Estudio del campo magnético producido por diferentes configuraciones de corriente

ESTUDIO DEL CAMPO MAGNÉTICO PRODUCIDO POR DIFERENTES CONFIGURACIONES DE CORRIENTE. 1

JHON ERIZON CHAVEZ SANCHEZ - 2212234 – ING. ELECTRONICA.

MANUEL FELIPE ROMAN - 2212251 - ING. ELECTRONICA.

KAROL VALENTINA ACOSTA PARDO - 2212055 - ING. ELECTRICA.

“No hay nada nuevo por descubrir en la física actualmente.

 Lo único que queda es tener mediciones más precisas.”

William Thomson Kelvin

RESUMEN

En la presente práctica, se pretende determinar el campo magnético generado por una configuración rectilínea, una configuración circular y dos tipos de solenoide: industrial y artesanal. Para ello, es de vital importancia reconocer que un campo magnético es aquel que se genera mediante el movimiento de una carga o corriente eléctrica, este espacio permite que se pueda ejercer una fuerza hacía otra carga u corriente próxima, la cual posee dirección y magnitud. De esta manera, mediante la ley de Biot y Savart, se pretende demostrar la relación entre intensidad de corriente y campo magnético. Para ello, se parte de la experimentación, donde, con ayuda de un sensor de campo (teslámetro) y una fuente, es posible aplicar y medir el campo magnético a través de una corriente aplicada en la toma de cuatro muestras. Inicialmente, se toman las muestras de una configuración rectilínea (hilo finito), donde se determina que la permeabilidad magnética puede obtenerse calculando la pendiente B(T) vs I(A) multiplicada por 2 *pi* por la sección de la configuración. Por otro lado, se toman las muestras del campo magnético en una configuración circular, teniendo en cuenta que este posee un radio, se analiza que la permeabilidad magnética experimental puede determinarse a través de la pendiente B(T) vs I(A) multiplicada por 2 *pi* por el radio de la espira.

Reporte de investigación grupo H3A, presentado al profesor JESUS LOPEZ en la asignatura de Laboratorio de Física 2. Fecha: 5 FEBRERO de 2023

Así mismo, se toman dos tipos de solenoide: industrial y artesanal, para ello se toma en cuenta el número de espiras y la longitud del elemento; de manera que, para el solenoide artesanal se establece el número de espiras experimental mediante la pendiente B(T) vs I(A) multiplicada por la longitud sobre la permeabilidad magnética; adicionalmente, en el solenoide industrial se determina la permeabilidad mediante la pendiente B(T) vs I(A) multiplicada por la longitud sobre el número de espiras. Finalmente, se analizan los datos obtenidos experimentalmente con los datos analizados teóricamente, obteniendo márgenes de error relativamente cercanos. Sin embargo, se logró evidenciar la ley de Biot Savart, lo que permitió hallar exitosamente la permeabilidad en cada configuración.

INTRODUCCIÓN

Toda carga eléctrica en movimiento, o corriente eléctrica genera un campo magnético circundante, el cual ha sido estudiado a lo largo del tiempo, y con ello, han aparecido nombres conocidos como lo son Jean-Baptiste Biot y Felix Savart, quienes experimentaron con fuerzas eléctricas ejercidas sobre un imán cercano. Los campos eléctricos tienen un gran uso en la tecnología moderna, pues va desde la maquinaria industrial, hasta la carga inalámbrica de un teléfono móvil, por lo tanto, es importante comprender su comportamiento y aplicaciones. En esta práctica de laboratorio se pretende estudiar el campo magnético que genera una corriente al circular por distintas configuraciones, las cuales cuentan con diferente composición y forma; algo que es muy importante, pues el campo magnético inducido por una corriente depende directamente de la geometría del conductor.

Por esta razón, se tendrán en cuenta tres tipos distintos de conductor (rectilíneo, espiral y solenoide) todos aportan un campo diferente, ya que se cuentan con geometría y diferentes valores de campo. A lo largo de la práctica, se demuestra que la permeabilidad magnética del espacio libre, la cual resulta de tres ecuaciones diferentes (depende de la geometría del conductor) y la pendiente de la recta entre el campo magnético (B) y la corriente (A).

Para esta prueba de laboratorio, se destaca el uso del teslámetro, el cual puede medir el campo magnético generado por un conductor, ya que cada conductor cuenta con geometrías diferentes se debe usar también un sensor para cada montaje (radial y tangencial) una fuente de poder, la cual suministra una corriente escalable y que genera un campo magnético en el conductor, y por último los conductores en sí, los cuales dan la posibilidad de medir el campo magnético de cada geometría de conductor, la cual cambia con la forma de conductor.

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 Este informe de laboratorio, está dividido en 6 componentes principales: metodología y equipo: consta principalmente de la parte experimental, donde se toman datos de valores de campo eléctrico(BT) con el teslámetro, corriente (A) con la fuente, pero también con un amperímetro de respaldo; Tratamiento de datos: manejo y procesamiento de los datos obtenidos, por medio de las diferentes ecuaciones para cada geometría de conductor; Análisis de resultados: ordenamiento y procesamiento de los datos y resultados obtenidos, para así poder llegar a una conclusión; Conclusiones: decisión final tomada sobre los datos obtenidos, con la intención de encontrar la pendiente de la recta en la gráfica de campo y corriente, la cual simboliza la permeabilidad magnética del espacio libre y es el objetivo principal de este laboratorio.

METODOLOGÍA

Para la correcta ejecución del laboratorio, es fundamental reconocer conceptos relacionados a la electrodinámica, más específicamente acerca de cómo se puede generar un campo magnético a través de las cargas en movimiento y como este puede ejercer una fuerza. Para ello, se toman las muestras del campo eléctrico generado en una configuración rectilínea (hilo finito), configuración circular y un solenoide: industrial y artesanal. Para ello, se establece el uso del teslámetro (sonda tangencial o axial) y fuente de corriente. Para ello, es de vital importancia verificar la configuración y sonda a utilizar, llevando su número a cero. Adicionalmente, para evitar daños en los elementos, se comienza la medición en valores de corriente altos que disminuyen progresivamente; asegurando que la corriente sea cero amperios al final de cada toma de muestras.

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