Laboratorio de Campo Magnetico Scribd

7/30/2019 Laboratorio de Campo Magnetico Scribd

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTROUNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTROFacultad de Ingeniera Qumica

FISICA III____________________________ FISICA III____________________________

CAMPO MAGNTICO CAMPO MAGNTICO I. OBJETIVOS.-

Calcular experimentalmente la intensidad de polo de una barra magntica.Obtener el mapa de las lneas de induccin para el caso de una barra magntica.Determinar experimentalmente el flujo magntico en una bobina.

II. FUNDAMENTO TEORICO.-

El trmino magnetismo tiene su origen en el nombre que en la poca de los filsofosgriegos reciba una regin del Asia Menor, entonces denominada Magnesia ; en ellaabundaba una piedra negra o piedra imn capaz de atraer objetos de hierro y de

comunicarles por contacto un poder similar. A pesar de que ya en el siglo VI a. de C. seconoca un cierto nmero de fenmenos magnticos, el magnetismo como disciplina nocomienza a desarrollarse hasta ms de veinte siglos despus, cuando laexperimentacin se convierte en una herramienta esencial para el desarrollo delconocimiento cientfico. Gilbert (1544-1603), Ampre (1775-1836), Oersted (1777-1851), Faraday (1791-1867) y Maxwell (1831-1879), investigaron sobre lascaractersticas de los fenmenos magnticos, aportando una descripcin en forma deleyes, cada vez ms completa.

Los fenmenos magnticos haban permanecido durante mucho tiempo en la historia dela ciencia como independientes de los elctricos. Pero el avance de la electricidad por unlado y del magnetismo por otro, prepar la sntesis de ambas partes de la fsica en unasola, el electromagnetismo, que rene las relaciones mutuas existentes entre loscampos magnticos y las corrientes elctricas. James Clark Maxwell fue el cientfico quecerr ese sistema de relaciones al elaborar su teora electromagntica, una de las msbellas construcciones conceptuales de la fsica clsica.

En 1821 Hans Christian Oersted, en Dinamarca, observ inesperadamente que unacorriente elctrica mova la aguja de una brjula. Una corriente elctrica produca unafuerza magntica!

Andre-Marie Ampere, en Francia, pronto desvel el significado. La naturalezafundamental del magnetismo no estaba asociada con los polos magnticos o con losimanes, sino con las corrientes elctricas . La fuerza magntica es bsicamente unfuerza entre corrientes elctricas.

Dos corrientes paralelas en la misma direccin seatraen entre s.

Dos corrientes paralelas en direcciones opuestas serepelen entre s .

Dos corrientes circulares en la mismadireccin se atraen entre s.

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FISICA III____________________________ FISICA III____________________________ Dos corrientes circulares en direcciones opuestas se repelen

entre s.

Sustituya cada crculo con una bobina de 10, 100 o ms vueltas, transportando lamisma corriente (figura inferior): la atraccin o la repulsin se incrementan por unmltiplo adecuado. De hecho, cada bobina acta de forma muy parecida a unimn con polos magnticos en cada extremo (un "electroimn "). Ampere sugiri quecada tomo de hierro contenido en una corriente circulante, se converta en un pequeoimn y que en un imn todos estos imanes atmicos se alineaban en la mismadireccin, permitiendo sumarse a sus fuerzas.

La propiedad magntica se hace an ms fuerte si se coloca dentro de las bobinas unncleo de hierro, creando un "electroimn"; que requiere la ayuda del hierro, pero supresencia no es esencial. De hecho, algunos de los ms potentes imanes del Universono contienen hierro, porque el beneficio aadido del hierro dentro de un electroimntiene un lmite determinado, mientras que el valor de la fuerza magntica producidadirectamente por una corriente elctrica solo est limitada por consideraciones dediseo.

El campo magntico es una regin del espacio en la cual una carga elctrica puntualde valor q que se desplaza a una velocidad V , sufre los efectos de una fuerza que esperpendicular y proporcional tanto a la velocidad como al campo, llamada induccin magntica o densidad de flujo magntico . As, dicha carga percibir una fuerza descritacon la siguiente igualdad.

