domingo, 25 de noviembre de 2012

Capitulo 30 Fuerza y momentos de torsión en un campo eléctrico




Hemos visto que un campo eléctrico puede producir un campo magnético. En este capítulo estudiaremos
que el proceso inverso también es cierto: un campo magnético puede generar un campo
eléctrico. Una corriente eléctrica se genera mediante un conductor que tiene un movimiento
relativo respecto a un campo magnético. Una bobina giratoria en un campo magnético induce
una fem alterna, la cual origina una corriente alterna ea), A este proceso se le llama inducción
electromagnética y es el principio de operación en el cual se basan muchos dispositivos eléctricos.
Por ejemplo, los transformadores y generadores eléctricos de ea aprovechan la inducción
electromagnética para producir y distribuir energía eléctrica en forma económica.

Objetivos
Cuando termine de estudiar este capítulo el alumno:
1. Determinará la dirección de la fuerza magnética sobre un conductor por el que circula una corriente en un campo B conocido.
2. Escribirá y aplicará ecuaciones para calcular el momento de torsión magnético de una bobina o de un solenoide cuyas áreas, número de espiras y corrientes se conocen, al ser colocados en un campo magnético de densidad de flujo que también se conoce.
3. Explicará con esquemas la función de cada parte de un galvanómetro de laboratorio y describirá cómo puede convertirse en un amperímetro y en un voltímetro.
4. Calculará la resistencia multiplicadora necesaria para incrementar los límites de un voltímetro de corriente directa (cd) que contiene un galvanómetro de sensibilidad constante.
5. Calculará la resistencia en derivación necesaria para incrementar la amplitud de un galvanómetro o de un amperímetro de sensibilidad constante.
6. Explicará el funcionamiento de un motor de corriente directa (cd) simple y analizará la función de cada una de sus partes prestando atención especial al conmutador de anillo partido.

Fuerza y momentos de torsión en un campo magnético
Hemos visto que al colocarlo en un campo magnético, un conductor por el que circula corriente experimenta una fuerza perpendicular tanto a la corriente (l) como a la inducción magnética (B). Una bobina suspendida en un campo magnético experimenta sobre sus costados un momento de torsión debido a fuerzas magnéticas equivalentes y de sentidos opuestos. En este capítulo estudiaremos el galvanómetro, el voltímetro, el amperímetro y el motor de corriente directa como aplicaciones de las fuerzas electromagnéticas.
Fuerza y momento de torsión en una espira
Un conductor por el que circula corriente suspendido en un campo magnético (véase la figura 30.1) experimentará una fuerza magnética dada por













Figura 30.1 La fuerza ejercida sobre un conductor por el que circula corriente tiene una dirección perpendicular al campo magnético, la cual está dada por la regla del tornillo de rosca derecha .

Ahora examinemos las fuerzas que actúan sobre una espira rectangular por la que fluye una corriente y que se encuentra suspendida en un campo magnético, como se muestra en la figura 30.2. La longitud de los lados son a y b, y la corriente l circula por la espira como ahí se indica. (No se muestra la fuente de fem ni los conductores por donde llega la corriente para simplificar.) Los lados mn y op de la espira tienen una longitud a perpendicular a la inducción magnética B. Por tanto, sobre los lados actúan fuerzas de igual magnitud y de sentido opuesto.
La fuerza se dirige hacia arriba para el segmento mn y hacia abajo para el segmento op.



Figura 30.2 Fuerzas magnéticas sobre una espira por la que circula corriente.









Figura 30.3. Calculo del momento de torsión sobre una espira por la que fluye corriente.

