MEDICION DEL CAMPO MAGNETICO EN UN SOLENOIDE
AZABACHE RODIRGUEZ VANESSA
CASTAÑO JACKELINE
DIAZ NARANJO NAYIRIS PAOLA
Msc. OSCAR J. SUAREZ
Ing. Electronico
UNIVERSIDAD DE PAMPLONA
FACULTAD DE INGENIERIAS Y ARQUITECTURA
PAMPLONA, NORTE DE SANTANDER
05/12/2014
OBJETIVOS
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.
Aprender a calcular el campo magnético utilizando la ley de ampere.
Observar el comportamiento de la espira a medida que se cambia el peso en su exterior.
INTRODUCCION
Un solenoide es cualquier dispositivo físico capaz de crear un campo magnético sumamente uniforme e intenso en su interior, y muy débil en el exterior. En la práctica, una aproximación real a un solenoide es un alambre aislado, de longitud finita, enrollado en forma de hélice (bobina) o un número de espirales con un paso acorde a las necesidades, por el que circula una corriente eléctrica. Cuando esto sucede, se genera un campo magnético dentro de la bobina tanto más uniforme cuanto más larga sea la bobina.
Fig. 1 Líneas del campo magnético sobre un solenoide atravesado por una corriente.
Entonces, podemos calcular la magnitud del campo magnético con la siguiente expresión:
B=wI*dL
Donde w, es el peso del hilo, I la intensidad del flujo y Dl es la densidad lineal de masa.
ANALISIS DE RESULTADO
10 cm ---------> 0.056 gr 2. 10 cm---------> 0.056 gr 3. 10 cm---------> 0.056 gr
11 cm----------> x gr 24.8 cm-------> x gr 29.8 cm------> x gr
x=11 cm*0.056 gr10 cm x=24.8 cm*0.056 gr10 cm x=29.8 cm*0.056 gr10 cm
x=0.0616 gr x=0.13888 gr x=0.16688 gr
4. dL=L1I1 5. dL=L2I2 6. dL=L3I3
dL=11 cm1.38 A dL=24.8 cm2.42 A dL=29.8 cm2.81 A
dL=7.97 dL=10.24 dL=10.60
ANCHO DE LA ESPIRA d:
2.8 cm
PESO W (Kg)
CORRIENTE DE LA ESPIRA (A)
DENSIDAD LINEAL DE MASA
CAMPO MAGNETICO, B
HILO 1
6,16*10EXP(-5)
1,38 A
5,6*10EXP(-4)
0,001594
HILO 2
1,38*10EXP(-4)
2,42 A
5,56*10EXP(-4)
0,002036
HILIO 3
1,66*10EXP(-4)
2,81 A
5,57*10EXP(-4)
0,002109
Los resultados muestran que a medida que disminuye el peso del hilo en la espira rectangular en la parte exterior aumenta el campo magnético aunque en muy poca cantidad, mientras que la densidad lineal de masa se mantiene prácticamente constante aunque se haga un cambio en el peso y, la intensidad aumenta en la generación de fuerza de equilibrio de la espira.
PREGUNTAS DE CONTROL:
Explica por qué se crea un campo magnético dentro del solenoide. ¿Está de acuerdo la dirección del campo con la dirección de la corriente en la bobina?
Rta: el campo magnético por un solenoide se incrementa al elevar la intensidad de la corriente, al aumentar el número de espiral y al introducir un trozo de hierro en el interior de la bobina (electroimán)
Bobina solenoide con núcleo de aire construida con alambre desnudo de cobre enrollado en forma de espiral y protegido con barniz aislante. Si a esta bobina le suministramos corriente eléctrica empleando cualquier fuente de fuerza electromotriz, como una batería, por ejemplo, el flujo de la corriente que circulará a través de la bobina propiciará la aparición de un campo magnético de cierta intensidad a su alrededor.
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 (7.2)?
