Balanza de Lorentz

Universidad Manuela Beltrán. Rodríguez, Rodríguez, Bosa, Latorre, Rincón. Balanza de Corriente

^[1] 

BALANZA DE CORRIENTE

Rodríguez, Santiago., Rodríguez, Fabian., Bosa, Sebastián.,Latorre,Camila., Rincón, Bryant.

99080707807, 1018502408, 1070020296,*** ,1006116892.

Universidad Manuela Beltrán.

Resumen—Se desarrolló un corto trabajo sobre la Balanza de Lorentz en el cual se describe su funcionamiento, la aplicación presencial, los materiales y los resultados que se obtuvieron. Se realizó la balanza durante 3 semanas antes del día de la presentación; en el laboratorio, prestaron los materiales faltantes y el profesor realizó una colaboración al momento de armar el montaje y en la toma de datos para así lograr resultados óptimos.

Palabras Clave. Balanza, Lorentz, Corriente, Actividad aplicativa.

I.HABILIDADES

• Identificar el comportamiento de un campo electromagnético, el sentido de la fuerza que ejerce  en presencia de corriente en baquelas de distintas longitudes mediante la observación y la toma de datos.
• Ser capaz de predecir el cambio en un campo electromagnético modificando las variables del sistema, esto por medio de la relación de fórmulas vistas ya en clases teóricas.
• Aprender a identificar los datos obtenidos mediante la práctica con la balanza de corriente con sus respectivas unidades de medida, aplicando términos aprendidos tanto en práctica como en teoría, de manera que desarrolle la habilidad de explicar el funcionamiento total del montaje con los términos adecuados e ideas concisas. 

II. MARCO TEÓRICO

La balanza de corriente o balanza de Lorentz es un mecanismo que permite medir la fuerza de Lorentz sobre un conductor que lleva corriente en un campo magnético por medio de una balanza. En otras palabras, se busca ver la relación entre fuerza magnética y fuerza eléctrica. La fuerza electromagnética se presenta cuando dos polos interactúan entre sí dependiendo de la velocidad y la dirección del movimiento. (Acevedo, Elva, 2013)

En esta balanza se mide la fuerza que actúa sobre un hilo que transporta corriente en un campo magnético uniforme. Se utilizan baquelitas conductoras de diferente tamaño y se mide la fuerza de Lorentz en función de la intensidad de corriente y del campo. (Universidad de Cantabria, 2010, p,1).

Para determinar la fuerza electromagnética es necesario establecer la fuerza eléctrica y la fuerza magnética, la fuerza eléctrica depende de dos cargas y sus distancias, además depende del signo de cada carga, como es:

[pic 1]

(Ilustracion, Imagen 1, Acevedo, Elva, 2013)

Donde las cargas iguales se repelen y las cargas opuestas se atraen, la ecuación para la fuerza eléctrica es:

[pic 2](1)

         [pic 3](2)

(Ilustración, Imágen 2, Acevedo, Elva, 2013)

Fe, es la fuerza eléctrica

K, es una constante

Q1 y Q2, son las cargas

d o r (dependiendo de los libros), es la distancia entre las cargas

La fuerza magnética se determina por la Ley de Lorentz, esta es consecuencia de la fuerza electromagnética, sucede cuando hay cargas en movimiento en objetos que interactúan, como se menciona antes depende de las cargas de los objetos, se atraen o se repelen. Para encontrar la fuerza magnética hay que tomar una carga q que se mueve a una velocidad v en un campo magnético B.

(Respuestas tips, fuerza electromagnética, s.f. Kan, Academy, 2017, Fuerza Magnética)

La fuerza magnética está descrita por:

 [pic 4](3)

(Lorentz, Hendrik Antoon, 1890; Kan, Academy, 2017, Fuerza Magnética)

La magnitud de la fuerza magnética se puede obtener por el producto en términos del ángulo θ.

[pic 5](4)

(Lorentz, Hendrik Antoon, 1890; Kan, Academy, 2017, Fuerza Magnética)

Finalmente, la fuerza electromagnética se determina por la suma entre la fuerza eléctrica y la fuerza magnética de este modo:

[pic 6] (5)

(Ilustración, Imagen 3, Nave, s.f.)

III.MATERIALES

(Tabla 1, Lista de materiales; Bosa, Sebastián; 2019)

IV. PROCEDIMIENTO REALIZADO

Para la toma de datos usando la balanza de Lorentz fue necesario el instrumento en un soporte vertical ubicado de manera tal que la baquelita conectada en el extremo tuviera la altura ideal para que se encontrara dentro del campo magnético producido por los imanes, además de asegurar que su camino conductor se encontrara más allá los bordes.

