetivo de la práctica.

• Visualizar el efecto de la presión atmosférica.
• Ver que nuestra vida está adaptada a soportar la presión atmosférica y que no somos conscientes ni de su existencia ni de su magnitud.
• Aprender las técnicas de laboratorio necesarias para realizar el proceso, así como el material utilizado.

2.- Procedimiento experimental

            Material

 

• Hemisferios de Magdeburgo.
• Bomba de vacío.
• Campana de vacío

            Descripción

1. Unimos los dos hemisferios de Magdeburgo y los conectamos a la bomba de vacío.

2. Extraemos el aire del interior de los hemisferios y cerramos la válvula. Comprobamos que no se pueden separar, aunque se haga una fuerza intensa.

3. A continuación abrimos la válvula, permitiendo de esta forma que entre el aire. Comprobamos ahora que los hemisferios se separan sin dificultad.

            Justificación

El aire de la atmósfera ejerce fuerzas intensas y en todas las direcciones sobre los cuerpos. Al extraer el aire del interior de los hemisferios hacemos que sólo actúen fuerzas exteriores, que son las que impiden que éstos puedan separarse aunque apliquemos fuerzas grandes. Al abrir la válvula y dejar que entre aire en el interior de los hemisferios hacemos que las fuerzas exteriores sean compensadas por las fuerzas interiores y de esta forma podamos separarlos.

Reacción del zinc con el ácido clorhídrico

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Objetivo de la práctica.

• Visualizar una reacción química y observar los cambios que se producen.
• Distinguir los reactivos y los productos de la reacción y escribir la ecuación química ajustada del proceso.
• Identificar el tipo de reacción que se produce.
• Aprender las técnicas de laboratorio necesarias para realizar el proceso, así como el material utilizado.

 

Materiales y herramientas

     Tubos de ensayo, gradilla, espátula, pinza de madera, vasos de precipitados, agua destilada, zinc en polvo o granalla y ácido clorhídrico.

 

Procedimiento experimental.

1. En un vaso de precipitados echar un poco de ácido clorhídrico (sobre el 36% en volumen).

2. En  un tubo de ensayo poner un poco de zinc en polvo en forma de granalla.

3. Coger el tubo de ensayo con el zinc y verter sobre él un poco de ácido clorhídrico hasta la mitad del tubo aproximadamente.

4. Observar el burbujeo que se produce instantáneamente, así como la formación de gas que escapa al exterior. También se observará que el tubo de ensayo se calienta, debido a que la reacción es exotérmica, es decir, con desprendimiento de calor.

5. Comprobar la formación de hidrógeno poniendo en el extremo del tubo un mechero. Se notará una pequeña explosión.

Ecuación química ajustada.

 

 Zn (s) + 2HCl (aq)    →     ZnCl₂ (aq)  + H₂ (g) ↑

Reacción del nitrato de plomo (II) y el yoduro de potasio

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Objetivo de la práctica.

• Visualizar una reacción química y observar los cambios que se producen.
• Distinguir los reactivos y los productos de la reacción y escribir la ecuación química ajustada del proceso.
• Identificar el tipo de reacción que se produce.
• Aprender las técnicas de laboratorio necesarias para realizar el proceso, así como el material utilizado.

 

Materiales y herramientas

Tubos de ensayo, gradilla, vasos de precipitados, agitadores, espátulas, agua destilada, yoduro de potasio y nitrato de plomo (II).

 

Procedimiento experimental.

1. En un vaso de precipitados echar agua destilada y añadir un poco de yoduro de potasio, IK. Agitar hasta conseguir la disolución.

2. En otro vaso de precipitados echar agua destilada y añadir un poco de nitrato de plomo (II), Pb(NO₃)₂.  Agitar hasta conseguir la disolución.

3. Coger dos tubos de ensayo. En el primero echar un poco de la primera disolución preparada. Hacer lo mismo con el segundo tubo de ensayo y la segunda disolución. Llenar los tubos de ensayo hasta alcanzar 1/3 del tubo aproximadamente. 

