VALORES EFICACES Se denomina así a los valores de una corriente o voltaje continuo los cuales producen el mismo efecto que una corriente o voltaje alterno para un mismo intervalo de tiempo.
TRANSFORMADOR Se denomina así a todo dispositivos diseñado con la finalidad de modificar el voltaje o la intensidad de corriente alterna. Un transformador por lo general está constituido por: 1.
2. Un núcleo de hierro o de un material magnético cuya función es la de concentrar el campo magnético en su interior. Dos arroyamientos los cuales se emplean uno para recibir el voltaje que se desea modificar y dos para suministrar el voltaje modificado. Al primer arroyamiento se le denomina primario y al segundo secundario.
PROBLEMAS PROPUESTOS
3. Un imán se mueve con rapidez constante hacia un electroimán, como muestra la figura. Indicar la verdad (V) o falsedad (F) de las siguientes proposiciones I) II) III) La corriente en R es de b hacia a El imán será atraído por el electroiman El sentido de la corriente es de a hacia b y el imán es repelido.
4. El flujo magnético a través de una espira en una bobina de 50 espiras, varía como muestra el gráfico adjunto. Entonces la magnitud de la f.e.m. inducida en la bobina entre 0,5 y 1 s es: 5. Un imán cae libremente y se acerca a una bobina, como muestra la figura. Para el caso en que el imán aún no atraviesa la bobina y observando la bobina desde la posición del imán, indicar la verdad (V) o falsedad (F) de las siguientes proposiciones I) II) III) Se induce una corriente en la bobina en sentido antihorario Se induce una corriente en el sentido horario No se induce corriente en la bobina.
a un campo magnético uniforme de 0,7 Wbm los extremos se conectan a una resistencia de 3?. 6. Una bobina de 100 espiras está situada perpendicularmente a un campo magnético uniforme. Si el área de las espiras son de 20 cm² y el campo magnético varía de 0 a 0,5 T en 0,1s, determinar la magnitud de la f.em. inducida a) 1V b) 2V c) 0,5V d) 10V e) 20V 7. Indicar la verdad (V) o falsedad (f) de las siguientes proposiciones I)
II) III) Desde el punto de vista de los principios físicos, se puede afirmar que un motor eléctrico es un dispositivo inverso a la de un generador eléctrico. La violación de la ley de Lenz conduce a la violación de la ley de conservación de la energía. En una central hidroeléctrica, la corriente eléctrica que se produce básicamente por la aplicación de la ley de inducción de Faraday b) FVF c) VFV a) FFF d) VVF e) VVV 8. Un equipo de rayos x requiere un voltaje de 30000V para funcionar. Se dispone de un voltaje de 200V y de un transformador de 300 espiras en el primario, entonces el número de espiras en el secundario es a) 45000 b) 10000 c) 2000 d) 30000 e) 50000 9. Un alambre recto de cobre de 2m de longitud se mueve con velocidad “V” en un plano perpendicular -2 Calcular la intensidad de la corriente para v = 3m/s 10. Con respecto a los principios del electromagnetismo I.Toda corriente eléctrica genera un campo magnético. II. Sólo las corrientes variables producen un campo magnético. III. Todo campo magnético que pasa a través de una espira, genera en ella una corriente inducida. Indicar las afirmaciones verdaderas:
a) I, II b) II, III d) I, III c) I e) II 11. El imán mostrado tiene movimiento vertical de bajada y subida el tramo “h” Cuando baja el amperímetro A de cero central, indica una deflexión hacia la derecha (horario)
I. II. III. Cuando sube el imán la deflexión será hacia la izquierda (antihorario) Si se invierte los polos del imán, al bajarlo la aguja deflexionará hacia la izquierda. Si baja con velocidad constante, no hay deflexión.
Que afirmaciones son verdaderas: 12. En la espira rectangular conductora, determinar el sentido de la corriente inducida. La espira desciende con una velocidad “V” y el cable conductor infinito está en reposo. 13. En la figura, se tiene un anillo conductor de radio “R” y a lo largo de su eje un alambre conductor infinitamente largo por el cual fluye una corriente I cuyo valor está aumentando.
