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CENTRO DE CIENCIA BÁSICA – ESCUELA DE INGENIERÍA UPB
FÍSICA II: FUNDAMENTOS DE ELECTROMAGNETISMO
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PRÁCTICA 6: CAMPO MAGNÉTICO EN BOBINAS
1. OBJETIVOS
1.1. Objetivo General:
Estudiar las características de los campos magnéticos generados por corrientes eléctricas
continuas que circulan en bobinas
1.2. Objetivos Específicos:
• Medir la intensidad del campo magnético en el centro de una bobina delgada de espiras
cuadradas y determinar su relación con la intensidad de la corriente que circula por ella.
• Comprobar la relación entre intensidad de campo magnético y el número de espiras de la
bobina
• Determinar la constante de permeabilidad magnética del aire o vacío
2. PREINFORME
2.1. Resumen de la siguiente base teórica:
•
•
•
•
•
Ley de Biot - Savart.
Ley de Ampere
Campo magnético en el interior de una bobina
Campo magnético terrestre y su valor para Medellín.
Qué es un galvanómetro de tangentes.
2.2. Resolver los siguientes cuestionamientos:
• Hallar una relación o modelo de cálculo que permita determinar la intensidad del campo
magnético en el interior de la bobina, en función del ángulo de deflexión de una brújula
colocada en el centro y alineada inicialmente con el campo magnético terrestre.
• Demuestre que en el centro de una bobina delgada y cuadrada de lado D, con N espiras y
por la cual circula una corriente I es:
B=
2 2
πD
µ 0 IN
(1)
donde: µo =Permeabilidad magnética del vacío = 4 ΠX10-7 N/A2 , D = Lado de la bobina
cuadrada en metros (m), I = Corriente del alambre en Amperios (A) y N = Número de vueltas
• Demostrar que el campo magnético en el centro de una espira circular de radio R y por la
cual circula una corriente eléctrica I es:
B=
µ o IR 2
(
2 X 2 + R2
3
)
2
• A partir de la expresión anterior haga las aproximaciones para X = 0 y para X muy grande,
comparado con el radio R de la bobina
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3. MATERIALES Y EQUIPO:
• Once metros de cable aislado
• Una brújula
• Mesa de madera para las espiras, con
soporte central para la brújula.
• Teslámetro
•
•
•
•
Un reóstato (a 5 A)
Un amperímetro (0 - 5 A)
Fuente DC (4 A) y Conectores
Bobinas circulares
Recomendaciones:
• La corriente I no debe sobre pasar el valor de seguridad para la fuente y para la bobina que
se esté utilizando durante el experimento
• Compruebe permanentemente que el plano de las espiras sea Sur - Norte
• Haga el montaje de la figura 1, sin encender la fuente. Tenga en cuenta el diagrama
eléctrico de la figura 2. Recuerde que el amperímetro siempre se coloca en serie y no
olvide conectar también en serie con el alambre, un reóstato de 10 Ω, a 5 A, para que la
fuente no quede en corto
4. MONTAJE:
4.1 Bobina Cuadrada
R
F
A
Figura 1.
4.1 Bobina Circular
Teslámetro
Bobina
R
Sonda
F
Figura 2
A
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5. PROCEDIMIENTO :
5.1 Campo Magnético en Bobina Cuadrada
5.1.1 Corriente Eléctrica variable (I) y número de espiras (N) constante:
• De 10 vueltas al alambre, formando la bobina cuadrada, como se muestra en la figura 1,
coloque la brújula en el centro del plano horizontal y asegúrese que el lado superior de la
bobina cuadrada, esté paralelo a la aguja de la brújula, cuando ella indica el norte geográfico.
• Mida el lado D de la bobina
Bobina
Bobina
cuadrada
F
R
R
A
F
A
Figura 3.
• Coloque un valor de resistencia de 5Ω, en el reóstato, para proteger la fuente.
• Cierre el circuito y para cada valor de corriente eléctrica I, anote el valor correspondiente
del ángulo θ, leído en la brújula. Llene la tabla número 1.