(Ntese que tanto F como V y B son magnitudes vectoriales y el producto cruz es unproducto vectorial que tiene como resultante un vector perpendicular tanto a V como aB) . El mdulo de la fuerza resultante ser:

La existencia de un campo magntico se pone de relieve gracias a la propiedadlocalizada en el espacio de orientar un magnetmetro (laminilla de acero imantado que

puede girar libremente) . La aguja de una brjula , que evidencia la existencia del campo magntico terrestre , puede ser considerada un magnetmetro.

Fuentes del campo magntico :Un campo magntico tiene dos fuentes que lo originan. Una de ellas es una corrienteelctrica de conveccin, que da lugar a un campo magntico esttico. Por otro lado unacorriente de desplazamiento origina un campo magntico variante en el tiempo, inclusoaunque aquella sea estacionaria.

La relacin entre el campo magntico y una corriente elctrica est dada por la ley de Ampre. El caso ms general, que incluye a la corriente de desplazamiento, lo da la ley de Ampre-Maxwell.

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http://es.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Velocidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Fuerzahttp://es.wikipedia.org/wiki/Perpendicularhttp://es.wikipedia.org/wiki/Inducci%C3%B3n_magn%C3%A9ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Inducci%C3%B3n_magn%C3%A9ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Densidad_de_flujo_magn%C3%A9ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Magnet%C3%B3metrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Br%C3%BAjulahttp://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico_terrestrehttp://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico_terrestrehttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_de_desplazamientohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Amp%C3%A8rehttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Amp%C3%A8rehttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Amp%C3%A8re-Maxwellhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Amp%C3%A8re-Maxwellhttp://es.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Velocidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Fuerzahttp://es.wikipedia.org/wiki/Perpendicularhttp://es.wikipedia.org/wiki/Inducci%C3%B3n_magn%C3%A9ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Inducci%C3%B3n_magn%C3%A9ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Densidad_de_flujo_magn%C3%A9ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Magnet%C3%B3metrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Br%C3%BAjulahttp://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico_terrestrehttp://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico_terrestrehttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_de_desplazamientohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Amp%C3%A8rehttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Amp%C3%A8rehttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Amp%C3%A8re-Maxwellhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Amp%C3%A8re-Maxwell


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Campo magntico producido por una carga puntual :El campo magntico generado por una nica carga en movimiento (no por una corrienteelctrica) se calcula a partir de la siguiente expresin:

Donde:

Esta ltima expresin define un campo vectorial solenoidal , para distribuciones decargas en movimiento la expresin es diferente, pero puede probarse que el campomagntico sigue siendo un campo solenoidal.

Lneas de campo:Las lneas de campo fueron introducidas por Michael Faraday ,que las denomin "lneas de fuerza". Durante muchos aosfueron vistas meramente como una forma de visualizar loscampos magnticos y los ingenieros elctricos preferan otrasformas, ms tiles matemticamente. Sin embargo no era as enel espacio, donde las lneas eran fundamentales para la forma enque se movan los electrones e iones. Estas partculas cargadaselctricamente tienden a permanecer unidas a las lneas decampo donde se asientan, girando en espiral a su alrededormientras se deslizan por ellas, como las cuentas de un collar.

Debido a esta unin, el comportamiento del gas electrificado ("plasma") en el espacio,un gas de iones y electrones libres, es dictado por la estructura de las lneas de campo:

las corrientes elctricas, por ejemplo, encuentran ms fcil fluir a lo largo de estaslneas. El papel de las lneas de campo en un plasma se parece a las vetas de lamadera: como la veta es la direccin "fcil" a lo largo de la cual la madera se raja msfcilmente, as la direccin de las lneas de campo es la que prefieren para fluir laspartculas, las corrientes elctricas, el calor y ciertos tipos de ondas.

