trabajo experimental

1. Parcial final de Física Experimental II
Bobinas en circuito de corriente alterna y corriente continua
Objetivos:
 Medir la corriente que circula por el circuito cuando se aplica una tensión
continua, y la bobina está con y sin núcleo de hierro y acoplador.
 Medir la corriente que circula por el circuito cuando se aplica una tensión alterna
y la bobina esta con y sin núcleo de hierro y acoplador.
 Observar el comportamiento de la corriente mediante la utilización de software
multilab.
Materiales:
 Panel de conexiones
 Bobinas de 1000 y 2000 espiras
 Núcleo U con acoplador
 Amperímetro
 Voltímetro
 Fuente
 Cables de conexión
 Sensor
 Clavija de puente
 Software multilab
Fundamento Teórico:
Un inductor, bobina o reactor es un componente pasivo de un circuito eléctrico que,
debido al fenómeno de la autoinducción, almacena energía en forma de campo magnético.
Energía almacenada
La bobina almacena energía eléctrica en forma de campo magnético cuando aumenta la
intensidad de corriente, devolviéndola cuando ésta disminuye.
Matemáticamente se puede demostrar que la energía , almacenada por una bobina
con inductancia , que es recorrida por una corriente de intensidad , viene dada por:

2. Tipos de bobinas
 FIJAS
Con núcleo de aire
El conductor se arrolla sobre un soporte hueco y posteriormente se retira este quedando
con un aspecto parecido al de un muelle. Se utiliza en frecuencias elevadas. Una variante
de la bobina anterior se denomina solenoide y difiere en el aislamiento de las espiras y la
presencia de un soporte que no necesariamente tiene que ser cilíndrico. Se utiliza cuando
se precisan muchas espiras. Estas bobinas pueden tener tomas intermedias, en este caso
se pueden considerar como 2 o más bobinas arrolladas sobre un mismo soporte y
conectadas en serie. Igualmente se utilizan para frecuencias elevadas.
Con núcleo sólido
Poseen valores de inductancia más altos que los anteriores debido a su nivel elevado de
permeabilidad magnética. El núcleo suele ser de un material ferro magnético. Los más
usados son la ferrita y el ferroxcube. Cuando se manejan potencias considerables y las
frecuencias que se desean eliminar son bajas se utilizan núcleos parecidos a los de
los transformadores (en fuentes de alimentación sobre todo). Así nos encontraremos con
las configuraciones propias de estos últimos. Las secciones de los núcleos pueden tener
forma de EI, M, UI y L.
Bobina de
ferrita
Bobina de ferrita de
nido de abeja
Bobinas de ferrita
para SMD
Bobinas con núcleo
toroidal
Las bobinas de nido de abeja se utilizan en los circuitos sintonizadores de aparatos
de radio en las gamas de onda media y larga. Gracias a la forma del bobinado se consiguen
altos valores inductivos en un volumen mínimo. Las bobinas de núcleo toroide se
caracterizan por que el flujo generado no se dispersa hacia el exterior ya que por su forma
se crea un flujo magnético cerrado, dotándolas de un gran rendimiento y precisión. Las
bobinas de ferrita arrolladas sobre núcleo de ferrita, normalmente cilíndricos, con
aplicaciones en radio es muy interesante desde el punto de vista práctico ya que, permite
emplear el conjunto como antena colocándola directamente en el receptor.
Las bobinas grabadas sobre el cobre, en un circuito impreso tienen la ventaja de su
mínimo coste pero son difícilmente ajustables mediante núcleo.
 VARIABLES
También se fabrican bobinas ajustables. Normalmente la variación de inductancia se
produce por desplazamiento del núcleo. Las bobinas blindadas pueden ser variables o
fijas, consisten encerrar la bobina dentro de una cubierta metálica cilíndrica o cuadrada,
cuya misión es limitar el flujo electromagnético creado por la propia bobina y que puede
afectar negativamente a los componentes cercanos a la misma.

