Produccion de Campos Magneticos - Blog de ESPOL

ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL
INSTITUTO DE CIENCIAS FÍSICAS
LABORATORIO DE FISICA C
Título de la práctica:
PRODUCCION DE CAMPOS MAGNETICOS
Nombre del profesor:
ING. RICHARD PILOZO
Estudiante:
NESTOR FRANCISCO RODRIGUEZ REGALADO
Paralelo:
19
Fecha de entrega:
LUNES, 13 DE AGOSTO DEL 2012
PRODUCCIÓN DE CAMPOS MAGNÉTICOS
Resumen:
En la experimentación concerniente al tema de producción de campos magnéticos,
demostramos a través de varios experimentos, que un material con carga en movimiento
produce un campo eléctrico y magnético a su alrededor, evidenciado en la desviación de la
brújula (obtención de campos magnéticos utilizando corriente continua, Campo magnético
de un solenoide), y que en un electroimán es capaz de interactuar con otro imán de distinta
o igual naturaleza de creación (Interacciones entre campos magnéticos); además de esto
también determinamos que una bobina también aporta con resistencia y que dependiendo
de la fuente a la que se conecte se generan campos magnéticos que pueden o no cambiar la
resistencia calculada de acuerdo al núcleo que contenga dicha bobina (Calculo de la
resistencia de las bobinas con diferentes núcleos), también descubrimos que una campo
magnético es capaz de hacer levitar un anillo si este se encuentra con la intensidad y núcleo
adecuado, este efecto es más visible (Demostración cualitativa de la levitación magnética),
con esto logramos establecer las distintas fuentes de campos magnéticos mas practicas y
utilizadas.
Objetivos:
 Obtener campos magnéticos utilizando corriente continua y corriente alterna.
Introducción:
Una partícula cargada que se mueve en presencia de un campo magnético, suele verse
sometida a una fuerza llamada fuerza de Lorentz. La fuerza depende además del campo
magnético, de la carga eléctrica, de la velocidad de ésta y de la dirección relativa del campo
respecto a la velocidad de la carga.
Podemos
comprobar
que
una
partícula
inicialmente en reposo no experimenta fuerza
magnética. Sin embargo, si está en movimiento,
se ve sometida a una fuerza desviadora que es
perpendicular a la velocidad y al campo
magnético.
LEY DE AMPÈRE
El descubrimiento de Oersted en 1819
respecto al desvió de las agujas de las
brújulas demuestra que un conductor que
lleva una corriente produce un campo
magnético. La figura nos muestra la forma
en que este efecto puede ser demostrado en el
laboratorio,
colocando muchas brújulas pequeñas alrededor de un conductor en un mismo plano.
Ahora
evaluemos
el producto B.ds
para un pequeño elemento de longitud
ds de la trayectoria circular definida
por las agujas de las brújulas, y
sumemos los productos para todos los
elementos alrededor de la trayectoria
circular cerrada. A lo largo de esta
trayectoria, los vectores ds y B son paralelos en cada
punto, así que B.ds=Bds. Además, la magnitud de B es
constante
en
este
círculo
y
está
dada
por
la
ecuación……..Por lo tanto, la suma de los productos Bds a
lo largo de la trayectoria cerrada, que es equivalente a la
integral lineal de B.ds, es:
Donde 2πr es la circunferencia de la trayectoria circular. La integral para cualquier
trayectoria cerrada es igual a μoI donde la corriente total estable que pasa a través de
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cualquier superficie limitada por la trayectoria cerrada.
Proceso Experimental:
Materiales:

