Mayo 1 2010 Código: 1695 Física Eléctrica
__________________________ ______ ________________________________ Departamento de Física Ciencias Básicas Universidad Del Norte-Colombia ________________________________
Campo magnético de un solenoide Carlos Quiroz
[email protected] Ingeniera Electrónica
Eynmar Lopez
[email protected] Ingeniera Electrónica
Abstract In this inform, it is wanted (in a visual way) to graph the magnetic field created inside of the solenoid with help of a magnetic field meter, either coaxial or axial. In the same way, it is search to identify how is the field direction inside the solenoid, for this it is use the magnetic field meter either axial way or coaxial. Also it is going to make the graph of the solenoid field outside of this just to justify the answer previously raised. Resumen En este informe, se quiere (de manera visual) graficar el campo magnético producido en el interior de un solenoide con ayuda de un medidor de campo, ya sea de forma coaxial o de forma axial. De la misma manera, se busca identificar como es la dirección del campo dentro del solenoide, para esto se utilizara ya sea el medidor de campo de forma axial o coaxial. Ademas se hará la grafica del campo del solenoide por fuera de este solo para reforzar la respuesta previamente planteada.
2 Experiencia No .9. Campo magnético de un solenoide 1. Tema : Campo magnético generado por una corriente. 2. Objetivos: 2.1 General: Determinar la relación entre el campo magnético en el centro de un solenoide muy largo y la intensidad de corriente que circula a través de él. 2.2 Específicos: 1. Comparar los valores experimentales y teóricos del campo magnético. 2. Determinar la dirección del campo magnético en el interior de un solenoide. 3. Explicar las características de la magnitud del campo magnético en el interior de un solenoide. 3. Actividades de Fundamentación teórica Antes de llegar al laboratorio debes indagar acerca de los siguientes aspectos: 1. Que es un solenoide y sus características. 2. Campo magnético en el interior de un solenoide
4. Procedimiento. En esta experiencia se mide el campo magnético dentro de un solenoide y se compara con el campo magnético teórico basándose en el valor de la intensidad de corriente que circula a través del solenoide. Se utiliza el sensor de campo magnético para medir el campo magnético dentro del solenoide cilíndrico. Se utiliza el DataStudio para registrar y medir la intensidad el campo magnético en el interior del solenoide. Se compara el campo magnético medido dentro del solenoide con el campo magnético teórico calculado sobre la base de la intensidad y al número de espiras de alambre por unidad de longitud.
4.1. Configuración del ordenador
1.
Conecte el interfaz al ordenador, encienda el interfaz y el ordenador
2.
Conecte un sensor de campo magnético al Canal analógico A.
3.
Conecte el Amplificador de potencia al canal analógico B del interfaz. Enchufe al cable de alimentación la parte posterior del amplificador de potencia y conecte el cable a una toma de corriente adecuada. Debe ser configurado para un voltaje DC.
4.
Abra el archivo titulado: Data Studio
4.2. Calibración del sensor y montaje del equipo. 1.
No se necesita calibrar el Sensor de campo magnético ni el amplificador de potencia. el sensor de campo magnético produce un a tensión que es directamente proporcional a la fuerza del campo magnético : 10 millivoltios millivoltio s = 10 gauss (donde 10000 gauss = 1.0 tesla
3 2.
Utilice el solenoide que se suministra. Emplee los cables de conexión para conectar la salida del amplificador de potencia a los terminales del solenoide.
3.
Coloque el solenoide y el sensor de campo magnético de manera que el sensor pueda introducirse dentro del solenoide..
Al amplificador de potencia
MAGNETIC FIELD SENSOR
CI-6520A
4.3. Toma de datos 1.
Mantenga el sensor de campo magnético alejado de cualquier fuente de campos magnético y ponga a cero el sensor presionando el botón de “TARE” en el cuerpo del sensor
2.
Seleccione campo AXIAL pulsando el conmutador de selección RADIAL/AXIAL RADIAL/AX IAL en el sensor.
3.
Vuelva a poner el sensor a la posición próxima al solenoide..
4.
Inicie la toma de datos. Manualmente fije un voltaje de 5.0 voltios DC con el fin que no sobrepase la corriente máxima que suministra el Amplificador de Potencia (cuando esto sucede se enciende el indicador de color rojo)
5.
Anote el valor de la intensidad de la corriente, que marca el indicador digital, en la sección 2 del informe de laboratorio.
6.
Inserte el extremo del sensor en centro de la bobina. Mueva el sensor hacia arriba y hacia abajo en este punto de la bobina para determinar si la lectura del ordenador cambia significativamente.
7.
Anote la lectura de la componente axial de campo magnético en el interior solenoide.
8.
Retire el sensor de campo magnético magnético de la bobina. Seleccione la dirección RADIAL Mantenga el sensor lejos de cualquier fuente de campos magnéticos y vuelva a colocarlo en cero presionando el botón de TARE.
9.
Configure el equipo de tal manera que se puedan observar los datos en modo gráfico: intensidad del campo magnético [B] – [B] – tiempo[t]. tiempo[t].
10.
Coloque el sensor en un extremo del solenoide. Inicie la toma de datos. Ahora introduzca lentamente el sensor de tal manera que recorra de un extremo a otro a una rapidez constante. Detenga la medición y guarde la gráfica obtenida.
del
4 11. Configure el equipo de tal manera que se puedan observar los datos en modo gráfico: intensidad del campo magnético [B] – [B] – corriente corriente [ I ] 12. Coloque ahora el extremo del sensor en el centro del solenoide. Configure la fuente para aumentar el voltaje en pasos de 0.1 voltios partiendo desde cero. Inicie la toma de datos y aumente el voltaje hasta un máximo de 6.0 voltios. ¡Cuide que el indicador rojo de la fuente no se encienda!. Guarde la gráfica obtenida. 13. Repita el procedimiento anterior para un número de espiras diferentes en el solenoide
14.
