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SOLENOIDE
Resumen - En este documento se muestra la medición del
campo magnético de un selenoide, mediante una balanza
magnetica utilizada para medir la fuerza sobre L, ubicada
perpendicularmente (L a B) al campo magnético en el
interior de la bobina. Dicha medición se lograba
equilibrando la balanza con hilos de densidad lineal
conocida. Luego de tener conectada la bobina al
amperímetro y usando una resistencia variable, debíamos
medir la corriente que circula por la espira para diferentes
valores de voltaje, conociendo el valor de la corriente y de
la fuerza ejercida sobre la balanza podemos calcular el
valor del campo magnético
campo eléctrico, se recurre a la noción de líneas de fuerza para
representar la estructura del campo. En cada punto las líneas
de fuerza del campo magnético indican la dirección en la que
se orientará una pequeña brújula (considerada como un
elemento de prueba) situada en tal punto. Así las limaduras de
hierro espolvoreadas sobre un imán se orientan a lo largo de
las líneas de fuerza del campo magnético correspondiente y el
espectro magnético resultante proporciona una representación
espacial del campo. Por convenio se admite que las líneas de
fuerza salen del polo Norte y se dirigen al polo Sur.
Palabras Clave – balanza magnetica, Campo Magnetico,
Solenoide.
Como sucede en otros campos de fuerza, el campo magnético
queda definido matemáticamente si se conoce el valor que
toma en cada punto una magnitud vectorial que recibe el
nombre de intensidad de campo. La intensidad del campo
magnético, a veces denominada inducción magnética, se
representa por la letra B y es un vector tal que en cada punto
coincide en dirección y sentido con los de la línea de fuerza
magnética correspondiente. Las brújulas, al alinearse a lo largo
de las líneas de fuerza del campo magnético, indican la
dirección y el sentido de la intensidad del campo B.
La obtención de una expresión para B se deriva de la
observación experimental de lo que le sucede a una carga q en
movimiento en presencia de un campo magnético. Si la carga
estuviera en reposo no se apreciaría ninguna fuerza mutua; sin
embargo, si la carga q se mueve dentro del campo creado por
un imán se observa cómo su trayectoria se curva, lo cual indica
que una fuerza magnética Fm se está ejerciendo sobre ella. Del
estudio experimental de este fenómeno se deduce que:
La dirección de B es precisamente aquélla en la que debería
desplazarse q para que Fm fuera nula; es decir, la de las líneas
de fuerza. La unidad del campo magnético en el SI es el tesla
(T) y representa la intensidad que ha de tener un campo
magnético para que una carga de 1 C, moviéndose en su
interior a una velocidad de 1 m/s perpendicularmente a la
dirección del campo, experimentase una fuerza magnética de 1
newton.
1 T = 1 N/1 C. 1 m/s
(1)
I. INTRODUCCIÓN
Los circuitos eléctricos es uno de los temas más relevantes
en la física de electricidad y magnetismo, en este documento
se analiza el comportamiento de algunos de ellos. Los
circuitos que serán expuestos y analizados en este informe son
sencillos,
pues están formados tan
solo por cables
conductores, batería y bombillos que se asemejan al
comportamiento de las resistencias, pero para fines prácticos y
debido a su luminosidad nos van a ser más útiles.
El análisis de los circuitos en este documento lo dividimos en
tres montajes, cada una de las cuales trata de darle solución a
una cuestión general. Se dan conceptos teóricos para así una
vez hecho cada montaje se pueda llegar a la solución del
problema, y a la confirmación o no, de lo que se dice en la
teoría para cada circuito.
los temas tratados aquí y caracterizados en los circuitos son
de suma importancia, ya que se trata de los conceptos
fundamentales que se aplican a todos los circuitos eléctricos,
asi que además de entender conceptos como circuito en serie o
paralelo, potencia, corriente, etc, estamos formando una base
sólida para futuras prácticas y análisis. Podemos verlo como el
comienzo del entendimiento del amplio mundo de los circuitos
eléctricos, y que por ahora nos va a llevar a algunas
conclusiones del comportamiento y características de algunos
sencillos circuitos formados por bombillos.