[pic 9]

Rincón, B. (2019). Balanza de corriente. [Foto].

[pic 10]

3B Scientific. (2019). Campo Magnético. [Imágen]. Recuperado de http://www.a3bs.com/campo-magnetico.pg_1421.html

Una vez organizado el  montaje, se realizaron dos tomas de datos distintas

Para la primera toma de datos :

1. Se seleccionó la baquela de 8 cm de longitud y se conectó  a la balanza.
2. Se tomaron los datos registrados por la gramera como la fuerza ejercida por la corriente sobre ese campo. electromagnético, los datos fueron tomados con distintas corrientes de manera creciente, empezando desde 0,51 A hasta 3.01 A
3. Con el fin de obtener resultados más precisos,  se invierte la polaridad de la corriente aplicada, de manera que el promedio de los dos valores registrados se convertiría en el valor final, reduciendo así el margen de error de los datos registrados, además, la gramera se taró una vez los imanes generadores de campo se situaron y se despreció esta masa, por tal razón el valor de masa inicial sin corriente en la baquelita se registró como 0.

[pic 11]

Rincon, B. (2019). Balanza tarada con peso de imanes. [Foto].

[pic 12]

Rincon, B. (2019). Balanza conectada a corriente. [Foto].

Para la segunda toma de datos:

1.  Se utilizó una corriente constante y se alternaron las longitudes, para esto se cambiaban las baquelitas, estas en un orden creciente y siguiendo los mismos cuidados y procedimientos que para la primera tabla.
2.  Se conectaron las distintas baquelitas con una corriente de 3A cada una, de igual forma se usó el promedio de los resultados arrojados con la corriente en ambos sentidos para reducir el porcentaje de error en la mayor parte posible y  la balanza se taraba en cada nueva toma de datos .

Si tuviéramos que enumerar un paso a paso de cada una de las tomas de datos, serían los siguientes :

Toma 1:

1. Primero se sitúa la balanza de Lorentz sobre un soporte vertical a una altura tal que coincida con el centro del bloque de imanes.
2. Seguido a esto, se ubica la baquelita en medio de el bloque de imanes, ubicándola dentro del campo electromagnético sin contacto físico con sus bordes.
3. Una vez el montaje se encuentre completo, se tara la gramera para de esta manera colocarla en cero con el peso del bloque de imanes generadores de campo encima.
4. Se conecta la corriente a los brazos de la balanza de manera que se cree un camino para que la corriente viaje de un brazo a otro pasando por el camino de la baquela.
5. Se prueban distintas corrientes sobre la misma baquelita y se registran los cambios en la masa generados con la corriente en ambas direcciones, de esta manera se toma un promedio entre las dos y se obtiene un dato más exacto para posteriormente hacer los cálculos respectivos y hallar la fuerza.
6. Al final se coloca la corriente y el voltaje del generador en cero, se apaga, se desconectan los cables y se retira la baquelita.

Toma 2:

1. Primero se sitúa la balanza de Lorentz sobre un soporte vertical a una altura tal que coincida con el centro del bloque de imanes.
2. Seguido a esto, se ubica la baquelita en medio de el bloque de imanes, ubicándola dentro del campo electromagnético sin contacto físico con sus bordes.
3. Una vez el montaje se encuentre completo, se tara la gramera para de esta manera colocarla en cero con el peso del bloque de imanes generadores de campo encim, esto se realiza cada vez que se cambia de baquelita.
4. Se conecta la corriente a los brazos de la balanza de manera que se cree un camino para que la corriente viaje de un brazo a otro pasando por el camino de la baquela.
5. Con una corriente constante de 3 Amperios se realiza el mismo procedimiento para 6 longitudes distintas, se registra el promedio de las tomas de corriente con ambas polaridades y se hacen los cálculos de fuerza respectivos.
6. Al final se coloca la corriente y el voltaje del generador en cero, se apaga, se desconectan los cables y se retira la baquelita.

V. RESULTADOS Y ANÁLISIS

Todos los datos obtenidos durante la toma están consignados en las siguientes tablas y gráficas.

Tabla 1. Datos de fuerza en función de la corriente

En la  tabla 1 se muestra los datos obtenidos del incremento en la fuerza magnética haciendo variaciones en  la corriente sobre el montaje y dejando una longitud fija, por ejemplo si se aplica una corriente de 3 amperios y una de 0.5 amperios se puede ver que la fuerza magnética es de 1,38E-02 y de 2,40E-03 respectivamente, eso quiere decir que, a mayor corriente, mayor será la fuerza mayor será la fuerza ejercida por el campo electromagnético.

...