Con un razonamiento similar se demuestra que en los otros dos lados también actúan fuerzas iguales y opuestas, las cuales tienen una magnitud de



Donde  IX es el ángulo que los lados np y mo forman con el campo magnético.
Es evidente que la espira se encuentra en equilibrio de traslación, puesto que la fuerza resultante sobre ella tiene un valor de cero. Sin embargo, las fuerzas no concurrentes sobre los lados de longitud a producen un momento de torsión que tiende a hacer girar la bobina en el sentido de las manecillas del reloj. Como se observa en la figura 30.3, cada fuerza produce un momento de torsión igual a

                                                                                                                             

En virtud de que el momento de torsión es igual al doble de este valor, el momento de torsión resultante puede determinarse a partir de




                                                                                                                               (30.3)
Puesto que a  X b es el área A de la espira, la ecuación (30.3) puede escribirse como



                                                                                                                                              (30.4)
Observe que el momento de torsión es máximo cuando IX = 0°, esto es, cuando el plano de la espira es paralelo al campo magnético. Cuando la bobina gira alrededor de su eje, el ángulo IX crece, con lo que se reduce el efecto rotacional de las fuerzas magnéticas. Cuando el plano de la espira es perpendicular al campo, el ángulo IX = 90° Yel momento de torsión resultante es cero. La cantidad de movimiento de la bobina hará que ésta rebase ligeramente este punto; sin embargo, la dirección de las fuerzas magnéticas asegurará su oscilación hasta que alcance el equilibrio con el plano de la espira perpendicular al campo. Si la espira se reemplaza con una bobina devanada en forma muy compacta, con N espiras de alambre, la ecuación general para calcular el momento de torsión resultante es

                                                                                                                                              (30.5)
Esta ecuación se aplica a cualquier circuito completo de área  A y su uso no se restringe a espiras rectangulares. Cualquier espira plana obedece la misma relación.

EJEMPLO 30.1
Una bobina rectangular formada por 100 espiras de alambre tiene un ancho de 16cm y una longitud de 20 cm. La bobina está montada en un campo magnético uniforme de densidad de flujo de 8 mT, y una corriente de 20A circula por el devanado. Cuando la bobina forma un ángulo de 30° con el campo magnético, ¿cuál es el momento de torsión que tiende a hacer girar la bobina?
Solucion: sustituyendo  en la ecuacion (30.5) se obtiene



30.2 Momento de torsion magnetico sobre un selonoide.
La relación expresada por la ecuación (30.5) se aplica para calcular el momento de torsión sobre un solenoide de área A que tiene N vueltas de alambre. Sin embargo, al aplicar esta relación debemos recordar que el ángulo a es el que cada espira de alambre forma con el campo. Es el complemento del ángulo () entre el eje del solenoide y el campo magnético (véase la figura 30.4). Por tanto, otra ecuación para calcular el momento de torsión de un solenoide sería:

Compruebe que sen 0 es igual a cos a observando la figura.
La acción del solenoide en la figura 30.4 también se puede explicar en términos de polos magnéticos. Aplicando la regla del pulgar de la mano derecha a cada espira de alambre se demuestra que el solenoide actuará como electroimán, con polos norte y sur como se indios en la figura.




Figura 30.4 Momento de torsión magnético sobre un solenoide. El ángulo a es el que forma cada espira de alambre con el campo B. El ángulo ¨e¨ es el que se halla entre el eje del solenoide y ese mismo campo. Recuerde que 0  + a + 90°.

30.3  El galvanometro
Cualquier dispositivo usado para medir una corriente eléctrica se llama galvanómetro. Funciona a partir del principio según el cual el momento de torsión magnética es proporcional a la corriente. Las partes esenciales se muestran en la figura 30.5a. Una bobina de alambre, arrollada en tomo de un núcleo de hierro dulce, se apoya sobre cojinetes hechos de alguna piedra preciosa, y se coloca entre los polos de un imán permanente. Su movimiento rotacional está restringido por un par de resortes en espiral, que sirven también como conductores de la corriente a la bobina. De acuerdo con la dirección de la corriente que se va a medir, la bobina y la aguja indicadora girarán en dirección en favor o en contra del avance de las manecillas del reloj. Los imanes permanentes se modelan para suministrar un campo radial uniforme de modo que el momento de torsión sea directamente proporcional a la corriente que hay en la bobina. La sensibilidad de un galvanómetro queda determinada por el momento de torsión del resorte, la fricción de los cojinetes y la intensidad del campo magnético. Una sensibilidad común puede ser de escalas de división de 50 }.LA. En general, la posición cero de la escala se ubica en el centro, como se observa en la figura 30.5b. En ciertas aplicaciones, el galvanómetro puede utilizarse como un voltímetro de cd y como un amperímetro de cd, y es magnífico para estudiar circuitos de laboratorio que contribuyen a reforzar nuestros conocimientos de las relaciones que hay entre la corriente, el voltaje y la resistencia. En las secciones 30.4 y 30.5 se ofrece una explicación pormenorizada de esas aplicaciones, junto con una exposición de cómo es posible cambiar los límites de ese instrumento.