4. Echar el contenido del tubo de yoduro de potasio sobre el tubo que contiene el nitrato de plomo (II).

5. Observar la formación de un precipitado de yoduro de plomo.

 

Ecuación química ajustada.

 

 2KI (aq) + Pb(NO₃)₂ (aq)    →     2 KNO₃ (aq)  + PbI₂ (s) ↓

Descomposición del Clorato de Potasio

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Objetivo de la práctica.

• Visualizar una reacción química y observar los cambios que se producen.
• Distinguir los reactivos y los productos de la reacción y escribir la ecuación química ajustada del proceso.
• Identificar el tipo de reacción que se produce.
• Aprender las técnicas de laboratorio necesarias para realizar el proceso, así como el material utilizado.

Materiales y herramientas

Tubos de ensayo, gradilla, pinza de madera, quemador de butano, trocitos de papel, espátula y clorato de potasio.

 

Procedimiento experimental.

   1. Poner un poco de clorato de potasio en un tubo de ensayo.

   2. Encender el quemador de butano.

   3. Coger el tubo de ensayo que contiene el clorato de potasio y sujetarlo con la pinza de madera.

   4. Acercar el tubo de ensayo al fuego y calentar hasta que se funda y comience la descomposición.

    5. Separar el tubo de ensayo del fuego e introducir en él pequeños trocitos de papel que previamente hemos preparado.

   6. Observar como los trocitos de papel se queman sin necesidad de llama, debido al oxígeno que se ha desprendido en la reacción.

 

Ecuación química ajustada.

 

2KClO₃ (s) + Calor  →  2KCl (s)  +  3O₂ (g) ↑

Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (M.R.U.A.)

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Un cuerpo se mueve con “movimiento rectilíneo uniformemente acelerado” cuando la trayectoria que lleva es rectilínea y la aceleración es constante.  En este tipo de movimiento la ecuación que nos da la posición  x  en función del tiempo es la siguiente:

x = x₀ + v₀.t + (1/2)at²    donde  x₀ es la posición inicial del cuerpo y  v₀ su velocidad inicial.  En nuestra experiencia tanto la posición inicial como la velocidad inicial serán nulas.

Para la realización de la práctica se procederá de la siguiente forma:

1. Sobre la mesa dispones de un rail horizontal por el que se mueve un carrito unido, mediante un hilo, a una polea de la que penden unas pesas. El carrito lleva pegada, en su parte posterior, una cinta que pasa por un cronovibrador, para poder determinar los tiempos de movimiento.  El cronovibrador hace una marca (punto) en la cinta cada 0,02 s, por lo que contando el número de puntos podemos saber el tiempo invertido. 

2. Con ayuda del cronovibrador debes medir el tiempo invertido por el carrito en llegar a cada una de las posiciones que quedan registradas en la cinta.  Al principio los puntos están muy juntos y es difícil la medida, por lo que debes señalar en la cinta el primer punto bien diferenciado a partir del cual vas a medir.

3. A partir del primer punto marcado haz señales cada cinco puntos, es decir, toma intervalos de tiempo equivalentes a 0,1 segundo (5x 0,02 s) y mide la distancia recorrida en cada intervalo.  Con los datos obtenidos confecciona la siguiente tabla posición tiempo: 

4. Representa gráficamente la posición en función del tiempo.

5. Para cada intervalo de tiempo: (0,00 – 0,10), (0,10 – 0,20)…., calcula la velocidad media.  Toma esa velocidad media como velocidad instantánea en el centro del intervalo considerado, y haz la representación gráfica de dicha velocidad instantánea en función del tiempo. 

6. Analiza los resultados obtenidos.  ¿Es el movimiento estudiado rectilíneo uniformemente acelerado? Si lo es, dichas gráficas tendrán la siguiente forma:

7. ¿Con qué aceleración se mueve el carrito?  Para resolver este apartado debes de observar que la gráfica velocidad – tiempo es una línea recta.  La aceleración es precisamente la pendiente de dicha recta. 