Flujo magntico:Se denomina flujo al producto escalar del vector campo por elvector superficie

Si el campo no es constante o la superficie no esplana, se calcula el flujo a travs de cadaelemento dS de superficie , BdS

El flujo a travs de la superficie S, es

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http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_solenoidalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Campo_solenoidal


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III. EQUIPOS Y MATERIALES.-

Interfase Science Workshops 750. Amplificador de potencia. Sensor de campo magntico. Barras magnticas, compases transparentes, bobinas. Papel milimetrado Regla milimtrica, calibrador vernier Cables de conexin

IV. PROCEDIMIENTOS Y ACTIVIDADES.-

Primera actividad:

a. Examine su equipo y verifique el funcionamiento de las agujas magnticas a utilizar(compases magnticos con 19mm de dimetro). Determine el polo norte de las agujas magnticas, para estotenga en cuenta que estas debe apuntar al norte geogrficoque corresponde al sur magntico.

b. Aleje todo cuerpo magntico metlico de la mesa y con ayuda de los compasesdetermine la direccin del campo magntico terrestre.

c. Alinee la regla en la direccin del campo magntico terrestre (meridiano magnticoNorte-Sur) y para que posteriormente pueda trabajar con facilidad, levante la regla auna altura de 3 4 cm.

d. Fije la barra magntica al centro de una hoja de papel milimetrado usando cintaadhesiva y trace sobre el papel el perfil de la barra.

e. Determine el polo norte de la barra magntica y ubquela de tal formo que la direccinde su campo sea opuesta a la del campo magntico terrestre.

f. Acerque un comps al polo norte de la barra magntica y observe la orientacin de laaguja.

g. Oriente el papel milimetrado de tal forma que la direccin de la aguja sea paralela a ladireccin del campo magntico terrestre, representado por la regla.

h. Marque con un lpiz, en el papel milimetrado, los extremos de laaguja magntica.

i. Desplace el comps de tal manera que uno de sus extremoscoincida con uno de los puntos marcados anteriormente.Nuevamente debe orientar el papel milimetrado de tal forma que la

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FISICA III____________________________ FISICA III____________________________ direccin de la aguja magntica sea paralela a la regla. En estascondiciones, podr marcar otro punto.

j. Repita el paso anterior hasta que llegue al polo sur de la barra magntica. Con un trazocontinuo una los puntos marcados y obtendr una lnea de fuerza.

k. Tome otro punto del polo norte de la barra magntica y trace una nueva lnea defuerza, repitiendo los pasos (f) hasta (j) Determine por lo menos 10 de estas lneas paraque tenga un mapa magntico de la barra.

l. Retire la barra magntica del papel y prolongue las lneas de fuerza hasta los puntosdonde parecen converger.

Segunda actividad:

a. Con la ayuda de un vernier mida el dimetro interior del solenoide y determine elrea de la seccin transversal.

b. Conecte el amplificador en las terminales de la bobina secundaria del solenoide(2920 vueltas por 11 cm.)

c. Indique un voltaje de 8V en CC y genere un grafico que registre la corrientesuministrada.

d. Posicione el interruptor del sensor de campo magntico para medicin de un campoaxial, con el interruptor de ganancia en 1x.

e. Coloque el sensor de campo magntico en el interior del solenoide (totalidad)

f. Pulse el botn Inicio y mida la magnitud del campo al interior (punto central).

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g. Verifique este resultado con el obtenido usando la ecuacin:

, donde:

, es el numero de vueltas (N) por unidad de longitud (l) , y la corriente registrada,luego calcule el error porcentual.

Usando la primera frmula:

Y usando el Data Studio :B = 3,4 x 10 -3 Tesla

h. Conociendo el rea de la seccin transversal de la bobina, y el valor experimentaldel campo magntico medido con el sensor y usando la ecuacin

, calcule el flujo magntico experimental.

REABOBINA= 0,028 m 2

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ni B . =

l

N n =

BAm

=

( )( ) ( )( )

72

34 10 2920 0,1004

3,34914 100,11

x

x

Weber vueltas Am B Tesla

m

= =

( )( ) Weber xmTesla xm 523 1052,9028,0104,3 ==


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i. Compare el resultado obtenido experimentalmente para el flujo y comprelo con ellogrado usando el valor terico del campo magntico; luego determine el errorporcentual.