Brújula de bolsillo

Plataforma con ruedas

Puente de bajo voltaje

Imán permanente en forma de barra

Cables de conexión

Imán permanente en forma de herradura

Interruptores

Galvanómetros

Reóstato de 33 ohmios

Aro de aluminio

Bobina de 500 espiras

Estativo

Bobina de 1000 espiras

Pinza de mesa

Yugo laminado

Aisladores con soporte

Yugo macizo

Tuercas de sujeción

Núcleo en forma de U

Bobina de aluminio
Actividad N.- 1
Obtención de Campos magnéticos utilizando corriente continúa
Arme un circuito de acuerdo al esquema de la
figura 2. Prediga el sentido en que girara la
brújula cuando fluya corriente por el conductor
ab al conectar el interruptor S de la figura 2.
Cierre el interruptor S, ¿su predicción fue
acertada?
Actividad N.- 2
Campo magnético de un solenoide
Arme el dispositivo como se muestra en la figura 7 y 8
 Conecte el interruptor S, observe el movimiento de la brújula
 Desconecte
el
interruptor S, invierta
la
polaridad
de
la
fuente
 Conecte
nuevamente
el interruptor 8
Actividad N.- 3
Interacciones entre campos magnéticos
Arme el equipo como se señala en la
figura 11. Mantenga la distancia entre la
bobina y el imán permanente en 0.5 cm, la
corriente 1.0 A. conecte y desconecte el
interruptor S, describa lo que observa.
Repita
polaridad de la fuente.
Actividad N.- 4
Calculo de la resistencia de las bobinas con
diferentes núcleos, a partir de los valores
medidos de tensión y corriente.
Arme el circuito de acuerdo con la figura 13 y
llene las tablas d.1 y d.2 que aparecen en el
informe.
este
proceso
invirtiendo
la
Actividad N.- 5
Demostración cualitativa de la levitación
magnética (Anillo de Thompson)
Arme el circuito de acuerdo con la figura 14.
Aumente
totalmente la
tensión de la
fuente hasta
que el anillo metálico se suspenda en el aire. Registre sus
observaciones.
Resultados:
Actividad N.- 1
Obtención de Campos magnéticos utilizando corriente
continúa
¿En qué sentido giró la brújula?
Al conectar el circuito la brújula giro de un lado a otro,
para luego hice ubicando de una forma perpendicular a
el sentido de la corriente que circulaba en el cable
conector ab, entre más energía se aplicaba mas perpendicular se tornaba la brújula.
Actividad N.- 2
Campo magnético de un solenoide
¿En qué sentido giró la brújula?
La brújula se sentía atraída o repelida por el solenoide, esto
dependía principalmente de la polaridad de la fuente, si se coloca
el negativo lo atrae hacia el norte y el positivo se repelen en la
misma dirección.
Actividad N.- 3
Interacciones entre campos magnéticos
¿Qué sucedió entre el imán y la bobina al conectar el interruptor?
Se produjo un campo magnético y al tener un aumento de la
corriente, en el circuito también cambiaba esta y por lo tanto existía
una atracción o una repulsión entre los campos, es decir cuando se
acercaba el lado rojo del imán por la derecha y al ponerlo por la
izquierda atraía a la bobina y al poner el otro lado del imán pasaba
lo contrario.
¿Qué sucedió entre el imán y la bobina al invertir la polaridad de la fuente?
Paso lo contario a lo señalado anteriormente, o sea al acercar el lado rojo del imán por la
derecha lo atraía y por la izquierda lo repelía.
Actividad N.- 4
Calculo de la resistencia de las bobinas con diferentes núcleos, a partir de los valores
medidos de tensión y corriente.
TABLA 1 Tensión continúa
Núcleo
V(V) I(A) R(Ω)
Aire
5.0
0.45 11.11
Fe (yugo)
5.0
0.45 11.11
TABLA 2 Tensión alterna
R(Ω)
Núcleo
V(V) I(A)
Aire
5.0
0.013 384.62
Fe (yugo)
5.0
0.035 142.86
Actividad N.- 5
Demostración cualitativa de la levitación magnética (Anillo de
Thompson)
Observaciones al realizar la levitación magnética
El anillo metálico se elevaba hacia una cierta altura al encender
el aparato, es decir estos eran repelidos hacia arriba debido a las
fuerzas magnéticas que se dirigían hacia ese sentido, y al
aumentar la corriente el anillo se elevaba mas porque existía una
mayor fuerza magnética, si se disminuía sucedía lo contrario.
Análisis General de la práctica:
a) ¿Cuál será el sentido de rotación de la brújula al conectar el interruptor S, si antes
de hacerlo la pone perpendicular al conductor AB de la figura 2? Justifique su
respuesta.
Su sentido de rotación depende de cómo estén orientados los polos, si está orientada el