¿Determinar en que sentido fluye la corriente inducida en el anillo? 14. Un conductor de longitud L y masa m puede deslizarse por un par de guías metálicas verticales conectadas a una resistencia R, como se indica en la figura. La fricción, y la resistencia del conductor y de las guías son despreciables. Hay un campo magnético uniforme y horizontal del módulo B normal al plano de la página y dirigido hacia afuera. ¿Cuál es el valor de la velocidad estacionaria final de caída bajo la acción de la gravedad? 15. Un anillo circular de alambre de 10cm de radio se coloca con su normal haciendo un ángulo de 30º con la dirección de un campo magnético uniforme de 5000 Gs. El anillo se hace bambolear de
manera que su normal gire alrededor de la dirección del campo a razón de 120 RPM, el ángulo entre la normal y la dirección del campo no se altera por este proceso. ¿Qué fuerza electromotriz aparece en el circuito? Ondas electromagnéticas Consideremos una simple antena formada por dos barras metálicas M y N conectadas, como indica la figura, a un oscilador de alta frecuencia. Como el circuito está abierto, la corriente fluirá sólo un instante, hasta que las dos barras quedan cargadas. Cada vez que se invierte la polaridad se produce un breve flujo de corriente en dirección opuesta. Este dispositivo es un dipolo oscilante con cargas opuestas en sus extremos que cambian continuamente de signo con la misma frecuencia que el oscilador al cual está conectado. Las cargas eléctricas aceleradas producen alrededor de la barra un campo magnético variable. Pero, como sabemos, un campo magnético variable produce un campo eléctrico capaz de inducir corrientes en los conductores. Fue Maxwell quien, investigando estas relaciones entre campos magnéticos y magnéticos, llegó a la conclusión de que un campo eléctrico variable, incluso en el espacio donde no hay corrientes de conducción, produce un campo magnético oscilante. De este modo, alrededor del dipolo, el campo eléctrico alterno produce un campo magnético oscilante, el cual da origen a un campo eléctrico variable, etc. La asociación de un campo magnético y un campo eléctrico, ambos oscilantes, es la condición necesaria para que se engendren ondas electromagnéticas capaces de propagarse por el espacio libre. El dipolo oscilante irradia energía en forma de ondas electromagnéticas. En todo punto, del espacio que recibe la radiación hay un campo eléctrico y otro magnético perpendiculares entre sí y en ángulo recto con la dirección de propagación.
La radiación es transversal. En el caso del dipolo oscilante, el vector del campo eléctrico radiado está siempre en el mismo plano que el eje del dipolo y la radiación se dice que está polarizada en el plano. Se verifica que en el vacío la velocidad de propagación está dada por: En una onda electromagnética plana, las magnitudes del campo eléctrico y magnético están relacionadas por: E=CB
De donde se concluye que los campos oscilan en fase, es decir cuando uno de ellos es máximo el otro también se hace máximo. ENERGÍA DE UNA ONDA ELECTROMAGNETICA En una onda electromagnética, al igual que en una onda elástica, lo que se propaga es la energía del campo electromagnético. Puede demostrarse que la energía que pasa, en la unidad de tiempo, a través de la unidad de área dispuesta perpendicularmente a la dirección de propagación, o sea, la intensidad de la onda electromagnética, es
Hz a 7.5 x 10 a 5 x 10 A continuación se muestra para comparación las analogías y diferencias que existen entre las ondas mecánicas y las electromagnéticas.
ANALOGÍAS Y DIFERENCIAS ENTRE LAS ONDAS MECÁNICAS Y LAS ELECTROMAGNÉTICAS ONDA MECÁNICAS Pueden ser longitudinales (por ejemplo ondas del sonido) y transversales (ondas en una cuerda). Se propagan con una velocidad que depende del tipo de onda y de la densidad del medio. Se propagan necesariamente en un medio material. Se caracterizan por la variación regular de una sola magnitud, que puede ser por ejemplo, la amplitud de la partículas vibrantes (ondas en una cuerda) o la densidad del medio (ondas sonoras). Transportan energía y cantidad de movimiento. Se reflejan, se refractan y presentan fenómenos de difracción o interferencia.
ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS Son siempre transversales. Se propagan siempre con la velocidad de la luz. Se propagan a través del vacío. Se caracterizan por la variación regular de dos magnitudes, el campo eléctrico y el campo magnético. Transportan energía y cantidad de movimiento. Se reflejan, se retractan y presentan fenómenos de difracción e interferencia.