II. MARCO TEORICO
A- CAMPO MAGNÉTICO
El hecho de que las fuerzas magnéticas sean fuerzas de acción
a distancia permite recurrir a la idea física de campo para
describir la influencia de un imán o de un conjunto de imanes
sobre el espacio que les rodea. Al igual que en el caso del
B- LA INTENSIDAD DEL CAMPO MAGNÉTICO
Aunque no pertenece al SI, con cierta frecuencia se emplea el
gauss (G): 1 T = 104 G
C- EL MOVIMIENTO DE PARTICULAS EN UN
CAMPO MAGNETICO
Los campos eléctricos y magnéticos desvían ambos las
trayectorias de las cargas en movimiento, pero lo hacen de
modos diferentes. Una partícula cargada que se mueve en un
campo eléctrico (como el producido entre las dos placas de un
condensador plano dispuesto horizontalmente) sufre una
fuerza eléctrica Fe en la misma dirección del campo E que
curva su trayectoria. Si la partícula alcanza el espacio
comprendido entre las dos placas según una dirección paralela,
se desviará hacia la placa + si su carga es negativa y hacia la en caso contrario, pero siempre en un plano vertical, es decir,
perpendicular a ambas placas. Dicho plano es el definido por
los vectores v y E.
Si las dos placas del condensador se sustituyen por los dos
polos de un imán de herradura, la partícula sufre una fuerza
magnética Fm que según la regla de la mano izquierda es
perpendicular a los vectores v y B. En este caso la trayectoria
de la partícula cargada se desvía en el plano horizontal.
punto cualquiera de su interior pone de manifiesto que una
mayor proximidad entre las espiras produce un campo
magnético más intenso, lo cual se refleja en la expresión de B
a través del cociente N/ L,siendo N el número de espiras y L la
longitud del solenoide. Dicha expresión viene dada por la
ecuación:
D- CAMPO MAGNÉTICO DEBIDO A UNA ESPIRA
CIRCULAR
Para lograr el equilibrio de una “balanza” de brazos iguales, es
inmediato que las fuerzas aplicadas a cada extremo deben ser
iguales. Nuestra balanza tiene un brazo con un conductor
plano enchapado. Dicho conductor se introduce en el
solenoide. Cuando circula corriente por el solenoide se genera
el campo B. Dicho campo actúa sobre la corriente que
también circula por el conductor plano de la balanza. En este
caso se cumplen las condiciones de la ley de Laplace:
B = μ .I.N/l
DEBIDO
A
(3)
N/l: representa el número de espiras por unidad de longitud,
siendo su valor tanto mayor cuanto más apretadas están las
espiras en el solenoide.
III MONTAJE Y DESCRIPCIÓN DE LA PRÁCTICA DE
LABORATORIO
El estudio del espectro magnético debido a una corriente
circular, completado con la información que sobre el sentido
del campo creado ofrecen pequeñas brújulas, indica que las
líneas de fuerza del campo se cierran en torno a cada porción
de la espira como si ésta consistiera en la reunión de pequeños
tramos rectilíneos. En conjunto, el espectro magnético
resultante se parece mucho al de un imán recto con sus polos
norte y sur. La cara norte de una corriente circular,
considerada como un imán,es aquella de donde salen las líneas
de fuerza y la cara sur aquella otra a donde llegan dichas
líneas.
