INFORME #4 – PRACTICA #7 – MEDICIÓN DEL CAMPO MAGNÉTICO EN UN SOLENOIDE
ANDRES FELIPE HERNANDEZ Q. - Cód. 1094275399 KAREN LISETH BAEZA LEON - Cód. 1004501443 BRAYAN ELIAS VARGAS N. - Cód. 1093776891 JENNIFER SANGUINO – Cód. 1118554155
UNIVERSIDAD DE PAMPLONA LABORATORIO DE ELECTROMAGNETISMO (157014) – GRUPO D DOC. ING. OSCAR J. SUÁREZ PAMPLONA – NORTE DE SANTANDER 2015
INTRODUCCION
En esta práctica se mide el campo magnético a lo largo del eje de distintas espiras de corriente y solenoides. Se estudiará la relación entre la intensidad máxima del campo y las dimensiones geométricas. También se estudiará el campo en función de la posición a lo largo del eje de simetría de la espira o solenoide. Además pretendemos dar a conocer de una forma práctica como es el comportamiento del campo magnético de un solenoide, y la influencia de este sobre muchas de las reacciones cotidianas, como la acción que se ejercen los imanes, entre muchos otros. Por otro lado con este informe se busca resaltar las principales características de un solenoide y el principio que ejerce el campo sobre este.
OBJETIVOS DEL PREINFORME
-
Aprender sobre el campo magnético que es producido en una espira por l a corriente
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Medir el campo magnético producido en el interior de un solenoide por una corriente continua a través de la fuerza magnética sobre una espira que conduce una corriente
PREGUNTAS DE CONTROL 1.) Explica por qué se crea un campo magnético dentro del solenoide. ¿Está de acuerdo la dirección del campo magnético con la dirección de la corriente de la bobina?
En el solenoide el campo magnético se presenta de forma horizontal con la trayectoria de derecha a izquierda, tomando en cuenta que la corriente también se distribuyen en el mismo sentido, entonces es posible inferir que la dirección del campo eléctrico dentro del solenoide está de acuerdo con el mismo sentido que toma la corriente al ser distribuida a lo largo del solenoide, lo anterior se debe posiblemente a que el campo eléctrico depende directamente de la corriente. Ahora, fuera del solenoide el campo toma un sentido opuesto con respecto al campo interior ya que el campo trata de formarse uniforme fuera del solenoide, por ello su sentido es opuesto al salir del solenoide regresando a la parte inicial del solenoide generando un ciclos repetitivos en la superficie del solenoide cilíndrico. 2.) Realiza un esquema 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. ¿Está de acuerdo la deflexión de la espira (dirección de la fuerza magnética) con la ecuación (2)?
3.) ¿Qué sucederá si cambia el sentido de la corriente en la bobina? ¿Qué sucederá si cambia el sentido de la corriente en la espira?
Si el sentido de la corriente aplicada a lo largo del solenoide cambia, en consecuencia el sentido del campo eléctrico también cambiara, es decir si el sentido de la corriente cambia partiendo de izquierda derecha, el campo eléctrico tomara un sentido de izquierda a d erecha en su interior y de derecha a izquierda en el exterior del solenoide. Si el sentido de la corriente aplicada a la espira tiene el mismo sentido que el de la corriente aplicada al solenoide dicha espira, como es de esperarse, tratara de estabilizarse buscando un punto de equilibrio, s i por el contrario el sentido de la corriente es en sentido opuesto al del solenoide, lo más probable es que la espira
busque la forma de permanecer en fluctuación, es decir haga movimientos que impidan el equilibrio de la misma. 4.) Investigar el valor de la constante de permeabilidad magnética del espacio libre, μ o.
µ =410− / 5.) Consultar sobre el campo magnético producido por un alambre recto que conduce una corriente.
⃑=̂ =(̂ +̂ )=̂ ⃑ ̂ = (̂ ̂) = [̂ (̂ +̂)] = ̂ = 4 4 4 4
La figura muestra un elemento típico de corriente , y un punto P del espacio que se encuentra a una distancia R perpendicular al alambre y con un vector de posición . Entonces para el campo :
Ahora bien, x, y r no son independientes, sino que están relacionadas según el triángulo de la figura, por las expresiones
= ; = = = Por lo que
̂ = 4 ̂ = 4 Integrando esta última expresión entre , como se muestra en la figura, se obtiene ∫̂ = = 4 4
Con este resultado se puede encontrar el campo magnético de cualquier alambre recto si se conoce su geometría y por lo tanto los ángulos
6.) ¿Cómo es la magnitud del campo magnético en el interior del solenoide en relación a la posición?