Ondas estacionarias en una cuerda

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1.- Objetivo de la práctica.

·   Calcular la velocidad de propagación de una onda en una cuerda tensa.

·   Visualizar una onda estacionaria en una cuerda sujeta por los dos extremos.

·   Estudiar los modos normales de vibración y analizar la relación entre la longitud de la cuerda, la velocidad de propagación y la frecuencia de la onda.

 2.  Material.

    Cronovibrador, fuente de alimentación, cuerda fina, polea, pinza de sujeción de la polea. Portapesas, pesas, cinta métrica.

 3. Descripción.

    En una cuerda, sujeta por sus extremos y acoplada a un cronovibrador, se producen ondas estacionarias, como consecuencia de la interferencia entre las ondas que van en un sentido y las que regresan en sentido contrario debido a la reflexión en el extremo opuesto. Se observa claramente la posición de los puntos donde se anulan las ondas y no se produce vibración (nodos) y los que se refuerzan las dos ondas y hay una amplitud doble (vientres). Se puede comprobar que la tensión de la cuerda altera las posiciones de los nodos y los vientres.

4.-  Procedimiento experimental.

    Montar el sistema de la fotografía:

1. Medir un metro de cuerda y pesarla.
2. Poner pesas en el portapesas para que la cuerda esté tensa, por ejemplo 30 gramos.
3. Poner en marcha el cronovibrador y acercarlo hacia la polea hasta que se observe que la cuerda vibra en el primer modo de vibración (primer armónico o armónico fundamental). Señalar la posición del cronovibrador sobre la mesa y medir la longitud de la cuerda.
4. Alejar el cronovibrador de la polea, respecto de la posición anterior, hasta que se observe el segundo modo de vibración (segundo armónico). Señalar la posición del cronovibrador sobre la mesa y medir la longitud de la cuerda.
5. Repetir el punto 3 para obtener el tercer modo de vibración (tercer armónico), y así sucesivamente el cuarto, quinto,....
6. Repetir varias veces el proceso variando las pesas del portapesas.

5.- Justificación teórica

Ø  Para una cuerda sujeta por los dos extremos, la relación entre la longitud de la cuerda (L) y la longitud de onda (λ) viene dada por:

con n = 1,2,3,...    Cada valor de n nos dará un modo de vibración. 

Despejando la longitud de onda:  

       Ø  La frecuencia de la onda es: 

donde v es la velocidad de propagación de la onda en la cuerda, que viene dada por la siguiente expresión:

 
 donde

 es la densidad lineal de masa y T la tensión de la cuerda. 

Ø  Así la frecuencia de la onda será: 

Ø  En nuestra experiencia se mantiene constante la frecuencia, f = 50 Hz, y la velocidad de propagación de la onda, v, que la hemos fijado al poner las pesas en el portapesas, ya que con ello hemos fijado la tensión, T. De esta manera:

con lo que L es directamente proporcional a n.

6.- Tabla de datos y análisis de los resultados

Ø  Valores medidos de L al realizar la experiencia:

L (n=1): ______________ m

L (n=2): ______________ m

L (n=3): ______________ m

Ø  Valores de L teóricos:

"Descomposición de Clorato de Potasio"

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Nivel educativo.

      
       Esta práctica es adecuada para Física y Química de 3º y 4º de E.S.O. y 1º de Bachillerato, ya que el contenido está dentro de los programas de esas asignaturas. En 3º y 4º de E.S.O.  es aconsejable que la práctica se realice de manera magistral y cualitativa y en 1º de Bachillerato se puede profundizar mucho más en la reacción en sí, con un análisis más detallado.

Objetivo de la práctica.

• Visualizar una reacción química y observar los cambios que se producen.
• Distinguir los reactivos y los productos de la reacción y escribir la ecuación química ajustada del proceso.
• Identificar el tipo de reacción que se produce.
• Aprender las técnicas de laboratorio necesarias para realizar el proceso, así como el material utilizado.

