Como calcular un transformador

(1)Considerar que el voltaje máximo de un generador de corriente alterna es emax.
Se conectan en serie con el generador una resistencia, una inductancia y un condensador. La suma de los “voltajes máximos” entre los extremos de los elementos de un circuito serie RLC conectados a ese generador de corriente alterna, ¿Es en general igual a emax?

Rsta:

No, debido a que la suma es vectorial.

(2)Considerar que el voltaje máximo de un generador de corriente alterna es emax . Se conectan en serie con el generador una resistencia, una inductancia y un condensador. Las tensiones eficaces en el condensador y en la inductancia son iguales en modulo y están desfasadas en 180°. Entonces, ¿Se cumple emax = Imax R ?

Rsta:

Z=R+j(Xl-Xc) => Z=R(por gráfico) como emax=Imax Z => emax=Imax R si se cumple que emax=Imax R

(3)Un profesor de Física, que se encuentra en el laboratorio parado frente a sus alumnos, toma un imán con forma de barra con su mano derecha y lo mueve a velocidad constante (respecto de sus alumnos que s eencuentran sentados en el laboratorio). El profesor les pregunta a sus alumnos, y a ustedes, ¿se esta generando un campo eléctrico en el espacio próximo al imán? Si la respuesta es no, justificar porque no. Si la respuesta es si, ¿ese campo es conservatico? Justificar.

(4)¿Por qué un transformador funciona con corriente alterna y no con corriente continua?

Rsta

El funcionamiento del transformador se basa en el efecto de mutua inducción. Por lo tanto, la intensidad de corriente eléctrica en el primario tiene que ser función del tiempo. Si el primario se conecta a una fuente de corriente continua habría una i(t) en el primario “en el instante que se conecta” a la fuente y “en el instante en el que desconecta”, pero con esto no se puede justificar el funcionamiento del transformador.

(5)Se tiene una bobina con un núcleo de hierro laminado en forma de herradura. Un anillo se coloca en la herradura. La bobina se puede conectar a una fuente de tensión. Considerar que inicialmente la bobina esta desconectada y el anillo se encuentra apoyado sobre ella. Se conecta la bobina a la fuente y se observa que el anillo se eleva y queda flotando. ¿Cómo tiene que ser la fuente de tensión (Continua/Alterna) y de que material tiene que ser el anillo (Conductor/ Dieléctrico) (Ferromagnético/Paramagnético/Diamagnético) para que el anillo se eleve y quede flotando? ¿Por qué el anillo se eleva y queda flotando?

Rsta:

A este experimento se lo conoce como “Anillo de Thomson”. Para lograr el efecto deseado (levitación del anillo), se debe utilizar un núcleo de hierro (material ferromagnético), un anillo conductor de aluminio (material paramagnético) y una fuente de tensión de corriente alterna. La razón de este efecto es que la fuerza de Lorentz que actúa sobre el anillo proviene de la interacción del campo magnético que genera la bobina, con la corriente inducida por el mismo en el anillo. F=Fe+Fb donde F: frz de Lorentz, Fe: frz generada por E, Fb frz generada por B.

(7) Explicar que efecto (Atracción/Repulsión) preoducen los polos de un imán sobre un material diamagnético. Justifique la respuesta.

Rsta:

Primero que nada debemos tomar un modelo en el cual los átomos actúan como “espiras con corriente”. El campo magnético exterior induce un momento dipolar magnético en la espira con corriente, por esta razón la espira se alinea antiparalelamente al campo exterior, y ahora genera un campo magnético por dipolos. ¡B!=!Bext! + ¡Bdip!, en general ¡Bdip! ¡B!~!Bext!

(6)Explicar brevemente como se puede generar corriente alterna con una bobina de N vueltas, de sección rectangular (lado mayor a y lado menor b) en un campo de inducción magnética uniforme de modulo B. ¿Cuál es el valor máximo de la fem inducida en la bobina?

(8)Se dispone de una bobina de inductancia L y resistencia r desconocidas. Se tiene ademas una fuente de tensión de corriente alterna de frecuencia f conocida, un voltímetro con escalas adecuadas y una resistencia R conocida. Se conectan en seria la bobina y la resistencia R a travez de la fuente. Indicar todas las mediciones que se deben realizar y escribir todas las ecuaciones necesarias para que el circuito indicado se pueda calcular la inductancia L y la resistencia r de la bobina. Considerar que la fuente de corriente alterna y la resistencia R que se utilizan son adecuadas para realizar el experimento. Para el experimento no se cuenta ni con un amperímetro ni con un ohmetro.