Figura 30.5 El galvanómetro de laboratorio. La posición de equilibrio (para una corriente igual a cero) es tal que la aguja indicadora se ubica en el centro, de modo que la desviación puede ocurrir hacia cualquier lado.
Sin embargo, cabe señalar que los aparatos digitales son más precisos y menos complicados que los antiguos dispositivos analógicos. Son varias las ventajas que brindan estos instrumentos. Los medidores digitales incluyen una batería para encender las pantallas, así que extraen una corriente despreciable del circuito en comparación con los basados en galvanómetros. Cuando se emplean para medir el voltaje, los aparatos digitales pueden ofrecer una resistencia enorme, en general del orden de 10 Mil, lo que implica que el circuito no se alterará de manera significativa. Por añadidura, se elimina el problema que surge cuando un galvanómetro se sujeta mal. El dispositivo digital se limita a indicar un valor negativo para una polaridad y otro positivo para la otra.

30.4 El voltimetro de cd
Un voltímetro es un instrumento que se usa para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito. En esta sección indicaremos cómo puede usarse un galvanómetro analógico para el mismo propósito. La diferencia de potencial a través del galvanómetro es muy pequeña, incluso cuando se produce una desviación grande en el instrumento. Por tanto, si se usa un 'galvanómetro para medir voltajes, éste debe convertirse en un instrumento de alta resistencia. Suponga que se desea medir la caída de voltaje a través de la batería de la figura 30.6. Este voltaje debe medirse sin perturbar en forma apreciable la corriente que fluye por el circuito. Dicho de otro modo, el voltímetro debe tomar una corriente insignificante. Para lograrlo, se coloca una resistencia multiplicadora Rm en serie con el galvanómetro como una parte integral del voltímetro de cd.
Observe que el galvanómetro que se utiliza en el voltímetro se ajusta de modo que su posición de equilibrio se encuentre en el extremo izquierdo de la escala. Esto permite tener un mayor límite en la escala, pero lamentablemente requiere que la corriente pase a través de la bobina en una sola dirección. La sensibilidad del galvanómetro se determina por la corriente Ig necesaria para una desviación de toda la escala (desviación máxima de la aguja), como g aparece en la figura 30.6.
Suponga que la bobina del galvanómetro tiene una resistencia Rg y que la escala se diseña para acabar la desviación de la escala completa debida a la corriente Ig. Un  galvanómetro así, actuando solo, puede calibrarse para registrar voltajes desde cero hasta un valor máximo expresado por:


Si se elige la resistencia multiplicadora Rm apropiada, es posible calibrar la escala para leer cualquier voltaje deseado. Suponga que se desea una desviación de toda la escala del voltímetro para el voltaje VB como se indica en la figura 30.6. La resistencia multiplicadora Rm debe elegirse de modo que sólo una pequeña corriente, Ig, pase por el galvanómetro. En estas condiciones,

Al resolver  para Rm  se obtiene 

Por tanto, se observa que la resistencia multiplicadora Rm es igual a la resistencia total del aparato, VB/I g menos la resistencia del galvanómetro, Rg .
Ejemplo  30.2
Un galvanómetro tiene una resistencia interna de 30 ny se desvía toda la escala con una corriente de 1 rnA. Calcule la resistencia multiplicadora necesaria para convertir este galvanómetro en un voltímetro cuyo límite máximo es de 50 V.
Plan: La resistencia multiplicadora Rm debe ser tal que la caída total del voltaje a través
de Rg  y de Rm sea igual a 50 V.
Solución: A partir de la ecuación (30.8) se obtiene

Observe que la resistencia total del voltímetro (R + R ) es de 50 K _( )_
Un voltímetro se debe conectar en paralelo con la parte del circuito cuya diferencia de potencial se va a medir. Esto es necesario para que la gran resistencia del voltímetro no altere en forma significativa al circuito.