Material.

     Tubos de ensayo, gradilla, pinza de madera, quemador de butano, trocitos de papel, espátula y clorato de potasio.

Descripción.

     Ponemos un poco de clorato de potasio en un tubo de ensayo, encendemos el quemador de butano y ponemos a la llama el tubo de ensayo, sujeto con una pinza de madera, hasta que se funda y comience la descomposición. Después separamos el tubo de ensayo del fuego, e introducimos en él pequeños trocitos de papel que previamente hemos preparado. Se observará como los trocitos de papel se queman sin necesidad de llama, debido al oxígeno que se ha desprendido en la reacción.

 Ecuación química ajustada.
2KClO₃ (s) + Calor  →  2KCl (s)  +  3O₂ (g) ↑      

T017. Movimiento ondulatorio (II). Función de onda.

 

En este vídeo vamos a deducir la expresión matemática de la función de ondas para una onda armónica unidimensional. También analizaremos las propiedades de la función de onda y su doble periodicidad.

“Reacción del nitrato de plomo (II) y el yoduro de potasio”

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Nivel educativo.

      
     Esta práctica es adecuada para Física y Química de 3º y 4º de E.S.O. y 1º de Bachillerato, ya que el contenido está dentro de los programas de esas asignaturas. En 3º y 4º de E.S.O. es aconsejable que la práctica se realice de manera magistral y cualitativa. En 3º de E.S.O. se pretende fundamentalmente que los alumnos sepan identificar una reacción química, en 4º de E.S.O. que sepan escribir correctamente la ecuación química ajustada y en 1º de Bachillerato se puede profundizar mucho más en la reacción en sí, con un análisis más detallado.

Objetivo de la práctica.

• Visualizar una reacción química y observar los cambios que se producen.
• Distinguir los reactivos y los productos de la reacción y escribir la ecuación química ajustada del proceso.
• Identificar el tipo de reacción que se produce.
• Aprender las técnicas de laboratorio necesarias para realizar el proceso, así como el material utilizado.

Material.

     Tubos de ensayo, gradilla, vasos de precipitados, agitadores, espátulas, agua destilada, yoduro de potasio y nitrato de plomo (II).

Descripción.

     Se trata de hacer reaccionar el nitrato de plomo (II), en disolución acuosa, con el yoduro de potasio, también en disolución acuosa. Primero se preparan las disoluciones en un vaso de precipitados y después se trasvasan a unos tubos de ensayo. Al verter la disolución del tubo de ensayo que contiene el yoduro de potasio sobre el que contiene el nitrato de plomo (II), se produce la reacción, con la formación de un precipitado de color amarillo intenso de yoduro de plomo (II). Al principio el precipitado está en suspensión, pero al cabo del tiempo se acaba depositando en el fondo del tubo de ensayo.

Ecuación química ajustada.

 2KI (aq) + Pb(NO₃)₂ (aq)    →     2 KNO₃ (aq)  + PbI₂ (s) ↓ 

T016. Movimiento Ondulatorio (I). Características y tipos de ondas. Ondas armónicas.

En este vídeo vamos a desarrollar los siguientes conceptos de movimiento ondulatorio: características comunes a todas las ondas, tipos de ondas (distintas clasificaciones), velocidad de las ondas mecánicas y ondas armónicas (concepto y magnitudes que las caracterizan).

¿Qué es una onda?

En este vídeo se desarrolla el concepto de onda a través de dos ejemplos, para posteriormente definir de forma precisa qué es una onda.

P017. Problema 5 (M.A.S.). Elongación, velocidad y energía.

Este problema pertenece a los contenidos de “Movimiento Armónico Simple”. En este caso, a través de la interpretación de la gráfica velocidad–tiempo del movimiento oscilatorio de la partícula, se calculan la frecuencia angular y la amplitud del movimiento, así como la energía cinética, potencial y mecánica.