RTA: La fuerza magnética es siempre perpendicular al desplazamiento. Es decir,
F * ds = (F * v)dt = 0
Ya que la fuerza magnética es un vector perpendicular a v. De esta propiedad y del teorema de trabajo y energía, se concluye que la energía cinética de la partícula cargada no puede ser alterada sólo por el campo magnético. En otras palabras
"Cuando una carga se mueve con una velocidad v, el campo magnético aplicado sólo puede alterar la dirección del vector velocidad, pero no puede cambiar la rapidez de la partícula ".
Que sucederá si cambia el sentido de la corriente en la bobina? ¿Que sucederá si cambia el sentido de la corriente en la espira?
RTA: El sentido de la corriente inducida en la bobina se invierte si alejamos el imán. Los mismos resultados se obtienen si mantenemos fijo el imán y movemos la bobina, o si cambiamos el imán por una espira o bobina conectada a una batería.
Calcule el campo magnético en la bobina con la ecuación (7.1).
RTA: Se trata de calcular la intensidad del campo magnético B creado por una corriente de 4A de intensidad en cada uno de los siguientes casos:
a) a 4 cm de un hilo conductor rectilineo e indefinido;
b) en el centro de una bobina formada por 20 espiras circulares de 10 cm de diámetro;
c) en cualquier punto del interior de un solenoide de 2 cm de diámetro y de longitud indefinida que posee 40 espiras por cada centímetro de longitud (Tómese mo = 4 p 10 7 T m/A).
a) El campo magnético B debido a una corriente rectilíneo indefinida en un punto que dista r de dicha corriente, viene dado por la expresión
Sustituyendo los datos del enunciado y recordando que todas las magnitudes se han de expresar en unidades SI, resulta:
b) El campo B debido a una bobina formada por N espiras de igual radio R en su centro geométrico será igual a N veces el campo debido a una sola, es decir:
c) En cualquier punto del interior de un solenoide el campo magnético es la longitud, para calcular B basta conocer el número de espiras por unidad de
B = 4p 10 7 4 40 102 = 6,4p 10 3 TCa
. Realice una gráfica de fuerza magnética sobre la espira Fm (ordenada) contra corriente en la espira Ie (abscisa). Calcule la pendiente de la recta obtenida y con ella el campo magnético dentro del solenoide.
RTA: En muchos dispositivos que utilizan una corriente para crear un campo magnético, tales como un electroimán o un transformador, el hilo que transporta la corriente está arrollado en forma de bobina formada por muchas espiras. Estudiaremos, en primer lugar, el campo creado por una espira.
En la figura, se muestra una espira circular de radio a, recorrida por una corriente de intensidad i. El punto P está sobre el eje de la espira a una distancia z de su centro.
Sea r la distancia entre el elemento de corriente y el punto P. La ley de Biot nos permite calcular el campo magnético creado por dicho elemento de corriente.
Fijarse que los vectores unitarios ut y ur forman 90º
El vector campo magnético dB tiene dos componentes
a lo largo del eje de la espira dB·cos(90- )
perpendicular al eje de la espira dB·sen(90- )
Por razón de simetría, las componentes perpendiculares al eje creadas por elementos diametralmente opuestos se anulan entre sí. Por tanto, el campo magnético resultante está dirigido a lo largo del eje y puede calcularse mediante una integración sencilla ya que r es constante y es constante
En el centro de la espira z=0, tenemos
El sentido del campo magnético viene determinado por la regla de la mano derecha.
Para una espira no es aplicable la ley de Ampère. Sin embargo, como podemos ver en el applet de la siguiente página, si se disponen varias espiras iguales, igualmente espaciadas, se va creando un campo cuya dirección es cada vez más paralela al eje común de las espiras, a medida que se incrementa su número
En la situación ideal de un solenoide formado por un número grande de espiras apretadas, cuya longitud es grande comparada con su diámetro, el campo en el interior es casi uniforme y paralelo al eje y en el exterior es muy pequeño. En estas condiciones es aplicable la ley de Ampère, para determinar el campo magnético en el interior del solenoide.
CONCLUISONES
El campo magnético aumenta en el interior del solenoide a medida que en el exterior de la espira el peso disminuye.
El campo magnético en el exterior del solenoide es sumamente débil comparado con al interior del mismo.
