Problemes empaquetats
Les màquines electromagnètiques: generadors, transformadors i motors

Full de l'alumnat

Els problemes

1.A la figura 1 es veu l’esquema d’un transformador.

a) Identifica-hi les parts essencials.
b) Com l’he de connectar per augmentar el voltatge? I per disminuir-lo?
c) Per quin motiu uns cables són més gruixuts que els altres?
d) Explica la utilitat d’un transformador

 

d1) A la sortida d’una central elèctrica.
d2) Dins la torre d’un ordinador de sobretaula.

Fig. 2: Motor elèctric artesanal.

2.A la figura 2 es veu un motor elèctric “artesanal”.

a) Identifica-hi les parts essencials.
b) Representa sobre la figura les línies del camp magnètic produït pels imants, la direcció del corrent elèctric i la direcció de les forces elèctriques.
c) Aquest motor s’alimenta amb un corrent continu. Com s’aconsegueix que el motor giri contínuament?

Màquines electromagnètiques 2: Caracterització de la interacció magnètica i evidència a través d'imants naturals i artificials, la brúixola. Visualització de les línies de camp magnètic a partir de petites experiències. Definició del vector intensitat de camp magnètic. Realització de l'experiment d'Oersted. Realització de petits experiments amb brúixoles i distribucions de corrent, com ara una espira, una bobina o un electroimant. Observació i interpretació de les línies de camp a través d'experiments i simulacions informàtiques.

Fig. 3: Bobina elèctrica amb circulació de corrent continu.

3.S'ha fotografiat una bobina elèctrica (figura 3) per la qual circula un corrent elèctric continu. Al seu costat s'ha situat una brúixola i observem que l'extrem sud de la brúixola apunta cap a la bobina.

a) Dibuixa les línies del camp magnètic generat pel corrent elèctric que circula per la bobina i indica quin és el sentit en què gira el corrent a la bobina si la mirem des de la brúixola.

4.A FisLab... el bloc es descriu “un motor de tot cor” (http://fislab.wordpress.com). A continuació (figura 4) se'n mostra un esquema. El motor consta d’una pila de d'1,5V, tres imants de neodimi i un conductor amb forma de cor. Tingues present que els imants són conductors del corrent i que el fil conductor toca els imants amb una fricció molt petita.

a) Indica el sentit del corrent elèctric en cada un dels dos segments del conductor i les línies del camp magnètic generat pels imants.
b) Dibuixa en els punts P i Q els vectors que indiquin la direcció i el sentit del corrent elèctric, del camp magnètic i de la força magnètica.
c) Indica com girarà el motor i proposa una modificació perquè giri en sentit contrari.

5.La figura 5 representa un espectrògraf de masses. En la situació presentada els ions surten de A i es dirigeixen cap al selector de velocitats S, en el qual hi ha un camp elèctric, dirigit cap a la dreta, i un camp magnètic .

a) Dins el selector, la força elèctrica sobre els ions és d'. Volem que els ions amb travessin el selector de velocitats sense desviar-se. Determina la direcció, sentit i intensitat de la inducció magnètica en la zona del selector de velocitats i fes un diagrama de les forces que actuen sobre els ions que l'estan travessant en línia recta.
Els ions seleccionats entren després a la zona Z, on només hi ha un camp magnètic en la direcció perpendicular al pla de la figura.

b) Quin és el radi de la trajectòria dels ions dins de la zona Z? Quanta energia cinètica guanyen els ions des que surten de A fins que han travessat tota la zona Z?

Dades: Massa dels ions : (unitat de massa atòmica:; c àrrega dels ions

6.La figura 6 mostra 2 persones movent un cable elèctric com quan se salta a corda. El cable forma un circuit que es tanca pel terra i que està connectat a un voltímetre. Considera que el camp magnètic terrestre al lloc on estan fent l’experiment és horitzontal, en la direcció perpendicular al pla de la figura, i que la intensitat és.

a) Proposa valors raonables per a la freqüència del moviment de la corda i per a l’àrea definida i calcula’n la FEM màxima que indicarà el voltímetre.
b) Escriu una expressió que ens doni la FEM màxima com a funció de la freqüència , de l’àrea “escombrada” i del camp magnètic .
c) Quina posició té el cable quan la FEM instantània és màxima?

d) Què passaria si les dues persones s’alineen en la direcció N-S ?

e) Com podríem augmentar la FEM sense modificar ni la freqüència, ni l’àrea escombrada, ni el camp magnètic extern?

A partir d’una proposta de Rafael Garcia Molina: http://jornadasicmt.com/medida-del-campo-magnetico-terrestre-saltando-a-la-comba/307.

 

7.La figura 7 mostra l’interior d’una cuina d’inducció. La bobina de coure principal està alimentada amb un corrent altern de amb una . Quan situem una olla o paella amb base d’acer sobre la cuina, l'estri de cuinar s’escalfa. El rendiment de les cuines d’inducció és d’un , molt més alt que el de les cuines elèctriques de resistència.

a) Escriu una explicació de perquè s’escalfa un objecte d’acer situat sobre una cuina d’inducció. A l’explicació han d'aparèixer els termes “corrent induït”, “corrents de Foucault” i “flux magnètic”..
b) Explica perquè una cassola de fang no serveix per a cuinar en aquestes cuines.
c) Perquè el corrent ha de ser altern?

d) Calcula la eficaç i la potència d’entrada (suposa que a la bobina són ).

e) Si considerem que la bobina de coure té 26 voltes i que el recipient de cuina es comporta com una sola espira, i tenint en compte el rendiment indicat a l’enunciat, calcula la intensitat eficaç del corrent en aquesta única espira. A quin dispositiu dels estudiats correspon aquest sistema?

8.Un imant de barra gira, com es mostra a la figura 8, al costat de 4 espires quadrades de de costat. El gràfic 9 mostra el valor mitjà de de la component del camp magnètic en la zona de les espires.

a) Construeix un gràfic que mostri la FEM induïda a les espires durant els .

Fig. 9: Valor mig de la component del camp magnètic

 Autor d'aquesta pàgina: Octavi Plana, professor de Física i Química a l’IES Icària de Barcelona

Aquesta obra està subjecta a una
Llicència de Creative Commons