Universidad de san Carlos de Guatemala Escuela de Formación de Profesores de Enseñanza Media -EFPEM- Plan: Sabatino Curso: Física 6 Catedrático: Ing. Rubén Rodolfo Pérez Oliva Informe 1 Reflexión en espejos planos. Estudiante Dennis Melquisedec Flores Montecinos 201115665 Samuel Felix Santiago 2008 Walter Estuardo Ordoñez Rojas 200011724 Fecha de entrega: 30 de agosto de 2014. Introducción La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Sólo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si éstos tienen índices de refracción distintos. La refracción se origina en el cambio de velocidad de propagación de la onda. El ángulo de incidencia es el que forma una línea recta al incidir en una superficie con la normal a la superficie en el punto de incidencia. El ángulo de reflexión es el que forma un rayo reflejado con la normal a la superficie del medio en el punto de incidencia. La ley de la reflexión es el principio por el que los rayos de luz y sonido que inciden en una superficie lisa son reflejados por la misma; el ángulo de incidencia es igual al de reflexión y el rayo de incidencia, el reflejado y la normal están en el mismo plano. El ángulo de refracción es el que forma el rayo que pasa de un medio a otro y la normal a la superficie de separación entre ambos medios en el punto de incidencia. La abertura del haz es un ángulo determinado por la incidencia de un haz luminoso sobre un plano. Objetivos Objetivos Generales Utilizar materiales de uso común para recrear el experimento de los cables paralelos. Utilizar conocimientos sobre las fuentes de campos magnéticos en la elaboración de este proyecto. Objetivos Específicos Demostrar la existencia de un campo magnético y una fuerza de atracción o repulsión entre 2 cables con corriente. Identificar la relación entre magnetismo y electricidad. Hipótesis Siempre que hay un flujo de corriente a través de un conductor existe un campo magnético en torno a él, y la dirección de este campo depende del sentido de la corriente eléctrica. La fuerza magnética ejercida entre dos conductores rectilíneos por los que circula una corriente eléctrica está contenida en el plano que forman ambos conductores y es perpendicular a los mismos. Esta fuerza es atractiva cuando las corrientes tienen el mismo sentido y repulsiva si el sentido es opuesto. Marco Teórico La relación entre el campo magnético y una corriente eléctrica está dada por la ley de Ampère. El caso más general, que incluye a la corriente de desplazamiento, lo da la ley de AmpèreMaxwell. En virtud de que una carga en movimiento genera a su alrededor un campo magnético, cuando dos cargas eléctricas se mueven en forma paralela interactúan sus respectivos campos magnéticos y se produce una fuerza magnética entre ellas. La fuerza magnética es de atracción si las cargas que se mueven paralelamente son del mismo signo y se desplazan en igual sentido, o bien. Cuando las cargas son de signo y movimiento contrarios. Evidentemente. La fuerza magnética será de repulsión si las cargas son de igual signo y con diferente sentido. O sin son de signo contrario y su dirección es en el mismo sentido. Si se tienen dos conductores rectilíneos paralelos por los que circulan dos corrientes eléctricas del mismo sentido I1 e I2. Tal y como muestra la figura ambos conductores generarán un campo magnético uno sobre el otro, dando lugar a una fuerza entre ellos. Para calcular el valor de dicha fuerza en primer lugar se obtiene, según la ley de Biot y Savart, el campo magnético producido por el conductor 1 sobre el 2, que vendrá dado por la ecuación: 𝐵1 = 𝜇0 𝐼1 2𝜋𝑟 Este campo magnético, ejerce sobre un segmento L del conductor 2 por el que circula una corriente de intensidad I2: 𝐹1−2 = 𝐼2 𝐿𝐵1 𝑠𝑖𝑛𝜃 Dado que, tal y como se observa en la imagen, el campo magnético es perpendicular al conductor, el ángulo formado en este caso será 𝜃 = 900 , y sustituyendo el valor antes calculado para el campo se obtiene: 𝐹1−2 = 𝐼2 𝐿𝜇0 𝐼1 𝐼1 𝐼2 𝐿 sin 90𝑜 = 𝜇0 2𝜋𝑟 2𝜋𝑟 Si ahora calculáramos la fuerza que ejerce el conductor 2 sobre el conductor 1 llegaríamos exactamente al mismo valor: 𝐹2−1 = 𝐼2 𝐿𝜇0 𝐼2 𝐼1 𝐼2 𝐿 sin 90𝑜 = 𝜇0 2𝜋𝑟 2𝜋𝑟 Por tanto ambas fuerzas son del mismo módulo y dirección, están contenidas en el mismo plano y su dirección es perpendicular a ambos. El sentido depende de la dirección de la corriente, si ambas tienen el mismo sentido su producto será siempre positivo y apuntarán de un cable hacia el otro atrayéndolos, mientras que si tienen sentidos contrarios, el producto será negativo y se dirigirán hacia afuera, tendiendo a separar los conductores. 