EL ESPECTRO DE LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA Las ondas de las diversas regiones del espectro eletromagnético poseen propiedades semejantes, pero diferentes en longitud de onda, frecuencia y método de producción. En la figura se resumen las distintas radiaciones del espectro y los intervalos de frecuencia y longitud de onda que les corresponden. La frecuencia superior 10 21 Hz (longitud de onda 10 -13 m, corresponden a los rayos gamma más energéticos, y 4 4 Las ondas de la radio se engendran por medio de circuitos eléctricos oscilantes. Según su frecuencia, se clasifican en radiofrecuencia (RF) y microondas. Entre las primeras están las ondas ordinarias de la radio, FM, televisión (VHF y UHF) radiotelefonía, etc. Entre las microondas están las ondas de radar. Para engendrar radiaciones con frecuencia superior a la región de microondas no son útiles los métodos electrónicos, empleándose en su lugar radiaciones atómicas. En el intervalo de frecuencia comprendido entre las microondas y la radiación visible están los rayos infrarrojos o radiación térmica. La luz visible es radiación electromagnética en el intervalo de frecuencia de 4 x 10 14 14 Hz, -9 mayores está la radiación ultravioleta (8 x 10 14 a 3 x 10 17 Hz). Estas ondas son producidas artificialmente por medio de descargas eléctricas en los átomos y moléculas. El sol es una fuente poderosa de radiación ultravioleta que interacciona con los átomos de la atmósfera superior, produciendo un gran número de iones. Por esta razón se denomina ionosfera. Los rayos X se extienden en el intervalo de frecuencia 3 x 10 17 19 Hz. Se producen en las capas más internas de los átomos. Por último, los rayos gamma ocupan la zona del espectro electromagnético de mayor frecuencia y son de origen nuclear. La relación entre longitudes de onda, ? y frecuencia del espectro, f, viene dada por la ecuación ? = c/f, en donde c es la velocidad de la luz en el vacío. Así, por ejemplo, la longitud de onda de las ondas de radio 5 -1
ESPECTRO VISIBLE Estas ondas constituyen lo que llaman luz, y se producen como resultado de ciertos ajustes internos en el movimiento de los electrodos en átomos y moléculas. Según su longitud de onda o frecuencia, la luz produce en nuestra retina diferentes sensaciones, que llamamos Colores. En la TABLA 2 se indica la relación entre el color, la longitud de onda y la frecuencia de la luz. Debido a la relación entre el color y la longitud de onda o la frecuencia, una onda luminosa de longitud o frecuencia bien definida se llama MONOCROMÁTICA (MONO: uno; CROMO: color)
TABLA 2 La luz en medios homogéneos se propaga rectilíneamente, por lo tanto podemos utilizar el concepto de rayo luminoso, que nos indicará la dirección de propagación de la luz. REFLEXIÓN DE LA LUZ Es el cambio de dirección que experimenta la luz al incidir sobre un medio que no permite su propagación. TIPOS DE REFLEXIÓN 1. REFLEXIÓN REGULAR O ESPECULAR
Este tipo de reflexión se presenta en superficie pulimentadas, verificándose que los rayos de luz que inciden paralelamente se reflejarán también paralelamente. 2. REFLEXIÓN IRREGULAR O DIFUSA Se presenta en superficies rugosas, verificándose que rayos de luz que inciden paralelamente se reflejarán en direcciones arbitrarias. ESPEJO Son superficies pulimentadas, en las cuales existe reflexión regular.
ESPEJO PLANO Son superficies planas, pulimentadas donde en base a las leyes de la reflexión se obtienen imágenes que cumplen las siguientes características: a) b) c) El tamaño de la imagen (I) es siempre igual al tamaño del objeto (O) La ubicación del objeto y su imagen es siempre simétrica al espejo (s = -i) La imagen es virtual y derecha. Zona real (+) Zona virtual(-) i o ESPEJOS ESFÉRICOS Son casquetes de esfera pequeños con un abertura angular menor o igual a 5º tal que una de sus caras está pulimentada, y permite obtener imágenes reales o virtuales.