3. La bobina / inductor y la corriente continua (C.C.)
La bobina o inductor es formado de un alambre conductor con el cual se han hecho
espiras, en su forma más sencilla, de un resorte.
Si se aplica corriente continua (corriente que no varía con el tiempo) a un inductor, éste
se comporta como un corto circuito y dejará pasar la corriente a través de ella sin ninguna
oposición.
Pero en la bobina si existe oposición al paso de la corriente, y esto sucede sólo en el
momento en que se hace la conexión a la fuente de voltaje y dura por un tiempo muy
pequeño (estado transitorio).
Lo que sucede es que en ese pequeño espacio de tiempo corriente está variando desde 0V
hasta su valor final de corriente continua (la corriente varía con el tiempo por un espacio
de tiempo muy pequeño)
La bobina / inductor y la corriente alterna (C.A.)
La bobina como la resistencia se opone al flujo de la corriente, pero a diferencia de ésta,
el valor de esta oposición se llama reactancia inductiva y se representa por: XL y se puede
calcular con: la Ley de Ohm:
XL = V / I
Angulo de fase de la bobina en corriente alterna
En la bobina el voltaje adelanta a la corriente en 90°.
Las señales alternas como la corriente alterna (nuestro caso) tiene la característica de ser
periódica, esto significa que esta se repite a espacios fijos de tiempo.

4. Existen bobinas de diversos tipos según su núcleo y según tipo de arrollamiento. Su
aplicación principal es como filtro en un circuito electrónico, denominándose
comúnmente, choques.
Características de las bobinas
 Permeabilidad magnética (m).- Es una característica que tiene gran influencia
sobre el núcleo de las bobinas respecto del valor de la inductancia de las mismas.
Los materiales ferro magnéticos son muy sensibles a los campos magnéticos y
producen unos valores altos de inductancia, sin embargo otros materiales
presentan menos sensibilidad a los campos magnéticos. El factor que determina
la mayor o menor sensibilidad a esos campos magnéticos se llama permeabilidad
magnética. Cuando este factor es grande el valor de la inductancia también lo es.
 El factor de calidad (Q) de una bobina / inductor
El caso de la reactancia inductiva (XL) calculada anteriormente toma en cuenta que
el inductor o bobina es ideal. En la realidad un inductor
tiene asociado una resistencia rL debido al material de qué está hecha y también (si tiene
un núcleo que no es de aire) una resistencia debido a este núcleo. Esta resistencia (rL) se
pone en serie con inductor.
La relación que existe entre la reactancia XL y la resistencia rL es llamada "Factor de
calidad". Q = XL / rL, donde rL es la resistencia en serie. Tanto Xl como rL dependen de
la frecuencia por lo que Q depende de la frecuencia. A menor rL mayor factor de calidad.
Se debe tener en cuenta que el factor de calidad se utiliza para el caso de corriente alterna.
Asociaciones comúnes
Asociación en serie general.
Asociación en paralelo general.
Al igual que las resistencias, las bobinas pueden asociarse en serie, paralelo, o de forma
mixta. En estos casos, y siempre que no exista acoplamiento magnético, la inductancia
equivalente para la asociación en serie vendrá dada por:

5. Para la asociación en paralelo tenemos:
Para la asociación mixta se procederá de forma análoga que con las resistencias.
Si se requiere una mayor comprensión del comportamiento reactivo de un inductor, es
conveniente entonces analizar detalladamente la "Ley de Lenz" y comprobar de esta
forma cómo se origina una reactancia de tipo inductiva, la cual nace debido a una
oposición que le presenta el inductor o bobina a la variación de flujo magnético.
Procedimiento:
 Conectar el circuito
 Realizar las medidas de tensión y corriente cuando a la bobina se le aplique una
tensión continua.( sin núcleo de hierro, con núcleo de hierro y con núcleo de
hierro y acoplador)
 Realizar las medidas de tensión y corriente cuando a la bobina se le aplique una
tensión continua.
 Conectar el sensor multilab en el lugar del voltímetro y realizar la toma de
muestras.
Circuito:

6. Circuito armado para C.C (bobina)
Circuito armado para C.A (con núcleo U)

7. Circuito Armado C.A (con núcleo U + acoplador)
Tablas de datos: bobina de 1000 espiras (cc-ca)
Corriente Continua
Escala fuente (V) volt. (V) I (A)
500 3 3,2 2,00E-02
500 6 5,9 3,50E-01
500 9 8,8 6,00E-01
5 12 11,5 8,00E-01
Fuente
(V) volt. (V) I (A)
500 3 3,4 9,90E-02
500 6 6,3 1,65E-01
500 9 9,2 2,30E-01
5 12 12,1 2,95E-01

8. Fuente
(V) volt. (V) I (A)
500 3 3,5 5,50E-03
500 6 6 7,50E-03
500 9 9,3 9,50E-03
5 12 12,3 1,15E-02
Corriente Alterna
C/A 20 V
Escala fuente (V) volt. (V) I (A)
500 3 3,76 4,20E-02
6 6,59 9,50E-02
9 9,52 1,40E-01
12 12,32 1,75E+00
Fuente
(V) volt. (V) I (A)
3 3,84 1,95E-02
6 6,61 3,30E-01
9 9,6 4,60E-02
12 12,47 6,00E-02
Fuente
(V) volt. (V) I (A)
3 3,83 1,20E-02
6 6,77 2,00E-02
9 9,69 2,70E-02
12 12,56 3,30E-02