𝐹 = 𝜇0 𝐼1 𝐼2 𝐿 2𝜋𝑟 Diseño Experimental Se aplicaran los conocimientos sobre fuentes de campos magnéticos sobre el experimento de fuerza entre cables paralelos. Se determinara la interacción de la energía y el magnetismo. Se observara que la corriente en un conductor produce un campo magnético. Se comprobara que la fuerza magnética es de atracción si las cargas que se mueven paralelamente son del mismo signo y se desplazan en igual sentido, o bien. Cuando las cargas son de signo y movimiento contrarios. Materiales FEM (9v.) Soportes. Cables. Switch. Magnitudes físicas a medir Campo magnético. Corriente eléctrica. Procedimiento 1. Colocamos dos cables de forma paralela en el soporte. 2. Los extremos de los hilos que quedan libres deben ir conectados a los polos positivo y negativo de la batería; podemos intercalar un interruptor y dejar conectada la batería o conectarlos directamente. 3. Los dos hilos conductores deben ir conectados en serie con la batería, de forma que la corriente circule en distinto sentido en cada uno de ellos. Diagrama del procedimiento experimental Resultados Cuando las corrientes van en distintos sentidos en el momento que los cables están en paralelo se observa que los cables se repelen al igual que un imán. En cambio cuando las corrientes son en el mismo sentido la fuerza entre los dos cables es de atracción. Discusión de Resultados Al hacer circular corriente a través de los cables se crea un campo magnético en cada cable que afecta de manera similar al de un imán. Las líneas del campo magnético son circunferencias concéntricas al hilo y situadas en un plano perpendicular al mismo. Cada uno de los conductores tendrá su campo magnético y la interacción entre ambos hará que aparezcan fuerzas de atracción o repulsión dependiendo del sentido en el que circulen las corrientes. Si la corriente circula en sentido contrario los conductores se repelen, por el contrario si circula en el mismo sentido se atraerían. Conclusiones La electricidad y el magnetismo están conectados de manera que se puede interactuar entre ellos. Al cerrar el circuito eléctrico podemos utilizar el movimiento de los electrones para producir un campo magnético artificial. Las corrientes que circulan por cables que están en forma paralela crean una fuerza que puede ser de atracción o repulsión. Recomendaciones Los metales que son buenos conductores de la electricidad y presentan poca resistencia nos permiten observar muy bien el efecto de repulsión. Hay que tener cuidado con la diferencia de potencial que se aplica al circuito porque una intensidad demasiado elevada quema las láminas de papel de aluminio. Las fuerzas de atracción y repulsión son muy pequeñas, hay que procurar montar las láminas sin demasiada tensión o el efecto no se podrá apreciar. Fuentes Bibliográficas Bibliográficas Física Universitaria Francis W. Sears y Mark W. Semansky 13 Edición Editorial Pearson Educación Volumen 2 Física para Ciencia e Ingeniería Raymond A. Serway Editorial Thompson Vol. 1 Sexta edición. Física Conceptos y Aplicaciones Paul E. Tippens 7ma. edición Electrónicas http://www.ucm.es/data/cont/docs/76-2013-07-1122_Current_attraction_and_repulsion.pdf http://centros5.pntic.mec.es/ies.victoria.kent/Rincon-C/practica2/repuls/repuls-1/repuls1.html http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico#Fuentes_del_campo_magn.C3.A9 tico http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/3000/3232/html/4_fuerzas_entre_co rrientes_paralelas_definicin_de_amperio.html Anexos