30.5 El amperimetro de cd
Un amperímetro es un dispositivo que, a través de escalas calibradas, da indicaciones de la corriente eléctrica sin alterada de forma ostensible. Un galvanómetro es un amperímetro, pero sus límites son limitados debido a la gran sensibilidad de la bobina móvil. Los límites del galvanómetro puede ampliarse fácilmente, pues basta añadir una resistencia pequeña, llamada derivación, en paralelo con la bobina del galvanómetro (véase la figura 30.7). Al colocar la derivación en paralelo se asegura que el amperímetro considerado en conjunto tenga una resistencia baja, lo cual es necesario para que la corriente no se altere de modo considerable. De este modo, la mayor parte de la corriente Ig  pasará por la derivación. Solamente se requiere tomar una pequeña corriente 1 del circuito para desviar la aguja del galvanómetro. Por ejemplo, si pasan 10 A por un amperímetro, entonces pasarán 9.99 A por la derivación y sólo 0.01 A por la bobina.
Suponga que los límites de la escala de un galvanómetro permiten medir una corriente máxima I en el circuito mostrado en la figura 30.8. Debe elegirse una resistencia en derivación Rs de modo que sólo la corriente Ig ,necesaria para la desviación de toda la escala, pase por la derivación.  Puesto que Rg y Rg , están en paralelo, la caída de IR a través de la resistencia debe ser idéntica:


La corriente a través de la derivación Ig es la diferencia entre la corriente  I del circuito y la corriente Ig  del galvanómetro. Entonces, la ecuación (30.9) se vuelve:



Si se despeja para la resistencia en derivación Rs se obtiene la siguiente relación útil:

Ejemplo 30.3
Un galvanómetro tiene una resistencia interna en la bobina de 46 _( )_, y se requiere una corrientee 200 mA para que la aguja se desvíe toda la escala. ¿Qué resistencia en derivación debe usarse para convertir el galvanómetro en un amperímetro cuyo intervalo máximo sea de lO A?
Solución: La ecuación (30.10) nos da:

Es importante recordar que un amperímetro debe estar conectado en serie con la parte del circuito a través del cual se desea medir la corriente. El circuito debe abrirse en un punto conveniente para insertar allí el amperímetro. Si por equivocación se conecta el amperímetro en paralelo, se producirá un cortocircuito a través de él, puesto que su resistencia es extremadamente baja.

30.6 El motor de cd
Un motor eléctrico es un dispositivo que transforma la energía eléctrica en energía mecánica.  El motor de cd, como la bobina móvil de un galvanómetro, consta de una bobina por la que fluye corriente colocada dentro de un campo magnético. Sin embargo, el movimiento de la bobina en el motor no está restringido por resortes. El diseño permite que la bobina gire continuamente bajo la influencia de un momento de torsión magnético. Un motor sencillo de cd está formado por una sola espira, suspendida entre dos polos magnéticos, por la cual circula una corriente, como se indica en la figura 30.8. Normalmente, el momento de torsión ejercido sobre la espira por la que fluye corriente disminuye hasta llegar a cero cuando su plano llega a ser perpendicular al campo magnético. Para que sea posible la rotación continua de la espira, la corriente que circula por ella ha de invertirse automáticamente cada vez que la espira gira 180°



  Se logra invertir la corriente usando un conmutador de anillo partido, como se muestra en la figura 30.9. El conmutador consta de dos semi anillos seccionados, cada uno de los cuales está conectado a cada extremo de la espira y aislados entre sí. A medida que la espira gira, cada escobilla toca primero una mitad del anillo y luego otra. Por consiguiente, las conexiones eléctricas se invierten a la mitad de cada revolución en el momento en que la espira queda en posición perpendicular al campo magnético. De esta forma, el momento de torsión que actúa sobre la espira tiene siempre la misma dirección, y la espira girará continuamente.










