FUERZA MAGNÉTICA Y CAMPO MAGNÉTICA
Enviado por Alemar10 • 10 de Julio de 2020 • Informes • 1.730 Palabras (7 Páginas) • 104 Visitas
[pic 1]EXPERIENCIA 8
FUERZA MAGNÉTICA Y CAMPO MAGNÉTICA
A. Lemus, A. Manotas, C. Mercado, E. Monterroza, S. Vilaró
Laboratorio de Física Electromagnética
Facultad de Ingeniería
19 – 03 – 2020
Resumen[pic 2]
Las interacciones magnéticas son fundamentalmente interacciones entre partículas con carga en movimiento; estas interacciones se describen mediante el campo magnético. En este informe de laboratorio se estudia el campo magnético y la fuerza magnética. Para cada estudio se realizó un montaje experimental diferente. Se midió la fuerza magnética en función de la intensidad de corriente, del largo de una espira conductora y en función del ángulo formado por la dirección del campo magnético y la intensidad de corriente. Con esto pudo comprobarse la relación lineal entre la fuerza magnética con la longitud y la corriente. Por otro lado, se determinó la variación del campo magnético generado por un solenoide con la distancia, la intensidad de corriente y el número de espiras. Con este último pudo comprobarse que el campo al interior de un solenoide es prácticamente uniforme.
Palabras claves: solenoide, campo magnético, fuerza magnética.
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- Introducción
Todo el mundo utiliza las fuerzas magnéticas. Están en el corazón de los motores eléctricos, cinescopios de televisión, hornos microondas, altavoces, impresoras de computadora y unidades de disco. Los aspectos más conocidos del magnetismo son los asociados con los imanes permanentes, los cuales atraen objetos de hierro no magnetizados y también atraen o repelen otros imanes. Una aguja de brújula que se alinea con el magnetismo de la Tierra es un ejemplo de esa interacción. Pero la naturaleza fundamental del magnetismo es la interacción de cargas eléctricas en movimiento. Los fenómenos magnéticos se observaron por primera vez hace al menos 2500 años, en fragmentos de mineral de hierro magnetizado. Estos fragmentos eran ejemplo de lo que hoy se conoce como imanes permanentes y que pueden encontrarse en la puerta del refrigerador.
Las fuerzas magnéticas entre dos cuerpos se deben fundamentalmente a las interacciones entre los electrones en movimiento de los átomos del cuerpo. En el interior de un cuerpo magnetizado, como un imán permanente, existe un movimiento coordinado de ciertos electrones atómicos; en un cuerpo no magnetizado estos movimientos no son coordinados.
¿Qué es un campo magnético?
Un campo magnético es la representación matemática del modo que las fuerzas magnéticas se distribuyen en el espacio que circunda a una fuente magnética. Esta fuente puede ser un imán, una carga en movimiento o una corriente eléctrica (muchas cargas en movimiento). Siempre que exista alguno de estos elementos, habrá un campo magnético a su alrededor, es decir, un campo de fuerzas magnéticas. Fuera de este campo no hay efectos magnéticos.
- Marco teórico
Fuerza magnética
Considerando un conductor en el seno de un campo magnético. Se toma un del conductor en la dirección de la intensidad. Las cargas se desplazan con una velocidad y por tanto el tiempo que tarda en recorrer la longitud del segmento es [pic 4][pic 5][pic 6]
Utilizando la fuerza de Lorentz
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Integrando la ecuación anterior se llega a la expresión de la fuerza de un campo uniforme sobre un conductor rectilíneo
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donde es la corriente, la longitud del alambre y el campo magnético.[pic 11][pic 12][pic 13]
Campo magnético
Un solenoide es un espiral de un material conductor que tiene la capacidad de generar un campo magnético en su interior a través de la aplicación de una corriente eléctrica.
La intensidad del campo magnético en el interior de un solenoide ideal se puede determinar teóricamente haciendo uso de la Ley de Ampere
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Donde es la permeabilidad magnética del material que se encuentra en el interior del solenoide, es la intensidad de corriente, es el número de espiras que constituyen el solenoide y es la longitud total del solenoide.[pic 16][pic 17][pic 18][pic 19]
- Métodos experimentales
① Fuerza magnética
Se midió la fuerza generada por la corriente y el campo magnético, para esto se hizo uso de un montaje experimental como el mostrado en la figura 1, que constaba de un juego de espirales, un sensor de fuerza, un newtómetro, un imán en forma de herradura y una fuente de corriente.
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Figura 1. Montaje experimental para la determinación de fuerza magnética.
Esta primera parte de la experiencia se dividió en tres partes, en todas se midió la fuerza magnética, pero variando diferentes parámetros de la ecuación (1) en cada una.
- Fuerza magnética en función de la longitud [pic 21]
Se mantuvo constante el ángulo y la corriente . Se utilizaron 4 espiras de longitudes 1, 2, 4, 8 cm. Para cada espira se tomó el valor de la fuerza magnética. [pic 22][pic 23]
- Fuerza magnética en función de la corriente [pic 24]
Se mantuvo constante el ángulo y la longitud . Se varió la corriente desde 0 hasta 5 V cada 0,5 V y se determinó la fuerza para cada valor de .[pic 25][pic 26][pic 27]
- Fuerza magnética en función del ángulo [pic 28]
Se mantuvo constante la corriente y la longitud . Iniciando con el imán a un ángulo de 0°, se tomó el valor de la fuerza para todos los ángulos cada 30° hasta completar los 360°.[pic 29][pic 30]
② Campo magnético
Para determinar el campo magnético al interior de un solenoide se necesitó una bobina con diferente número de espiras, una fuente de voltaje y un teslámetro.
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Figura 2. Montaje experimental para la medida del campo magnético.
(Imagen tomada de: Guías de laboratorio, física electromagnética, Guía No. 8)
Al igual que en la primera parte, esta constó también de tres partes, en todas se midió el campo magnético.
- Campo magnético en función del número de espiras en la bobina.
Se mantuvo constante la corriente . Se varió el número de espiras (130, 260, 390, 520, 650) y se tomó el valor del campo para cada una de estas.[pic 32][pic 33]
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