• Para cada valor del ángulo θ, calcule el valor del campo magnético usando BB = Bt tan(θ) y
lleve estos valores a la tabla 1
• Invierta I y repita el proceso anterior
5.1.1 Corriente Eléctrica Constante (I) y número de espiras (N) Variable:
• Deje un valor fijo de corriente eléctrica (I), por ejemplo 1 A, ó el que le indique su
profesor.
• Comenzando con 10 espiras en la bobina, anote el valor del ángulo θ correspondiente.
Disminuya el numero de espiras de 1 en 1 y para cada caso mida el ángulo y calcule la
intensidad del campo magnético Bb. Lleve los datos a la tabla No 2.
5.2 Campo Magnético en Bobina Circular
• Haga el montaje como se muestra en la figura 3, pero ahora con una bobina circular
• Asegúrese que la sonda del teslámetro este conectada y el selector se encuentre en la
posición de medición de campos magnéticos continuos.
• Antes de usar la sonda realice el ajuste del punto cero , se debe elegir el rango de
medición más sensible mediante el conmutador selector 3, a continuación se inserta la sonda
de campo magnético en el espacio apantallado magnéticamente 5 y se pone el visualizador
(aproximadamente) a cero a través del pulsador 7.
• Coloque en el teslámetro el rango medición de 20.00mT
• Ahora cierre el interruptor del circuito y mida el campo magnético en el interior de la
bobina , anote tanto la lectura en el teslámetro como la corriente que se lee en el amperímetro
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• Cambie la corriente y para cada I mida directamente B con su respectiva incertidumbre y
lleve los datos a la tabla 3..
• Ensaye con otras bobinas de diferente número de espiras.
6. INFORME
6.1 Campo magnético en bobina cuadrada
• Con los datos de la tabla 1, grafique Campo magnético en el interior de la bobina en
función de la corriente eléctrica (BB Vs I). Haga el respectivo análisis gráfico y determine el
valor de la pendiente experimental, con sus respectivas unidades.
• Basado en la ecuación (1), calcule el valor de la pendiente teórica, y compárela con la
hallada en el punto anterior.
• Determine el valor experimental de µo (permitividad magnética del vacío) y reporte con que
precisión (error relativo porcentual) se hallo este valor.
• Cuál es la discrepancia entre el valor experimental de µo y el valor teórico? reportado en los
libros?. Qué variables influyen más para esta discrepancia?
• Con los datos de la tabla 2. grafique BB vs N. Determine la pendiente de la gráfica y
compare con los valores esperados.
6.2 Campo Magnético en Bobina Circular
• Con los valores de las corrientes eléctricas calcule el campo magnético en cada caso y
compare los resultados con los valores respectivos medidos con el teslámetro
• Con regresión lineal encuentre el coeficiente de regresión al comparar el campo magnético
medido (B), en función de la corriente eléctrica (I). Use este coeficiente para hallar la
permeabilidad magnética del aire
• Compare este valor de µo, con el hallado en le procedimiento de la bobina cuadrada. ¿ Que
puede concluir respecto a la precisión de cada método?
TABLA 1: Campo magnético en función de la corriente
Número de vueltas N = _______
Lado de la bobina D (m) = _______
Corriente Máxima de la fuente:_____ Campo magnético terrestre Bt = _______
I (A)
+ θ
- θ)
I = Corriente que circula por la bobina en Amperios
BB (W/m2)
µo (N/A2)
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+ θ = Deflexión de la aguja en sentido antihorario
- θ = Deflexión de la aguja en sentido horario
BB = Campo Magnético en el interior de la bobina cuadrada
TABLA 2: Campo magnético en función del número de espiras de una bobina cuadrada
Corriente I (A) = ______
N
+ θ
Campo magnético terrestre Bt =______
- θ
BB (W/m2)
TABLA 3: Campo magnético en función de la corriente eléctrica en una bobina circular
Número de espiras, N=________
Radio de la bobina, R=________
I (A)
B (T)
B (T)
MEDICIÓ MEDICIÓN
N
INDIRECTA
DIRECTA