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Experiencia No. 2. Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado
- Objetivo Estudiar, mediante experimentos simulados, la relación entre el campo magnético en el centro de un solenoide y la intensidad de corriente que circula a través de él. 2. Marco teórico Campo magnético de bobinas Un campo magnético es la representación matemática del modo en 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. Siempre que exista alguno de estos elementos, habrá un campo magnético a su alrededor, es decir, un campo de fuerzas magnéticas. Ver figura 1. Figura 1. Representación de las líneas de campo magnético en un imán de barra. Ley de Ampère Esta ley nos permite obtener con más facilidad los campos magnéticos generados por distribuciones de corriente con un alto grado de simetría. La ley de Ampère está formulada no en términos del flujo magnético, sino de la integral de línea alrededor de una trayectoria cerrada que se denota como:
∮ ⃗ B^ ∙^ d^ l ⃗^ (1)
Consideremos el campo magnético generado por un conductor largo y recto que transporta una corriente I. UNIVERSIDAD DE LA COSTA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS NATURALES Y EXACTAS EXPERIENCIA No. 11 CAMPO MAGNETICO DE UN SOLENOIDE LABORATORIO DE FÍSICA DE CAMPOS NOMBRES: FECHA DÍA MES AÑO GRUPO
B =
μo I 2 πr (2) Aplicando la ley de Ampère en esta situación nos queda:
∮ ⃗ B^ ∙^ d^ l ⃗=∮ B ¿∨¿ dl = B ∮ dl =^
μo I 2 πr ( 2 πr ) = μo I ¿ (3)
∮ ⃗ B^ ∙^ d^ l ⃗= μo I^ enc (4)
La integral de línea ⃗ B∙ d ⃗ l alrededor de cualquier trayectoria cerrada es igual a μo Ienc , donde I^ enc es la corriente total estable que pasa a través de cualquier superficie limitada por la trayectoria cerrada. Ver figura 2. Figura 2. Representación del campo magnético alrededor de una corriente eléctrica. Al analizar la ecuación (4), observamos que este resultado no depende de la forma de la trayectoria ni de la posición del conductor dentro de ella. Si la corriente en el alambre es opuesta a la que se ilustra, la integral tiene el signo contrario. Si la trayectoria no encierra el alambre durante el recorrido alrededor de la trayectoria entonces la integración de línea es igual a cero. Solenoide Un solenoide es un alambre largo enrollado en forma de hélice. Con esta configuración, puede producirse un campo magnético razonablemente uniforme en el espacio rodeado por las vueltas del alambre cuando éste lleva una corriente. Ver figura 3. Figura 3. a) bobina Helmholtz típica utilizada en los laboratorios de física para generar un campo magnético casi constante en el interior. b) Campo magnético para una bobina de Helmholtz.
Allí encontrará el simulador de campo magnético que se indica en la figura 1. Familiarícese con él. Observe que en la parte superior contiene diferentes montajes como: barra imantada, bobina inducida, electroimán, transformador y generador. Para nuestro caso trabajaremos con el electroimán. El electroimán es el objeto generador del campo magnético que puede variar graduando el deslizador de la fuente de voltaje o el número de espiras de la bobina; el campo magnético es medido por el gaussímetro. Arrastre y deslice cada uno de los elementos, “juegue” con los deslizadores para comprender su uso. Teniendo en cuenta que el campo magnético se mide en gauss, realiza el siguiente montaje: Figura 1. Campo magnético producido por un electroimán. Configure como se muestra en la Figura 1. Tenga en cuenta que el medidor de campo magnético debe de estar ubicado en un punto al interior de la bobina. Cálculo y análisis
- ¿Cómo es la magnitud del campo magnético en el interior del solenoide en relación a la posición?
- Variando el valor del voltaje de la fuente complete la tabla 1 y construya una gráfica de B vs I. Sabiendo que 1 V ≅ 5,96 A ;h = 1 cm =0,01 m ; N = 4 ; n =^
N
h
= 400 vueltas / m B(T) 0,003 0,006 0,009 0, I(A) 5,96 11,92 17,88 23,84 59, Tabla 1. Variación del campo magnético en función de la corriente eléctrica.
- ¿Qué relación hay entre la magnitud del campo magnético al interior del solenoide y la intensidad de corriente? 5 10 15 20 25 0
- f(x) = 0 x
B vs I
- Determine el valor de la pendiente de la recta obtenida en el punto 2. ¿Qué representa? m =0.
- Determine el valor de μ 0 a partir de los resultados del punto 4. μo n = m μo = m n
μo =1,25 x 10 − 6 Tm A
- Conclusiones de la experiencia
