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MEDIDA DE CAMPOS MAGNÉTICOS: BOBINA EXPLORADORA
Universidad del Valle, Facultad de Ciencias Naturales y Exactas, Departamento de Física. Realización de la práctica: 28/05/14. Entrega de informe: 4/06/14.
RESUMEN Se comprendió el fenómeno de la inducción electromagnética y su expresión matemática aplicando esta ley: como un método para medir campos magnéticos.
METODO TEORICO INDUCCION ELECTROMAGNÉTICA Si en una región existe un campo magnético B variable con el tiempo de la forma: B(t) = Bo Sen wt (1) este inducirá una fem ɛ entre los extremos de una bobina exploradora de N vueltas y área transversal S, colocada en este región de campo variable B(t), según la ley de inducción de Faraday de la forma: (2)
El signo menos indica que el sentido de la fem inducida siempre es de tal forma que se opone la variación de flujo. La figura 1 muestra la variación temporal del campo y de la fem inducida.
INDUCCION ELECTROMAGNÉTICA
El campo magnético se va a crear por dos bobinas en la configuración Helmholtz, es decir, dos bobinas idénticas de N vueltas de radio R0 y separadas una distancia 2d. Si circula una corriente I, el campo magnético en cualquier punto sobre el eje de las dos bobinas está dada por la expresión:
en donde se ha escogido el origen de coordenadas en el punto equidistante entre las dos bobinas a lo largo del eje común. Diferenciando la expresión (4) con respecto a x, y evaluándola en x=0; si esta primera derivada es cero, indica que la intensidad de campo respecto de x es independiente de la distancia 2d entre las bobinas. La segunda derivada con respecto a x es:
Que es cero solamente si R0=2d, indicando que para distancia entre bobinas igual al radio de las bobinas, el campo magnético es uniforme cerca en la región central entre las bobinas. Bajo la condición {6) , la expresión (4) queda:
METODO EXPERIMENTAL Materiales y equipo:
Bobinas de Helmohtz. Bobina exploradora ó autoinducción de 15 mh. Autotransformador ó generador de señales (en 2 kHz). Resistencia de potencias. Voltímetro C.A. Osciloscopio calibrado o milivoltímetro C.A.
Observando la señal del canal 1 del osciloscopio (proporcional a la corriente que circula por las bobinas de Helmholtz), prenda la fuente de poder y aumente lentamente hasta que el voltaje pico a pico entre los extremos de la resistencia R de 2 sea de 5 voltios. Calcule la magnitud de la corriente I0 que circula por las bobinas de Helmholtz. Lleve sus datos a la tabla 1.
Observe la fem inducida en la bobina exploradora localizando la señal del canal 2 del osciloscopio. Mida su amplitud pico a pico. Compare valores teóricos esperados con los experimentales. Analice sus resultados.
Perfil de campo magnético Mida la variación de la intensidad de campo magnético para diferentes puntos a lo largo del eje de las bobinas de Helmholtz, dentro y fuera de la región entre las bobinas. Repita los dos pasos anteriores para los otros dos 2 ejes, que muestren la uniformidad del campo magnético en la región entre las bobinas de Helmholtz.
DATOS, CÁLCULOS Y RESULTADOS Para la primera parte donde se calcula el campo magnético en X=0, se grafican los datos obtenidos de corriente (I) y fem ( ɛ) obteniendo la siguiente grafica
Grafica 1. Pendiente experimental:
De la Ec. 9 de la parte teorica se obtiene que la pendiente experimental es
Por lo tanto se obtiene que el porcentaje de error es del 25,3% Como segunda parte se calcula el perfil de campo en la configuración Helmholtz