sur y luego el norte, esta brújula esta en equilibrio una vez que encendamos el
interruptor, si se coloca al contrario, giraría en sentido de las agujas del reloj, debido a
que existe la componente del campo terrestre, que le ayuda en su movimiento.
b) ¿Cuál sería el sentido de rotación de la brújula al conectar el interruptor S, si
antes de hacerlo la pone paralelo al conductor AB de la figura 2? Justifique su
respuesta
De igual forma a lo anterior girara en sentido contrario a las agujas del reloj.
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c) ¿Explique la levitación magnética del anillo de Thompson?
Simplemente se crea un polo sur entrando al yugo, la fem inducida esta en el sentido
opuesto a las agujas del reloj en este caso, la cual crea una corriente inducida que hace q
el anillo levite
Discusión:
En este experimento tuvimos varias actividades por analizar, aunque todas llegaban a un
tema específico que era la creación de campos magnéticos. En la primera parte de la
práctica utilizamos corriente continua para crear un campo magnético y observamos que la
brújula se ponía perpendicular a la dirección de circulación de la corriente, y al invertir la
polaridad la brújula se movía en la dirección contraria, también analizamos que, si el
campo de la tierra hubiese sido mayor al de la aguja, esta no se hubiese movido.
En la parte del campo magnético de un solenoide notamos que se forma un campo
magnético debido a la corriente del solenoide, por lo que si la corriente se dirigía a la
derecha la brújula se alineaba con respecto al campo magnético, pero si la corriente se
cambia de polaridad, el campo magnético también cambiaba su dirección por lo tanto la
brújula también.
En la parte de interacción de campos magnéticos se utilizo principalmente la regla de la
mano derecha para verificar en qué sentido iba la corriente del imán, si el sentido entre las
corrientes de imán y de la bobina eran el mismo existía una atracción, pero si eran lo
contrario existía una repulsión.
En la penúltima parte hicimos el cálculo de las resistencias de diferentes núcleos, a partir
de sus valores de tensión y de corriente, y en esta parte notamos que si se aplica una
corriente continua a un inductor, este se comporta como un corto circuito y deja circular la
corriente a través de ella sin que exista resistencia, pero al aplicar una corriente alterna la
bobina actúa como una resistencia que se opone al flujo de la corriente, a este valor se lo
conoce como reactancia inductiva.
En la última parte de la práctica hicimos de la demostración cualitativa de la levitación
magnética o también conocida como el anillo de Thompson, para esto utilizamos un aro de
aluminio, y al momento de encender el circuito este se alineo de una dirección contraria a
la del campo magnético, por lo que existió una levitación en este, y notamos que mientras
más aumentaba la corriente, este mas levitaba.
Conclusiones:
 Tomando en cuenta todo lo analizado en este informe podemos concluir que existen
múltiples maneras de crear un campo magnético, entre ellas pudimos experimentar con
algunas de las dos, montando circuitos que usan corriente alterna y corriente continua, un
electroimán es mucho mas resistivo si se lo somete a una tensión alterna, además de esto
su campo es aun mucho más intenso que el que colocamos en corriente continua, esto se
debe a que en la corriente alterna la intensidad fluye de una manera variada, es decir se
altera la corriente, las bobinas se auto inducen, y se crean campos magnéticos mucho más
fuertes que en corriente continua donde no sucede la autoinducción, teóricamente
hablando, además de esto se debe recalcar que si la brújula se encuentra en un
campo magnético mucho más fuerte que el de la Tierra, esta se desvía, esta es la razón
física por la cual se pierden los navegantes y aviones en la zona del triangulo de las
bermudas, se cree que en este lugar existe un cuerpo celeste exterior (meteorito) que
crea su propio campo magnético. Podemos decir también que la interacción magnética
se produce entre electroimanes e imanes naturales, sin importar de donde se creó.
Bibliografía:
-
www.wikipedia.com
-
Libro “Física Universitaria” – Sears, Semansky, Young. 11ª Edición Volumen 2
-
Guia de laboratorio de Fisica C