Y

V. CUESTIONARIO.-

1. Defina el meridiano magntico terrestre. Coincide con el meridianogeogrfico?, Explique:

Meridiano magntico terrestre.- Las lneas magnticas en su recorrido sobre lasuperficie terrestre forman los meridianos magnticos.

Estas lneas magnticas no son fijas en su posicin geogrfica ni en su direccin, partendel ncleo de la tierra, atraviesan la corteza terrestre en el Polo Sur Magntico y sedirigen en busca del Polo Norte Magntico en donde vuelven a atravesar la cortezaterrestre para llegar nuevamente al ncleo; forman curvas que cambianconstantemente de posicin, se desplazan en forma lenta pero continua.

En el arco que recorren toman distintas posiciones respecto desu orientacin al Norte Magntico, describiendo MeridianosMagnticos que son similares a los Meridianos Geogrficos perono coincidentes.La direccin de las lneas magnticas es la direccin que toma laaguja de una brjula apuntando al Norte Magntico.

As como existen isobaras (lneas que unen puntos de igual

presin atmosfrica) isobatas (lneas que unen puntos de igualprofundidad, con respecto a la direccin e intensidad de laslneas magnticas existen:

Lneas isgonas: Las que unen puntos de igual declinacin magntica.Lneas isclinas: Las que unen puntos de igual inclinacin magntica.Lneas isodinmicas: Unen puntos de igual intensidad y fuerza magntica.

2. Qu es lo que se ha pretendido lograr cada vez que se orientaba el papel milimetrado de tal forma que la aguja magntica era paralela a la regla?

Se quiso graficar (lneas de campo) el campo magntico que produca la barraalrededor de su cuerpo la cual manifiesta su influencia magntica dado que era

imantada.

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( ) Weber xteoricom 510378,9

= ( ) Weber xerimental m 51052,9exp

=

( ) ( )[ ]( ) %514,110378,9 1052,910378,9% 555

=

=

Weber xWeber xWeber x ERROR

( )100

exp% x

teorico

erimental teorico ERROR

=


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FISICA III____________________________ FISICA III____________________________ El fenmeno del magnetismo es ejercido por un campo magntico ,una corriente elctrica o un dipolo magntico crea un campo

magntico, ste al girar imparte una fuerza magntica a otras partculas que estn en elcampo.

3. Localice la posicin aparente de los polos magnticos de la barra, explique:

Cuando observamos las fuerzas producidas por un imn, parece que stas se originanen regiones situadas en sus extremos si adems lo suspendemos de manera que puedamoverse con libertad en un plano horizontal, notamos que se alinea en la direccinNorte- Sur aproximadamente. Debido a esto, al extremo que apunta hacia el Norte se lellama polo norte y al extremo que apunta hacia el Sur se le llama polo sur. Para que sealinee en la direccin Norte-Sur, es necesario que no se encuentren objetos magnticosen los alrededores, que distorsionen el magnetismo terrestre o que puedan serafectados por el imn.

4. Considere que el valor de la intensidad de la componente horizontal del campo magntico terrestre es 5,7x10 -5 Weber/m 2 , determine la distancia delos polos de la barra magntica. Explique la forma de llegar a esto:

5. Cul es la distancia entre los polos magnticos de la barra?, coincide conla longitud de la misma?, explique:

La longitud de la barra es de 18cm.

6. Qu fuentes de error han efectuado sus resultados?, detalle su respuesta.

7. Es posible obtener un imn mas intenso que el otro?

Para que un imn pierda sus propiedades debe llegar a la llamada "temperatura deCurie" que es diferente para cada composicin. Por ejemplo para un imn cermico esde 450 C, para uno de cobalto 800 C, etc.

Tambin se produce la desimanacin por contacto, cada vez que pegamos algo a unimn perdemos parte de sus propiedades. Los golpes fuertes pueden descolocar laspartculas haciendo que el imn pierda su potencia.

