Campo Magnetico

Campo magnético de una corriente rectilínea

1. Objetivo

El objetivo de esta práctica es la determinación de la permeabilidad, tomando como dato el comportamiento del campo magnético variando la distancia de la medida, y la intensidad de la corriente.

2. Material

El material necesario para la realización de esta práctica es:

Galgas calibradas (±0.05 mm)

Hilo conductor grueso

Fuente de alimentación

Amperímetro (± 1 A)

Teslámetro con sonda (± 0.01 mT)

3. Fundamento teórico

Hans Oersted estaba preparando su clase de física en la Universidad de Copenhague, cuando al mover una brújula cerca de un cable que conducía corriente eléctrica notó que la aguja se deflactaba hasta quedar en una posición perpendicular a la dirección del cable. Más tarde repitió el experimento una gran cantidad de veces, confirmando el fenómeno. Por primera vez se había hallado una conexión entre la electricidad y el magnetismo, en un accidente que puede considerarse como el nacimiento del electromagnetismo.

Del experimento de Oersted se deduce que;

Una carga en movimiento crea un campo magnético en el espacio que lo rodea.

Una corriente eléctrica que circula por un conductor genera a su alrededor un campo magnético cuya intensidad depende de la intensidad de la corriente eléctrica y de la distancia del conductor

El resultado del experimento de Oersted indica que el campo magnético producido por una corriente rectilínea es perpendicular a dicha corriente. Además, el magnetismo natural muestra que las líneas de fuerza son cerradas en todas las experiencias. Por lo tanto, teniendo en cuenta la geometría de la situación, es lógico plantear que las líneas del campo deben ser circunferencias contenidas en planos perpendiculares a la corriente y con el centro en el conductor.

En cuanto al valor de la inducción magnética del campo creado por una corriente rectilínea, viene determinada por:

B=(μ_0 I)/2πd

Donde μ0 es la permeabilidad magnética del aire, I es la intensidad de corriente, d la distancia entre el punto donde se mide el campo magnético y el centro del hilo.

4. Procedimiento

Primero debemos hacer el montaje experimental, para medir el campo necesitamos que la corriente que circula por el hilo conductor no sea demasiado débil, ya que si no sería más difícil de medir (aproximadamente 60 A), la corriente circula por el hilo conductor y crea un campo magnético cuyas líneas de campo son circunferencias concéntricas con el conductor y en un plano perpendicular al mismo. Este campo magnético B lo medimos con el teslámetro que consta de una sonda Hall, la cual acercamos al hilo conductor, como la sonda es muy sensible tiene un tubo que la protege, en cada sonda está indicada la distancia d0 que hay del extremo del tubo al centro de la sonda, en nuestro caso 7.6 mm.

Para calibrar el teslámetro, encendemos el aparato y sin que pase corriente lo ajustamos a 0 mT. Una vez encendemos la fuente de alimentación la intensidad se mide con un amperímetro de pinza que colocamos alrededor del hilo conductor sin que lo toque.

La distancia d que nos pide en la formula es la distancia entre el tubo que protege la sonda y el hilo conductor, que la mediremos con galgas calibradas (cuantas más galgas usamos mas error acumulamos), a esa medida se le suma la d0 que hay entre el tubo y la sonda y el radio del hilo conductor 2.05 mm.

4.1 Medida del campo magnético variando la distancia

Vamos a medir el campo magnético variando la distancia de la sonda, dejando la intensidad constante en 60A, para ello primero colocamos la sonda pegada al hilo conductor (d=d0+2.05mm) y vamos aumentando la distancia hasta 20 mm. Nos daremos cuenta que el campo magnético disminuye según aumentas la distancia, por esto después representaremos el campo magnético B frente a la inversa de la distancia 1/d.

Los datos obtenidos son:

d Medida (m) d total (m) 1/d (m-1) B (T)

0 9,65E-003 103,63 1,19E-003

3,05E-003 1,27E-002 78,74 8,60E-004

6,10E-003 1,58E-002 63,49 7,00E-004

9,80E-003 1,95E-002 51,41 5,20E-004

1,50E-002 2,47E-002 40,57 4,00E-004

2,02E-002 2,98E-002 33,56 3,30E-004

Para calcular el error de 1/d debemos de saber los errores que acumula d, porque como ya he mencionado antes, dependiendo del número de galgas utilizadas este error aumenta. El error de d lo obtenemos por propagación de errores, cada galga tiene un error de 0.05 mm y sabemos que d0 (la distancia de la sonda) tiene un error de medida de 0.05 mm y el radio del hilo conductor igual.

Por lo tanto el error de 1/d se calcula:

d ± Δd ; 1/d ± Δd/d2

Tabla de errores:

d ± Δd (m) 1/d ± Δd/d2 (m-1) B ± ΔB (T)

(9,6 ± 0,1)E-3 103 ± 1 (1,19 ± 0,01)E-3

(12,7 ± 0,2)E-3 78,7 ± 0,9 (0,86 ± 0,01)E-3

(15,8 ± 0,2)E-3 63,5 ± 0,8 (0,70 ± 0,01)E-3

(19,4 ± 0,2)E-3 51,4 ± 0,4 (0,52 ± 0,01)E-3

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