Practica 8

CMPO MAGNÉTICO


Autores:
Álvarez Millán Lesli Aide
Rojas Granados Rebeca Raquel




1. Resumen:

En el experimento aplicamos una corriente eléctrica a un solenoide y a un tubo de cobre, con el fin de generar un campo magnético y al poner limadura de hierro sobre una hoja puesta previamente, en el solenoide y el tubo, vimos las líneas de campo magnético generadas.
Por otra parte, vimos el campo magnético generado por un imán, gracias a un gaussmetro que mide la intensidad de campo en las distintas componentes de un plano.




2. Introducción:

En principio un cable que transporta corriente o una barra imantada  pueden influir en otros materiales magnéticos sin tocarlos físicamente porque los objetos magnéticos producen un "campo magnético". Los campos magnéticos suelen representarse mediante "líneas de campo magnético" o "líneas de fuerza". En cualquier punto, la dirección del campo magnético es igual a la dirección de las líneas de fuerza, y la intensidad del campo es inversamente proporcional al espacio entre las líneas.

El comportamiento del campo magnético en un solenoide puede verse en la figura 1. Muy cerca del alambre el comportamiento magnético es casi el de  un alambre largo y recto donde las líneas de campo forman círculos concéntricos cerca de él. El campo tiende a cancelarse en los puntos situados entre alambres vecinos. La figura muestra que los campos provenientes de las espiras individuales del alambre se combinan para formar líneas que son paralelas más o menos al eje del solenoide en su interior. El campo se vuelve uniforme y paralelo al eje en el caso límite del solenoide ideal.

Figura 1. Líneas de campo magnético de un solenoide.


El campo eléctrico en un tubo forma círculos concéntricos a su alrededor. En cualquier punto, la dirección de B es tangente a la línea de campo en ese punto. El campo es grande donde las líneas están cerca una de otra (en la proximidad del alambre por ejemplo) y pequeño donde están más separados (distantes del alambre). Las líneas del campo magnético provenientes de las corrientes forman espiras continuas sin inicio ni fin. Para encontrar la dirección de las líneas de campo se utiliza la regla de la mano derecha: si escogiéramos al alambre en la mano derecha con el pulgar en dirección de la corriente, los dedos se enrollarían alrededor del alambre en dirección del campo magnético. Las líneas de campo magnético se muestran en la figura 2.

Figura 2. Campo magnético de un tubo recto.

 En el caso de una barra imantada, las líneas de fuerza salen de un extremo y se curvan para llegar al otro extremo; estas líneas pueden considerarse como bucles cerrados, con un polo del bucle dentro del imán y otra fuera. En los extremos del imán, donde las líneas de fuerza están más próximas, el campo magnético es más intenso; en los lados del mán, donde las líneas de fuerza están más separadas, el campo magnético es más débil. Según su forma y su fuerza magnética, los distintos tipos de imán producen diferentes esquemas de líneas de fuerza. La estructura de las líneas de fuerza creadas por un imán o por cualquier objeto que genere un campo magnético puede visualizarse utilizando una brújula o limaduras de hierro. Los imanes tienden a orientarse siguiendo las líneas de campo magnético. Las líneas del campo magnético describen de forma similar la estructura del campo magnético en tres dimensiones. Se definen: Si en cualquier punto de dicha línea colocamos una aguja de compás ideal, libre para girar en cualquier dirección, la aguja siempre apuntará a lo largo de la línea de campo. La forma del campo se puede ver en la figura 3.


Figura 3. Lineas de campo en un imán.



3.    Desarrollo experimental

El circuito consta con un Variac, que hace variar la intensidad de corriente, éste conectado a un transformador que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño, tamaño, éste a su vez a un puente de diodos que tiene como función transformar la corriente alterna a corriente directa, para cerrar el circuito, una parte se conecta a un multimetro (marca Unigor con incertidumbre del 1.5% para corriente alterna) para medir la intensidad de corriente, ya que es peligroso para los materiales sobrepasar las 15 amperes, al final se conecta en serie a la bobina solenoide.

Figura 4: Circuito para la corriente en la bobina solenoide.

Se utilizó una bobina solenoide al cual con el fin de generar un campo magnético, se le aplicó una corriente (15V),   através de una fuente de poder, sobre el solenoide se colocaron varias hojas de papel blanco y se esparició limadura de hierro con un colador con el fin de que se notaran más las líneas de campo magnético generadas. Se realizó lo mismo para un tubo de cobre. Por último, se colocó una hoja sobre un imán con forma de herradura y se esparció limadura de hierro sobre éste.

Aquí se utilizo un gaussmetro para determinar la radiación electromagnética. El gaussimetro ha sido especialmente concebido para medir en transformadores y valorar campos magnéticos:

 Tiene dos agujas una circular y otra plana, en este caso se utilizó la plana, ya que podemos dirigir el lado plano que es el que recibe el vector del campo en dirección de la componente deseada. Se pone la aguja en cada punto de la hoja de grafito, y así una en "x" y otra en "y" para obtener la resultante.

Figura 5. Barra de imán

 4. Resultados:

Esta es la forma experimental que obtuvimos con una intensidad de 15amperes:

Figura 6: Lineas de campo de un solenoide

Figura 7. Lineas de campo de un tubo de cobre

Figura 8. Líneas de campo de los imanes

Con el gaussmetro medimos en dos coordenadas la intensidad del campo magnetico en cada componente de "x" y "y", en "z" también existe ya que rodea a todo el iman.

Figura 9. Líneas de campo en la componente x.

Figura 10. Lineas de campo en la componente y

La suma de las dos componentes nos dara el resultado experimental con la limadira de hierro.

 5. Discusión:

En el solenoide como en la barra, pensamos que hizo falta más intensidad de corriente para apreciar mejor las lineas del campo magnetico, se puso una hoja blanca para disminuir la fricción, hay que tener cuídado para que la hoja no se arrugue.

En el gaussmetro hay que orientar bien la parte plana ya que como es muy sensible varía si no esta en una pocisión correcta.
No se obtuvo el campo magnetico total, ya que no buscamos la forma de encontar éste en la cordenada z, pero al mover la aguja arriba o abajo capta la presencia del campo.

6. Conclusónes:

El cable que transporta corriente y la barra imantada  influyen en otros materiales magnéticos sin tocarlos, porque la corriente induce "campo magnético" así como los objetos con magnetismo.

Los campos magnéticos los representamos con "íneas de campo magnético" o "líneas de fuerza". Notamos que cualquier punto, la dirección del campo magnético es igual a la dirección de las líneas de fuerza, y la intensidad del campo es inversamente proporcional al espacio entre las líneas.

7. Bibliografía: 

A. Giambattista, B. Richardson y R. Richardson, College Physics. (McGraw-Hill, Nueva York, 2004). 1160 páginas.
D. Giancoli, Física: con principios aplicados, Vol. II, 6^ta Ed. (Prentice Hall, México, 2007). 464 páginas.

G. Joos, Theoretical Physics, 3^ra Ed. (Dover Publications, Nueva York, 1986). 885 páginas.

J. Miranda, Evaluación de la Incertidumbre en Datos Experimentales. (Instituto de Física, UNAM, 2000). 42 páginas.