La relación entre la polaridad magnética de una espira y el
sentido de la corriente que circula por ella la establece la regla
de la mano derecha de la que se deriva esta otra: una cara es
norte cuando un observador situado frente a ella ve circular la
corriente (convencional) de derecha a izquierda y es sur en el
caso contrario. La experimentación sobre los factores que
influyen en el valor de la intensidad de campo B en el interior
de la espira muestra que éste depende de las propiedades del
medio que rodea la espira (reflejadas en su permeabilidad
magnética μ), de la intensidad de corriente I y del valor del
radio R de la espira, en la forma dada por la siguiente
ecuación:
B = μ .I/2.R
(2)
E- CAMPO
MAGNÉTICO
SOLENOIDE
B = F/LI
i
i
3
i
4
23
1
i
2
F = B.i.l.sen
F12 = B.i.l12.sen 0° = 0
F23 = B.i.l23.sen 90° = B.i.l23
F34 = B.I.l34.sen 180° = 0
De donde surge que la fuerza magnética neta sobre el
conductor plano es F23 La misma desequilibra la balanza (a
partir de la regla de la mano derecha) por lo que para lograr el
equilibrio aplicamos una fuerza conocida en el otro extremo
(p.ej. el peso de un hilo de masa conocida m):
UN
F23 = P = m.g
Sustituyendo F23
Un solenoide es, en esencia, un conjunto de espiras iguales y
paralelas dispuestas a lo largo de una determinada longitud
que son recorridas por la misma intensidad de corriente. Su
forma es semejante a la del alambre espiral de un bloc. El
espectro magnético del campo creado por un solenoide se
parece más aún al de un imán recto que el debido a una sola
espira. La regla que permite relacionar la polaridad magnética
del solenoide como imán con el sentido convencional de la
corriente que circula por él es la misma que la aplicada en el
caso de una sola espira. El estudio experimental de la
intensidad del campo magnético B debido a un solenoide en un
B.i.l23
= m.g
Aplicando B solenoide:
(
o.N.i ).i. l23
= m.g
L
Despejando m :
o
2
l23N.i = m
g. L
IV RESULTADOS Y ANALISIS:
2
tanto la pendiente seria el campo magnético producido por la
bobina por el ancho de la espira. Pero en los datos tomados en
el laboratorio hay mucha incertidumbre ya que no se puede
determinar con certeza que los hilos equilibren totalmente la
balanza por ello las graficas de la fuerza en función de la
corriente no son del todo lineales.
CAMPO MAGNETICO DE LA BOBINA
4A
I espira (A)
1
1,5
2
2,5
3
fuerza (N)
∆I (A) I espira real
0,294
0,15
1,15
0,441
-0,3
1,2
0,588
-0,4
1,6
0,735 -0,42
2,08
0,882 -0,45
2,55
Mediante los diferentes datos tomados pudimos establecer el
campo magnético de una bobina, y mediante cada una de las
diferentes graficas pudimos ver que al establecer unos valores
constantes de I se presento mayor fuerza para la bobina a 4A y
menor fuerza para la bonina a 2A lo cual nos indica que entre
mayor sea la corriente mayor será la fuerza por lo tanto varían
de forma proporcional.
CAMPO MAGNETICO DE LA BOBINA
3A
V. CONCLUSIONES
I espira (A)
1
1,5
2
2,5
3
fuerza (N)
∆I (A) I espira real
0,145 -0,15
0,85
0,159
-0,2
1,3
0,172 -0,25
1,75
0,252 -0,35
2,15
0,327
-0,4
2,6
La experiencia demuestra que al pasar corriente por un
conductor enrollado en forma de hélice es posible generar un
campo magnético. Además al introducir un material por el cual
circula corriente el campo magnético hace que este material
experimente una fuerza, esto es el resultado de que la corriente
representa una distribución de muchas partículas cargadas en
movimiento; por tanto, la fuerza resultante sobre el alambre se
debe a la suma de las fuerzas individuales ejercidas sobre las
partículas cargadas.
CAMPO MAGNETICO DE LA BOBINA
2A
VI. REFERENCIAS
I espira (A)
1
1,5
2
2,5
3
fuerza (N)
∆I (A) I espira real
0,09
0,12
1,12
0,105
0,15
1,65
0,128
-0,2
1,8
0,156
-0,3
2,2
0,21 -0,35
2,65
[1] RAYMOND A. SERWAY. FÍSICA TomoII. Cuarta
Edicion. Mexico D.F. 1996.
[2] FISICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA VOLUMEN
III / Paul A. Tipler
[3] http://www.fisicanet.com.ar/fisica/mag/ap01_campo_magnetico.php
Como tenemos la expresión
Donde la fuerza depende de la corriente que circula por la
espira y comparando con la expresión y=mx+b tenemos que y
seria la fuerza y x la corriente que circula por la espira por lo
3