8. Es posible un imn recto con tres polos magnticos?

No , En un imn la capacidad de atraccin es mayor en sus extremoso polos. Estos polos se denominan norte y sur, debido a que tiendena orientarse segn los polos geogrficos de la Tierra, que es ungigantesco imn natural.La regin del espacio donde se pone de manifiesto la accin de unimn se llama campo magntico. Este campo se representa

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FISICA III____________________________ FISICA III____________________________ mediante lneas de fuerza, que son unas lneas imaginarias, cerradas,que van del polo norte al polo sur, por fuera del imn y en sentido

contrario en el interior de ste; se representa con la letra B.Dado que el imn se rige al concepto de campo magntico de la tierra y este a su vezsolo puede tener polos norte y sur entonces el imn solo posee dos polos como la tierra.

9. Actualmente se cree que los llamados fenmenos magnticos proceden delas fuerzas originadas entre cargas elctricas en movimiento?

Cada electrn es, por su naturaleza, un pequeo imn (tiene momento dipolar magntico electrnico) . Ordinariamente, innumerables electrones de un material estnorientados aleatoriamente en diferentes direcciones, pero en un imn casi todos loselectrones tienden a orientarse en la misma direccin, creando una fuerza magnticagrande o pequea dependiendo del nmero de electrones que estn orientados.

Adems del campo magntico intrnseco del electrn, algunas veces hay que contartambin con el campo magntico debido al movimiento orbital del electrn alrededor delncleo. Este efecto es anlogo al campo generado por una corriente elctrica circulandopor una bobina. De nuevo, en general, el movimiento de los electrones no da lugar a uncampo magntico en el material, pero en ciertas condiciones, los movimientos puedenalinearse y producir un campo magntico total medible.

El comportamiento magntico de un material puede variar enormemente, dependiendode la estructura del material, y particularmente de la configuracin electrnica.

10. Se denomina solenoide a cualquier conjunto de conductores concorriente?

Un solenoide es definido como una bobina de forma cilndrica que cuenta con un hilode material conductor enrollada sobre si a fin de que, con el paso de la corrienteelctrica, se genere un intenso campo elctrico. Cuando este campo magntico aparececomienza a operar como un imn.

La funcin principal de un solenoide es activar una vlvula que lleva su mismo nombre,la vlvula solenoide. Esta vlvula opera de acuerdo a los pulsos elctricos de suapertura y de su cierre.

Para hacer que uno de estos dispositivos cumpla sus funciones, es necesario aplicacorriente positiva a uno de sus terminales. Se aplican cargas positivas y no negativas yaque esta ltima est aplicada en el momento en que se instala, en la tierra. En el nicocaso en que este principio no es aplicable, es para los motores de arranque. Estosmotores son controlados por un interruptor, o switch, que impide que el vehculocomience a movilizarse a menos que ste se encuentre en neutro o en parking. Esteinterruptor est ubicado en la transmisin del vehculo y est conectado elctricamentea fin de que se mueva junto al movimiento de la palanca de cambios.

Es importante mencionar que existen varios tipos de solenoide, por lo que es lgico quesu instalacin y conexin tambin vare. No obstante, ya se trate de un solenoide uotro, y se le den usos diferentes, todos ellos operan bajo el mismo principio explicadoanteriormente.

VI. CONCLUSIONES.-

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FISICA III____________________________ FISICA III____________________________ Concluida esta prctica el alumno podr saber un pocoms sobre la influencia de los polos terrestres en los

campos magnticos de los materiales.Al trmino de la practica los alumnos conocern mas acerca de las

caractersticas de los materiales imantados.

VII. BIBLIOGRAFIAS.-

Raymond A. Serway, Fsica , Tomo II. McGraw-Hill. 5ta. Edicin, 2003.

Sears, Francis; Zemansky, Mark W.,Young, Hugh, Fsica Universitaria ,Vol. 2. Addison Wesley. 11ava. Ed. 2004.

WWW. mx.answers.yahoo.com/question/index

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