El campo magnético en el interior del solenoide en relación a la posición es máximo en el centro, pues como estos suelen tener forma elíptica su distribución queda dada en el centro del solenoide 7.) ¿Qué relación existe entre la magnitud del campo magnético en el interior de un solenoide y la intensidad de la corriente que circula por ella?
La magnitud del campo magnético en el interior de un solenoide y la intensidad de la corriente tienen una relación directamente proporcional 8.) Calcular la fuerza magnética entre dos conductores.
Se comienza Aplicando la ley de Biot y Savart: El modulo del campo magnético que crea una corriente rectilínea 1, a la distancia r a que se encuentra la segunda corriente 2, es:
µ = 2 La fuerza magnética F12 que se ejerce sobre la corriente 2 se obtiene aplicando la segunda ley de Laplace:
= sen90 = 2 Finalmente para obtener la fuerza F21 que se ejerce sobre el conductor 1 por el campo que genera el conductor 2, se realiza un mismo razonamiento pero cambiando la longitud del conductor 1 por la del conductor 2 concluyendo que dos conductores rectilíneos y paralelos se atraen (cuando son recorridos por corrientes de la misma orientación) o se repelen (cuando son recorridos por corrientes de orientaciones opuestas) con una fuerza, cuyo módulo por unidad de longitud es:
= 2 9.) Demostrar la expresión (3) y (4) realizando los esquemas necesarios para las corrientes, el campo y la fuerza resultante.
(3) (4) -
= .4 y usando la ecuación de la Fuerza Magnética: =, reemplazamos en
la ecuación pero en lugar de poner la fuerza magnética, se coloca el peso conocido.
DATOS DEL LABORATORIO
ANALISIS DE DATOS
-
ANALISIS TABLAS Permeabilidad magnética del espacio libre,
µ − 410 /
Número de espiras en el Solenoide, N
118
Corriente en el Solenoide, Ib
Longitud del Solenoide, L
Campo Magnético,
3.40
15
3.35910−/
Tabla 1. Cálculo del Campo Magnético Ancho de la Espira
Peso W HILO 1 HILO 2 HILO 3
Corriente de la espira, Ie
β
:0.028
Densidad lineal de masa del hilo
Campo Magnético, β
5.810−/ 5.03910− 5.810−/ 2.51910− 5.810−/ 2.01510− Tabla 2. Cálculo del Campo Magnético
5.68410− 1.13710− 1.42110−
1.55 3.04 3.44
Campo Magnético
̅ = = µ 3.35910−/ 6.09210− /
Gráficamente en función de Fm
5.07510−
Tabla 3. Campo Magnético
Fuerza Magnética para cada Hilo:
− = 1.55 0.028. =2.18710 .=2.14410− Hilo 2: = 3.04 0.028 . =1.94110− Hilo 3: = 3.44 0.028 − 2.14410 − 1. 9 4110 = = = 5.07510− 3.443.04 Hilo 1:
Fuerza Magnética contra la Corriente en la Espira 2.25 2.2
1.55, 2.187
4 -
0 2.15 1 x a c i t 2.1 é n g a 2.05 M a z r 2 e u F
3.04, 2.144
1.95
3.44, 1.941
1.9 0
0.5
1
1.5
2
2.5
Corriente de la Espira
3
3.5
4
CONCLUSIONES
-
-
Al aumentar la corriente en solenoide se puede observar que las líneas de flujo van aumentando y por ende el campo magnético va aumentar también. El uso conceptual de todos los conocimiento de la física nos pueden ayudar a deducir otr as variables requeridas, en este caso el equilibrio de fuerzas entre en peso de los hilos y la fuerza del campo magnético generado por el solenoide. Es de resaltar que tomar varias medidas es conveniente para determinar el mínimo error posible, se deduce que en la medida en que las variables aumentan o se hacen dinámicas el número de mediciones debe ser mayor.
BIBLIOGRAFIA
SERWAY, Raymond. Física, Ed. 5, Pearson Educación, México, 2001. SERWAY, Raymond A, Física, vol. II. Edit. McGraw-Hill, tercera edición revisada, 1993 http://docencia.udea.edu.co/regionalizacion/irs-404/contenido/capitulo9.html [Consulta: 14 Abril 2015] http://intercentres.edu.gva.es/iesleonardodavinci/Fisica/Electromagnetismo/Electromagnetismo10.htm [Consulta: 14 Abril 2015] Diego J. Barrera; Oscar J. Suárez. Laboratorio de Electromagnetismo. Pamplona – Colombia, 2015