Mida la longitud de la bobina solenoide
•
Nota: Cuando mida la bobina, asegúrese que sólo mide la longitud del solenoide con la bobina enrollada y no el solenoide entero.
5
6.
Análisis de los datos
Análisis de Gráfica:
En la presente grafica se peude apreciar ap reciar como es el campo en el interior del solenoide medida de forma axial, puesto que el campo en el interior del solenoide, el flujo va atravesando al mismo por el pequeño conducto que se apreciaba a simple vista, es decir, únicamente el campo podrá ser medido de forma axial y no coaxial, puesto que al tratar de medirlo de forma coaxial, el campo marcaba 0. La curvatura negativa que se observa en la gráfica, es debido al lugar donde se ingreso el medidor de campo (norte o sur).
El medidor de campo magnético mide de forma axial el campo de la siguiente manera
En cambio, las líneas coaxiales lo miden de forma horizontal con el eje.
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En esta grafica, se aprecia como va aumentando la intensidad del campo al momento de aumentarle el voltaje, y a su vez aumenta la corriente, es decir que ha y una relación directa en el voltaje con el con la corriente. Se nos pedía que aumentásemos el voltaje al solenoide, y como se aprecia forma una pendiente pend iente que al final, nos arroja el valor v alor de la intensidad de corriente que abarca el sistema que es de unos 0.12A
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Esta grafica, aunque no la pedían hacerla se muestra como el detector de campo magnético, mide el campo en el exterior del solenoide, es decir, el campo producido al exterior del solenoide el notablemente débil en comparación al interior.
De acuerdo a los datos datos y gráficos obtenidos en las mediciones conteste las las siguientes siguientes preguntas: Pregunta 1: Comparar las lecturas axial y radial del campo ¿qué dirección tiene el campo magnético en el interior del solenoide?
R. / En la grafica radial tenemos que el campo es muy pequeño y se puede decir que es nulo el campo magnético dentro del solenoide, pero tomando los datos axialmente tenemos que hay campo magnético, esto se puede explicar por la siguiente imagen:
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Pregunta 2: ¿ Cómo es la magnitud del campo magnético en el interior del solenoide en relación a la posición?
R./ analizando la grafica de medición axial, se puede notar que a medida que se va introduciendo el sensor dentro del interior del solenoide, va aumentado el nivel de campo magnético, entonces podemos decir decir que el punto máximo donde el campo magnético es mayor es precisamente la mitad del solenoide. Pregunta 3: ¿Qué relación existe entre la magnitud magnitud del campo magnético en el interior de un solenoide y la intensidad de la corriente co rriente que circula por ella?
R. / con respeto a la la grafica que tomamos B vs I podemos analizar analizar que la relación entre ellos es directamente proporcional, porque da una grafica lineal. Pregunta 4: ¿Qué relación existe entre la magnitud magnitud del campo magnético en el interior de un solenoide y el número de espiras del solenoide?
R. / la relación que existe entre el campo magnético de un solenoide y su número de espiras es que a medida que aumenta el número del espiras también aumenta el campo magnético del solenoide, o sea son directamente proporcionales p roporcionales entre si. 1. Calcule el valor teórico del campo magnético dentro de la bobina utilizando la corriente corriente medida , su longitud, y el número de espiras del solenoide. R./ usando la formmula:
= 0
Donde B es el campo, N es el numero de espiras, l la longitud del solenoide, I la corriente que pasa por el solenoide, y Sabiendo que : N=2920 L=10,8cm=0,108m
0
10− ∗
una constante equivalente a 4
7
9 I=0,12 Remplazando los valores en la formula tenemos:
10− ∗
B= 4
7
∗ = 4,077 10−3 = 40,77 0,108
2920 0,12
2. Determine la pendiente de la recta del campo magnético en función de la intensidad de corriente para cada gráfica. 3. Compare este valor con el valor teórico obtenido de la fórmula que usted investigó. Pregunta 5: Calcule el error en el valor del campo magnético. ¿A qué factores cree usted que se debe la diferencia obtenida? R. / sabiendo que B experimental es 41,02Gauss
− 40,77 ∗ 100% = 0,613% = 41,0240,77 Puede que el error varíe ya sea por el numero de vueltas que el fabricante coloco y las que fueron evaluadas, también los valores de las gausianas, no se tomaron en cuenta cifras características y por ende se pudo haber producido un error.
3.2 Responda las las siguientes “preguntas problematológicas” 1. ¿Es el campo magnético uniforme en el interior del solenoide? Explique. R./ el campo magnético del solenoide en su interior es uniforme, porque este se encuentra a lo largo de su eje, pero es más apreciable en el centro del solenoide, porque en los extremos comienza a disminuir su intensidad.
10 2. ¿ Qué conclusión puede deducir acerca de las características del campo magnético en el solenoide?. Dibuje un gráfico de B contra X que ilustre su respuesta.
El solenoide muestra el campo magnético máximo en la mitad de este
3. ¿Qué efecto tiene en los resultados r esultados de la medición “tarar” el sensor lejos de toda fuente de campo magnético antes de la toma de datos? R. / la opción tarar cuando se usa lejos de todo campo magnético, nos asegura que el sensor no se cargue magnéticamente, de tal forma que a la hora de tomar nuestros datos nos asegura una mayor exactitud en la toma de datos.
