Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia Facultad de Ciencias Básicas Escuela de Física Laboratorio II
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MEDICIÓN DEL CAMPO CAMPO MAGNETICO EN UN SOLENOIDE 1. OBJETIVO Medir el campo magnético producido en el interior de un solenoide y compararlo con su valor calculado utilizando la ecuación del campo de un solenoide infinito.
2. TEORÍA solenoide es un alambre largo enrollado en la forma Calculo del ca!o a"#$%&co del 'ole#o&de. Un solenoide de una hélice hélice.. Con esta esta configu configurac ración ión es posibl posible e produc producir ir un campo campo magnéti magnético co razona razonable blemen mente te uniforme en el espacio rodeado por las vueltas del alambre. Cuando las vueltas están muy próximas entre si, cada una puede considerarse como una vuelta circular, y el campo magnético neto es el vector suma de los campos debido a todas todas las vueltas. Un solenoide ideal es auel cuando el espacio espacio entre las vueltas es muy peue!o y la longitud es grande en comparación con el radio. "n este caso, el campo fuera del solenoide es débil comparado con el campo dentro y el campo ah# es uniforme en un gran volumen. $a expresión para calcular la magnitud del campo magnético dentro de un solenoide ideal, con espacio vació entre las bobinas es% B
=
µ o NI b
(1)
l
donde, N % &umero de vueltas de alambre, del selenoide l % $ongitud del solenoide I b% Corriente ue circula por el solenoide + / µ o% '(x)* &- 01xm-2 03ermeabilidad del espacio libre2 $a dirección del campo dentro del solenoide esta dado por la regla de la mano derecha, seg4n la ley de 5iot 6 7avart.
*ue+,a a"#$%&ca 'o-+e la e'!&+a. Cuando una part#cula cargada aislada se mueve a través de un campo magnético, sobre ella se e8erce una fuerza magnética. &o debe sorprender entonces, ue un alambre alambre ue conduce una corriente corriente experimente experimente también una fuerza fuerza cuando cuando se pone en un campo magnético. "sto es el resultado de ue la corriente representa una colección de muchas part#culas cargadas en movimiento9 por tanto, la fuerza resultante sobre el alambre se debe a la suma de las fuerzas individuales individu ales e8ercidas sobre las part#culas cargadas. $a expresión expresión para calcular la fuerza magnética magnética uniforme
→
B
→
F
sobre un alambre recto en un campo magnético
, esta dado por la expresión% →
→
→
F = I L X B
donde
→
L
(2)
es un vector de magnitud igual a la longitud del alambre y dirección igual a la dirección de la
corriente I ue conduce el alambre. Cuando se circula corriente por la espira de la :igura ), la balanza 0espira2 se deseuilibra debido a la fuerza magnética resultando%
→
F
sobre ella . $a magnitud de esta fuerza se puede determinar con la expresión 0/2,
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2
(a) (-) *&"u+a 1. "suema% a2 del monta8e experimental y b2 perfil de la espira funcionando como balanza magnética F
=
ILB
()
;onde L corresponde al ancho de la espira rectangular, I la corriente ue circula por la espira y B el campo magnético dentro del solenoide. s#, Conociendo la fuerza F , euivalente al peso euilibrante 0W de la :igura )0b22, es posible determinar el campo B dentro del solenoide.
. PREIN*ORME .1. Calcula el campo magnético sobre el e8e de un solenoide y llega a la e xpresión 0)2. .2. ;emuestra la expresión 0<2 0fuerza sobre un conductor ue conduce corriente en presencia de un campo magnético2 realizando los esuemas necesarios para las corrientes, el campo y la fuerza resultante.
.. Consulta sobre el campo magnético producido por un alambre recto ue conduce una corriente y la regla de la mano derecha.
/. E0UIPOS / :uentes de =olta8e 0)*2 ) 7olenoide 0& > ?'* espiras, $ > )?cm2 ) "spira rectangular ) @eóstatos de ?Ω y )**A Bilos delgados de *.*m, *.D*m, ).**m, )./*m y ).'*m, de masa por unidad de longitud conocida.
. PROCEDIMIENTO .1. @egistre en una tabla todos los datos necesarios para calcular el campo en la bobina a través de la ecuación 0)2.
.2. Conecte la fuente de corriente directa a la bobina y a8uste una corriente inicial de '. .. Conecte la fuente de corriente directa a la espira y a8uste una corriente inicial de ) de tal forma ue la balanza se deseuilibre hacia el interior del solenoide, por acción de la f uerza magnética.
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./. Coloue en el extremo de la balanza hilos de longitud y densidad lineal de masa conocida y varié la corriente sobre la bobina hasta ue la balanza se euilibre. Consigne los valores de m e I en la tabla de datos ).
.. @egistre en la 1abla ) todos los datos necesarios para calcular el campo en la bobina a través de la ecuación 0<2.
.. @epita el experimento para tres valores más de corriente en la espira, y su respectiva masa euilibrante y cons#gnelos en la 1abla de datos ).
Ta-la de da%o' 1
(")
N 6 L() 6
3(N)
SOLENOIDE I(A) 6 B%e7+&co(T) 6
Iespira(A)
B(T)
4B5(T)
ESPIRA L() 6
. AN8LISIS E INTERPRETACIÓN DE DATOS .1. @ealiza un esuema donde se muestre la dirección del campo magnético dentro del solenoide, la dirección de la corriente en la espira y la dirección de la fuerza magnética sobre la espira. E"stá de acuerdo la deflexión de la espira 0dirección de la fuerza magnética2 con la ecuación 0/2F
.2. Gue sucederá si cambia el sentido de la corriente en la bobinaF EGue sucederá si cambia el sentido de la corriente en la espiraF
.. Mediante la ecuación 0<2, determine el campo magnético en el interior del solenoide para cada valor de corriente utilizada en la espira y haller e l valor medio. Consigne los valores en la 1abla de valores ).
./. Calcule el campo magnético en la bobina con la ecuación 0)2 y comparando éste valor con el obtenido en el numerala anterio, determine el porcenta8e de error y expliue las diferencias.
.. E3or ué en este experimento no fue tenida en cuenta la fuerza e8ercida, por el campo del solenoide, sobre los lados de la espira paralelos a él, ni la fuerza e8ercida por el campo magnético de la tierra sobre la espeiraF
9. OBSERVACIONES : CONCLUSIONES BIBLIOGRA*ÍA )+rthur Hip, :undamentos de electricidad y magnetismo /+7ears :, et. al., :I7IC U&I="@7I1@I. =J$UM"& II. 3earson "ducación, Mexico,)KKK. <+Aayne ", et al., :I7IC, ddison Aesley 3ublishing Company, Inc., )KK. '+Ballyday, et. al. :I7IC.=J$UM"& II. Compa!#a "ditorial Continental 7., )KK/. ?+7erLay, @.. :#sica, 1omo II, McraL Bill. +3hysics laboratory manual, Clifford &. A all, et al., 3rentice Ball, &eL Nersey, )K/. +lonso, M., :I&&.N."., :#sica, "ditorial :ondo educativo interamericano, 5ogotá. )K*.Capitulo )',). D+Barris, 5enson, :#sica Universitaria. =olumen /. "ditorial C"C7. Mexico, )KK. Cap#tulo . K+3urcell, "dLard, 5erOeley physics course. =olumen /. "ditorial @everté 7.., )KDD. Capitulo '. )*+1ipler, 3aul, :#sica. =olumen /. "ditorial @everté. "spa!a.)KK'. Cap.// y /<.