Aunque en realidad los motores de cd funcionan de acuerdo con el principio descrito en la figura 30.8, hay algunos diseños que incrementan el momento de torsión aprovechable y lo hacen más uniforme. Uno de esos diseños se presenta en la figura 30.9. Es posible crear un campo magnético mayor reemplazando los imanes permanentes con electroimanes. Además, el momento de torsión puede ser mayor y más uniforme si se añaden algunas bobinas diferentes, cada una de ellas con gran número de espiras devanadas alrededor de un núcleo de hierro con hendeduras, llamado armadura. El conmutador es un interruptor automático que mantiene lascorrientes en las direcciones mostradas en la figura, independientemente de la orientación de la armadura. En el capítulo siguiente se estudiarán con más detalle los motores de cd.











Resumen y repaso
Resumen
El momento magnético de las espiras por las que circula una corriente constituye la base de tantas aplicaciones que es esencial tener conocimientos básicos firmes al respecto. El funcionamiento de los generadores, motores, amperímetros, voltímetros y muchos instrumentos industriales se ve afectado directamente por las fuerzas y los momentos de torsión magnéticos. A continuación se resumen los principales conceptos que conviene recordar.
• El momento de torsión magnético sobre una bobina de alambre que conduce corriente y tiene N vueltas de alambre está dado por

Donde:
Ø  N= es el numero de vueltas del alambre
Ø  B= densidad del flujo
Ø  I =corriente A
Ø  A = area de la bobina d alambre m2
Ø  a= angulo que forma el plano de la bobina con el campo
• La misma ecuación puede aplicarse en el caso de un solenoide, excepto en que el ángulo a se sustituye generalmente por e, que es el ángulo que forma el eje del solenoide con el campo.



• La resistencia multiplicadora Rm, que se debe conectar en serie con un voltímetro para permitir la desviación de toda la escala para VB se calcula mediante


l es la corriente del galvanómetro y  R g  es su resistencia.
• La resistencia en derivación Rs que debe conectarse en paralelo con un amperímetro para tener una desviación de toda la ecala para una corriente I es 


Conceptos claves
Amperímetro 594
Armadura 596
Conmutador de anillo dividido 595
Derivación 594
Desviación de toda la escala 593
Galvanómetro 592
Momento de torsión magnético 592
Motor de cd 595
Motor eléctrico 595
Resistencia en derivación 594
Resistencia multiplicadora 593
Sensibilidad 592
Voltímetro 593

Preguntas de repaso
30.1. Las fuerzas de igual magnitud y sentido opuesto que actúan sobre una espira con corriente en un campo magnético forman lo que se conoce como un par de fuerzas. Demuestre que el momento de torsión resultante sobre un par de fuerzas de ese tipo es el producto de una de las fuerzas por la distancia perpendicular
30.2. ¿Por qué es necesario proporcionar un campo magnético radial a la bobina del galvanómetro?
30.3. Una bobina de alambre está suspendida de un hilo, de modo que el plano de las espiras coincida con el plano de la página. Si la bobina se coloca dentro de un campo magnético cuya dirección es de izquierda a derecha y si se hace circular por la bobina una corriente en el sentido de las manecillas del reloj, describa cuál será su movimiento.
30.4. ¿En qué se asemeja el funcionamiento de un galvanómetro al de un motor? ¿En qué se diferencian?
30.5. ¿De qué forma influye el núcleo de la bobina de un galvanómetro en la sensibilidad del instrumento?
30.6. Explique en qué consiste el momento de torsión ejercido sobre un imán de barra suspendido en un campo magnético, sin referirse a los polos magnéticos. Comente, desde el punto de vista atómico, cómo el momento de torsión observado puede surgir por la misma causa que el momento de torsión en una espira por la que fluye corriente.
30.7. Suponga que se desea incrementar en N veces los límites de la escala de un amperímetro. Demuestre que la resistencia en derivación que debe colocarse entre las terminales del amperímetro se calcula mediante



Donde Ra es la resistencia del amperímetro.