9. Gráficas:
y = -17.081x2 + 31.32x - 2.7182
R² = 0.9984
0
2
4
6
8
10
12
14
0.00E+00 2.00E-01 4.00E-01 6.00E-01 8.00E-01 1.00E+00 1.20E+00
voltaje
intensidad
Bobina 1000 espiras C/C
B

10. Tablas de datos: bobina de 2000 espiras (cc-ca)
Corriente Continua Corriente Alterna
y = 44.41x - 1.0098
R² = 1
0
2
4
6
8
10
12
14
0.00E+00 2.00E-01 4.00E-01 6.00E-01 8.00E-01 1.00E+00
voltaje
intensidad
Bobina de 1000 espiras C/A
B
B+N
fuente (V) volt. (V) I (A) fuente (V) volt. (V) I (A) escala
bobina 3 2,35 7,00E-02 500 3 3,76 4,20E-02 50
6 5,62 1,30E-01 6 6,59 9,50E-02 500
9 8,4 1,70E-01 9 9,52 1,40E-01 500
12 11,62 2,20E-01 12 12,32 1,75E+00 500
C/nucleo U Fuente (V) volt. (V) I (A) Fuente (V) volt. (V) I (A)
3 2,9 8,00E-02 3 3,84 1,95E-02 50
6 5,74 1,30E-01 6 6,61 3,30E-01 50
9 8,6 1,80E-01 9 9,6 4,60E-02 50
12 11,58 2,20E-01 12 12,47 6,00E-02 500
c/nucleo + acop.Fuente (V) volt. (V) I (A) Fuente (V) volt. (V) I (A)
3 2,81 8,00E-02 3 3,83 1,20E-02 50
6 5,72 1,30E-01 6 6,77 2,00E-02 50
9 8,61 1,80E-01 9 9,69 2,70E-02 50
12 11,68 2,20E-01 12 12,56 3,30E-02 50

11. Gráficas:
y = 62.193x - 2.1759
R² = 0.9973
0
2
4
6
8
10
12
14
0.00E+00 5.00E-02 1.00E-01 1.50E-01 2.00E-01 2.50E-01
V=f(I) corrientecontinua
y = 414.31x - 1.3166
R² = 0.9966
0
2
4
6
8
10
12
14
0.00E+00 5.00E-01 1.00E+00 1.50E+00 2.00E+00
V=f(I) corrienteAlterna

12. Sensor multilab
Bobina de 2000 espiras
C.C Bobina C.A Bobina
escala Fuente (V) I (A) Fuente (V) I (A) escala
500 6 1,20E-01 6 1,00E-01 500
500 12 2,00E-01 12 1,80E-01 500
Bobina + Nucleo Bobina + Nucleo
Fuente (V) I (A) Fuente (V) I (A)
500 6 1,30E-01 6 2,90E-02 50
500 12 2,15E-01 12 6,00E-02 500
Bobina + Nucleo+
acop.
Bobina + Nucleo+
acop.
Fuente (V) I (A) Fuente (V) I (A)
500 6 1,30E-01 6 2,00E-02 50
500 12 2,15E-01 12 3,40E-02 50
Gráficas:
VOLTAJE 6 C.C BOBINA 2000 ESPIRAS

13. VOLTAJE 6 C.C BOBINA + NUCLEO
VOLTAJE 6 C.C BOBINA + NUCLEO + ACOPLADOR

14. VOLTAJE 6 C.A BOBINA 2000
VOLTAJE 6 C.A BOBINA +NUCLEO

15. VOLTAJE 6 C.A BOBINA + NUCLEO + ACOPLADOR
Conclusión:
El análisis del Grafico de Bobina de 1000 espiras nos permite ver como varia el valor de
la resistencia según la intensidad.
Encontramos el valor de la resistencia resolviendo y’= - 17,08x2 + 31,32x – 2,7182
(función de segundo grado, polinómica)
Lo que nos dio un valor de -34,16x + 31,32 (función lineal de primer grado), la
resistencia es variable
Las gráficas que nos muestra el multilab nos permite observar el momento en que se
enciende la fuente, se produce un choque y el voltaje comienza a estabilizarse. En el
caso de C.C luego de estabilizarse se mantiene constante, lo que es esperado; y en el
caso de C.A podemos ver como oscila el voltaje periódicamente llegando máximos y
mínimos.