Medida de campo magnético
JUAN DAVID MOSQUERA FLORInforme18 de Marzo de 2025
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MEDIDA DE CAMPO MAGNÉTICO
Fabian Alexis Manzano Silva (2181359), Juan David Mosquera Flor (2177623), Yohan Alexander Urbano Ñañez (2182879) Departamento, Universidad del Valle, Cali, Colombia
3/12/2024
En este laboratorio se llevó a cabo un estudio del campo magnético generado por bobinas de Helmholtz y solenoides al hacer circular corriente a través de ellos. Se utilizó una sonda Hall para medir el campo magnético en función de la posición a lo largo del eje axial de las bobinas. Las mediciones se realizaron variando la corriente y registrando los valores de campo magnético en diferentes posiciones.
Los resultados confirmaron que el campo magnético es directamente proporcional a la corriente que circula por el conductor. Además, se observó que la geometría del conductor influye en la forma del campo, siendo más intenso y uniforme en el interior de la bobina. Se verificó que el campo magnético disminuye con la distancia al conductor, conforme a la relación inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. Aunque los resultados experimentales validan los conceptos teóricos del electromagnetismo, se identificaron posibles discrepancias debido a errores sistemáticos y condiciones no ideales del experimento.
Palabras clave: Campo magnético, Bobinas de Helmholtz, Solenoides, Corriente, Sonda Hall, Electromagnetismo.[pic 1]
𝐵 = 𝜇0𝑁𝑎2𝐼[pic 2][pic 3]
(1)
INTRODUCCIÓN
Un campo magnético es una región del espacio donde una fuerza actúa sobre objetos con carga eléctrica en movimiento. Esta fuerza magnética se manifiesta de diversas formas, desde la atracción y repulsión entre imanes hasta la influencia en la dirección de corrientes eléctricas (Educación e investigación, n.a.).
El objetivo de este laboratorio es estudiar los
[pic 4]
2(𝑦2+𝑎2)2
En la cual y hace referencia la distancia que hay del punto donde se mide el campo al centro de la bobina, en caso tal que se mida el campo magnético en el centro de la bobina, el campo magnético estará dado por la expresión:
Ecuación 2. Campo magnético en el centro de una bobina.
campos magnéticos generados por una corriente eléctrica, analizar el comportamiento del campo
𝐵 = 𝜇0𝑁𝐼
2𝑎
(2)
magnético (B) en función de la posición a lo largo de un eje axial y determinar experimentalmente el valor de la permeabilidad magnética del vacío µ0.
La hipótesis planteada es que la intensidad del campo magnético generado por una bobina es directamente proporcional a la corriente eléctrica que la atraviesa y al número de espiras, mientras que disminuye con el cuadrado de la distancia desde su centro.
MARCO TEÓRICO
Los fundamentos teóricos usados en el laboratorio, fue los siguientes:
La magnitud del campo magnético creado por bobina de radio a y N número de espiras por donde
Donde µ0 hace referencia a la permeabilidad magnética del vacío.
Si se tienen dos bobinas iguales con eje común, el campo magnético en cualquier punto sobre el eje de estas es la suma vectorial del campo creado por cada bobina. Si las bobinas están separadas una distancia d, se coloca el origen de coordenadas en la mitad de los centros de las bobinas, de esta forma las posiciones de los centros de las bobinas son: y=-d/2 y y=+d/2, el campo magnético en cualquier punto de coordenada y con respecto al origen de coordenadas está dado por la expresión:
Ecuación 3. Campo magnético creado por dos bobinas iguales con un eje común.
𝐵 = 𝜇𝑜𝑁 𝑎2𝐼 [ 1 + 1 ] (3)
circula una corriente I en cualquier punto sobre el eje está dada por la expresión:
Ecuación 1. Magnitud de campo magnético creado por
[pic 5]
2 𝑑 2 2[pic 6][pic 7][pic 8]
((𝑦+2) +𝑎 )[pic 9]
3
[pic 10]
((𝑦−𝑑)2+𝑎2 2
2[pic 11][pic 12]
una bobina en cualquier punto sobre el eje de esta.
Existen dos configuraciones de bobinas que generan campos magnéticos, La configuración Helmholtz, donde dos bobinas son colocadas sobre el mismo eje a
una distancia entre centros igual al radio de las bobinas. El campo magnético es aproximadamente uniforme en la región entre las bobinas y su magnitud está dada por la ecuación:
Ecuación 4. Campo magnético para una configuración de bobinas Helmholtz.
coordenadas). Se midió el campo magnético B a diferentes distancias y desde el centro, variando la posición de la sonda a lo largo del eje axial y registrando los valores de B en función de la distancia y.
𝐵 = 8𝜇0𝑁𝐼[pic 13]
5√5𝑎
(4)
Al finalizar las mediciones con la bobina de
Helmholtz, se procedió a repetir el mismo procedimiento con el solenoide de 500 espiras. Se
La segunda configuración, conocida como solenoide,
está conformada por un alambre enrolladlo de N número de espiras, el campo magnético en la región central del solenoide esta dado por la expresión:
Ecuación 5. Campo magnético en el centro de un solenoide.
𝐵 = 𝜇0𝑛𝐼 (5)
Donde n es igual al número de espiras dividido entre L (longitud total que ocupan las espiras).
En cualquier otro punto del eje y dentro del solenoide, con longitud en y desde –c hasta b el campo magnético esta dado por la expresión:
Ecuación 6. Campo magnético en cualquier punto al interior de un solenoide.[pic 14]
desconectó la bobina de Helmholtz y se conectó el solenoide, asegurándose de que la sonda Hall estuviera ubicada en el centro de la configuración. Nuevamente, se registraron los valores del campo magnético B a diferentes intensidades de corriente I, así como los valores de B en función de la distancia y, manteniendo un registro detallado de las mediciones.
Al concluir las mediciones para ambas configuraciones, se graficaron los valores de B en función de I y se calculó la pendiente de las gráficas para determinar la permeabilidad magnética μ0 experimental.
1
𝐵 = 2 𝜇0𝑛𝐼 ([pic 15][pic 16]
𝑏 𝑐
2 + 𝑎 + 2[pic 17][pic 18]
) (6)
DISCUSION Y ANALISIS DE LOS
- METODOLOGÍA
√𝑏
√𝑐 +𝑎
RESULTADOS
Para el registro de los datos experimentales se utilizaron un multímetro y una Sonda Hall para la medición de la corriente y el campo magnético tanto
En la práctica de laboratorio, se llevó a cabo un experimento para medir el campo magnético generado por corrientes eléctricas en una bobina de Helmholtz de 154 espiras y un solenoide de 500 espiras, utilizando una sonda Hall. El procedimiento comenzó con la conexión de la sonda Hall en serie con una fuente de poder y un multímetro configurado como amperímetro. Antes de encender la fuente de poder, se verificó que el circuito estuviera correctamente montado, asegurándose de que la bobina de Helmholtz estuviera bien conectada. Este paso fue supervisado por el profesor para garantizar la seguridad y la correcta configuración del experimento.
Una vez confirmado el montaje, se logró identificar la dirección de la corriente que circulaba por la bobina, lo que permitió conocer el sentido del vector del campo magnético B. Se colocó la sonda Hall en el eje de simetría de la bobina de Helmholtz y se registraron los valores del campo magnético B a diferentes intensidades de corriente I. Se llevó un registro meticuloso de las mediciones en una tabla, anotando tanto la corriente I como el campo magnético B correspondiente.
A continuación, se colocó la sonda Hall en el eje de simetría de la bobina o el solenoide, comenzando desde el centro (definido como el origen de
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