30.8. Suponga que los límites de la escala de un voltímetro van a incrementarse N veces. Demuestre que la resistencia multiplicadora que habrá de conectarse en serie con el voltímetro se calcula mediante


30.9. Demuestre por medio de diagramas cómo deben conectarse un amperímetro un voltímetro en un circuito. Compare las resistencias de los aparatos.
30.10. Comente sobre el error que se produce cuando un amperímetro es insertado en un circuito eléctrico. ¿Cómo se reduce ese error?
30.11. Comente acerca del error ocasionado por la inserción de un voltímetro en un circuito. ¿Cómo se reduce este error?
30.12. Se conecta un voltímetro a una batería y se efectúa la lectura. Una caja de resistencias de precisión se incorpora entonces al circuito y se ajusta hasta que la lectura del voltímetro muestra la mitad del valor que la lectura anterior. Demuestre que la resistencia del voltímetro debe ser igual a la resistencia añadida. (Esto se conoce como el método de la desviación media para determinar la resistencia de un voltímetro.)
30.13. Explique qué sucede cuando, por error, se conecta en serie un voltímetro en un circuito. ¿Qué ocurre cuando un amperímetro se conecta erróneamente en paralelo?
30.14. Escriba un resumen breve sobre los temas siguientes:
a. galvanómetro balístico
b. óhmetro
c. dinamómetro
d. voltímetro
30.15. Trace una gráfica que muestre el momento de torsión en función del tiempo para un motor de cd de una sola espira.

Problemas
Sección 30.1 Fuerza momento de torsión sobre una espira
30.1. Una espira rectangular de alambre tiene un área de 30 cm2 y  está colocada de modo que su plano sea paralelo a un campo magnético de 0.56 T. ¿Cuál es la magnitud del momento de torsión resultante si la espira conduce una corriente de 15 A?
Resp. 0.0252 N. m

30.2. Una bobina de alambre tiene 100 vueltas, cada una con un área de 20 cm-. La bobina puede girar libremente dentro de un campo de 4.0 T. ¿Cuánta corriente se requiere para producir un momento de torsión máximo de 2.30 N . m?
30.3. Una espira rectangular de alambre de 6 cm de ancho 10 cm de largo se coloca de modo que su plano sea paralelo a un campo magnético de 0.08 T. ¿ Cuál es la magnitud del momento de torsión resultante sobre la espira si ésta conduce una corriente de 14.0 A?
Resp. 6.72 x10- 3 N . m
30.4. Una espira rectangular de alambre tiene un área de 0.30 m2. El plano de la espira forma un ángulo de 30° con un campo magnético de 0.75 T. ¿Cuál es el momento de torsión sobre la espira si la corriente es de7.0A?
30.5. Calcule la densidad de flujo magnético necesaria para impartir un momento de torsión de 0.5 N . m a una bobina de 100 vueltas cuando su plano es paralelo al campo. El área de cada vuelta es de 84 cm- y la corriente de 9.0 A.
 Resp. 66.1 mT
30.6. ¿Cuánta corriente se necesita para producir un momento de torsión máximo de 0.8 N . m en un solenoide que tiene 800 vueltas de 0.4 m2 de área? La densidad de flujo es de 3.0 mT. ¿Cuál es la posición del solenoide dentro del campo?
30.7. El eje de un solenoide que tiene 750 vueltas de alambre forma un ángulo de 34° con un campo de 5 mT. ¿Cuál es la corriente si el momento de torsión es de 4.0 N· m en ese ángulo? El área de cada vuelta de alambre es de 0.25 m2
Resp. 7.63 A
Sección 30.3 El galvanómetro, Sección 30.4 El voltímetro de cd y Sección 30.5 El amperímetro
30.8. La bobina de un galvanómetro de 50 mm X 120 mm está montada dentro de un campo magnético radial constante de 0.2 T. Si la bobina tiene 600 vueltas, ¿cuánta corriente se necesita para desarrollar un momento de torsión de 3.6 X 10- 5 N m?
30.9. Un galvanómetro tiene una sensibilidad de 20 ¡.por cada división de la escala. ¿Cuánta corriente se requiere para producir una desviación de toda la escala del instrumento, con 25 divisiones a cada lado de la posición de equilibrio?
 Resp. 500
 30.10. Un galvanómetro tiene una sensibilidad de 15 ¡.por cada división de la escala. ¿Cuántas divisiones de la escala quedarán cubiertas por la desviación de la aguja cuando la corriente sea de 60 ¡.LA?
30.11. Un voltímetro requiere 0.02 mA para tener una desviación de toda la escala a 50 V. (a) ¿Cuál es la resistencia del voltímetro? (b) ¿ Cuál es la resistencia por volt?
 Resp. 2.50 Mfl, 50 kfllV
*30.12. En el caso del voltímetro del problema 30.11, ¿qué resistencia multiplicadora debe usarse para convertir ese aparato en un instrumento capaz de leer una escala completa de 150 V?
*30.13. La bobina de un galvanómetro se quema si circula por ella una corriente mayor de 40 mA. Si la resistencia de la bobina es 0.5 n, ¿qué resistencia en derivación será necesario agregar para permitir la medición de 4.00 A?
Resp. 5.05 mn
*30.14. Una corriente de sólo 90 producirá una desviación de toda la escala en un voltímetro diseñado para una lectura de 50 mV en toda su escala. (a) ¿Cuáles la resistencia del aparato? (b) ¿Qué resistencia multiplicadora se requiere para permitir la medición de 100 mV en toda la escala?
*30.15. Un amperímetro que tiene una resistencia de 0.10 n se conecta a un circuito e indica una corriente de 1OA en toda la escala. Entonces se conecta una derivación que tiene una resistencia de 0.01 na través de las terminales del instrumento. ¿Cuánta corriente deberá conducir el nuevo circuito para producir una desviación de toda la escala en el amperímetro?