TIPOS DE ESPEJOS ESFÉRICOS 1. ESPEJO CÓNCAVO Son aquellos cuya cara pulimentada está en el interior. CARACTERÍSTICAS a)
b)
c)
d)
e) Cuando el objeto se ubica entre V y F, la imagen es virtual, derecha y de mayor tamaño que el objeto. Cuando el objeto se ubica en el foco (F) no se forma imagen ya que los rayos reflejados salen paralelos. Cuando el objeto se ubica entre F y C, la imagen es real, invertida y de mayor tamaño que el objeto ubicada más allá de C. Cuando el objeto se ubica en le centro de curvatura (C), la imagen es real, invertida y de igual tamaño que el objeto y ubicada en C. Cuando el objeto se ubica más allá de C, la imagen es real, invertida y de menor tamaño que el objeto, ubicada entre F y c. 2. ESPEJO CONVEXO Son aquellos cuya cara pulimentada está en el exterior en estos espejos las características de la imagen son únicas, siempre es virtual derecha y de menor tamaño, que el objeto, ubicada entre F y V.
ÍNDICE DE REFRACCIÓN (n) Es una cantidad adimensional que mide la densidad óptica del medio transparente, se define como la relación de la velocidad de la luz en el vacío (c) a la velocidad de la luz en dicho medio (v).
TABLA 3 REFRACCIÓN DE LA LUZ Es el cambio de dirección que experimenta la luz, al pasar de un medio transparente a otro. LEYES ANGULO LIMITE Es el ángulo de incidencia que permite un ángulo de refracción de 90º esto solamente sucede cuando el haz de luz pasa del medio más denso al menos denso. REFLEXIÓN TOTAL INTERNA
Este fenómeno se produce cuando el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo límite; en este caso la luz no puede pasar al otro medio reflejándose totalmente. LENTES Son sustancias transparentes que presentan dos caras donde una por lo menos debe ser esférica y permiten obtener imágenes aprovechando el fenómeno de la refracción. TIPOS DE LENTES 1. LENTES CONVERGENTES O POSITIVAS Cuando un grupo de rayos luminoso incide sobre estas lentes paralelamente a su eje, cada rayo se desvía hacia la parte más gruesa de la lente; al salir de esta, convergen hacia un punto “F” del eje, llamado foco principal. A la distancia del centro de la lente al foco principal se da el nombre de distancia focal de la lente (f), una lente delgada tiene dos focos principales uno a cada lado de la lente y equidistantes de ella.
2. LENTES DIVERGENTES O NEGATIVAS Toda lente que sea más gruesa por sus bordes que por el centro hará que un haz de rayos paralelos al eje salgan divergentes de la lente. El punto F del cual divergen los rayos al salir de la lente, es el foco principal, como la luz no pasa en realidad por ese foco, se dice que es un foco virtual.
ELEMENTOS DE UNA LENTE ECUACIÓN DE LOS FOCOS CONJUGADOS
Los radios se colocan con su signo de acuerdo a las zonas.
POTENCIA DE UNA LENTE Esta magnitud es una medida del poder de convergencia o divergencia de una lente, por ejemplo para una lente convergente, si su distancia focal (f) es pequeña los rayos luminosos rápidamente se acercan a juntarse en el foco por lo tanto la potencia de la lente es grande, de donde: DISTANCIA FOCAL EQUIVALENTE DE UN CONJUNTO DE LENTES DELGADAS
NOTAS 1.
2. Las imágenes virtuales se forman en la intersección de las prolongaciones de los rayos luminosos, estas imágenes se pueden ver a simple vista. Las imágenes reales se forman en la intersección de los rayos reflejados o refractados según sea el caso en un espejo o lente respectivamente, estas imágenes no se ven a simple vista, se necesita una pantalla donde proyectarlas.
Dedicatoria A mis padres simbolo de trabajo bondad y generosidad cuyo ejemplo y el amor a dios nos inculco desde niños asi como el respeto a todo ser viviente criatura de la familia de dios
Agradecimientos Agradezco a la universidad nacional de ingenieria cuyas enseñanzas consolidaron mi conocimiento La escuela de eduardo de habich Fue fundamental para mi desarrollo Personal
Autor: Walter Efrain Carhuancho Lucen
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