Preguntas de reflexión  critica
30.29. Considere la espira rectangular de 60 vueltas de alambre de 4 por 6 cm de la figura 30.10. El plano de la espira forma un ángulo de 40° con un campo magnético B de 1.6 T cuya dirección coincide con el eje x. La espira puede girar libremente sobre el eje y la corriente que circula por la bobina en el sentido de las manecillas del reloj es de 6.0 A. ¿Cuál es el momento de torsión y girará la espira hacia el eje x o hacia el eje z?
Resp. 1.06 N m, hacia el eje z











*30.30. Un voltímetro con una escala máxima de 150 V Y resistencia total de 15000 O está conectado en serie con otro voltímetro de escala máxima 100 V Y resistencia total de 20 000 O. ¿Qué lectura mostrará cada uno de esos instrumentos cuando se conecten a través de una batería de 120 V Y resistencia interna insignificante?
*30.31. El momento magnético es una cantidad vectorial que, en el caso de una bobina de N vueltas de área A, tiene una magnitud dada N/A, donde I es la corriente que pasa por la bobina. La dirección del momento magnético es perpendicular al plano de la bobina en la dirección determinada mediante la regla de la mano derecha (véase la figura 29.20). Si esa bobina se introduce en un campo B uniforme, demuestre que el momento de torsión tiene una magnitud dada por:



Esto se escribe a veces como un producto vectorial (cruz) 'T= ¡.t X B.
*30.32. Compruebe la respuesta obtenida para el problema30.19, aplicando la fórmula deducida en la pregunta anterior. No confunda el ángulo () con el ángulo a que el plano de la espira forma el campo B.
*30.33. El cableado interno de un voltimetro de tres escalas se ilustra en la figura 30.11. El galvanómetro tiene una resistencia interna de 40 O y una corriente de 1.00 rnA produce una desviación de toda la escala. Encuentre las resistencias R¡, Rz R3 que permitan usar el voltímetro para 10, 50 Y 100 V.
Resp. 9960 O, 49 960 O, 99 960 O























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