Práctica 7 RRRG

Ley de Apere

Autor:

Rojas Granados Rebeca Raquel

Fecha de realización del experimento: 

13 de Mayo de 2011

1. Resumen:

Esta practica consiste en comprobar la expresión de la fuerza de Ampere entre dos conductores con corriente y así mismo comprobar la ley de Ampere. Esto se logra con uno de los experimentos principales de Ampere, pasando en dos alambres conectados en anti-paralelo una corriente, los alambres estarán separados por una distancia inicial, este parámetro inicial también esta dado con una luz lacer en un punto , al introducir la corriente estos se separan y mediante unas pesas encontrar el punto inicial de los alambres, de esta forma medir la fuerza que se usa para regresar al mismo punto de partida.

2. Introducción:

Las interacciones eléctrica y magnética pueden considerarse como manifestaciones particulares de la interacción  electromagnética. Aunque ambas están  asociadas con  la propiedad  de las partículas que conocemos como  carga, la interacción  magnética solo  se manifiesta cuando  las cargas están  en movimiento. 
Por lo tanto, cuando por un conductor circula una corriente eléctrica, ésta creará un campo magnético en el exterior, mientras que el campo eléctrico en el exterior será prácticamente nulo al ser el conductor eléctricamente neutro  ya que tiene tantas cargas positivas (protones) como  negativas (electrones).
En el caso de un conductor rectilíneo indefinido por el que circula una corriente eléctrica de intensidad  I, el campo magnético B creado en  un  punto exterior a distancia r del centro  del hilo viene dado por:

siendo las líneas de campo magnético circunferencias con centro en el conductor (ver figura 1).
Por otro lado, cuando una carga q se mueve en presencia de un campo magnético  B  a velocidad   v , la carga se ve sometida a la fuerza de Lorentz que en este caso (E  =0) viene dada por:

  
Si en lugar de una única carga se tiene una corriente eléctrica rectilínea de intensidad I (I=dq/dt) y de longitud L, la expresión de la fuerza sobre ella será (ley de Ampère para una corriente rectilínea):

Como  consecuencia de estos dos fenómenos, dos corrientes eléctricas interaccionan  entre sí. En  el caso  de dos tramos de corriente eléctrica rectilíneos y paralelos de longitud L, intensidad I y sentido contrario (como en la figura 1) la fuerza de interacción viene dada por:

Figura 1: Fuerza de ampere

Es decir, la fuerza será inversamente proporcional a la  distancia  que separa los centros de los conductores y  directamente proporcional al producto  de las intensidades de corriente eléctrica que circulan por ellos.

También sabemos por leyes de newton, algo ya más conocido, que la fuerza de repulsión magnética que sienten, pueden ser igualadas por una fuerza mecánica:

En  esta práctica se verificará que la ley  de Ampère - ecuación  (4) - describe adecuadamente la  interacción  entre dos tramos de corriente rectilíneos y  paralelos. Así mismo se comprobará que el campo magnético creado por una corriente rectilínea varía con la distancia de acuerdo a la ecuación (1).

No sobra mencionar que :

3. Desarrollo experimental:

Para verificar la ley de Ampère se utilizará el montaje de la figura 2. En esta figura se muestra
una balanza (de torsión), que permitirá medir la fuerza entre dos corrientes paralelas.
En ausencia de corriente la balanza se equilibra mediante los imanes y la placa. El buen equilibrado de la balanza es muy importante para todo el desarrollo de la práctica y hay que comprobarlo a cada paso.
 Si una vez equilibrada la balanza se hace circular por el circuito  una corriente de intensidad  I, ésta pasará tanto  por el conductor fijo  situado  bajo la balanza, como por el tramo de la balanza situado justo encima. Como consecuencia de la interacción entre estas dos corrientes la balanza se desequilibrará. Si se introduce una fuerza que vuelva a equilibrar la balanza, el valor de esta fuerza, en este caso el peso del juego de pesas, será igual a la debida a la interacción de las corrientes.

Figura 2: Circuito montado, Balanza de Corriente

La balanza es muy sensible, recordamos que se debe verificar cada vez que el origen esté en la posición inicial. El variac, el transformador, el puente de diodos y todos los cables banana- banana deben ser manejados siempre revisando que el amperimetro no pase del limite señalado, en este caso 15 ampers; el multimetro que se uso es el analógico UNIGOR con un rango de error del 1.5%. 
La longitud de los alambres paralelos es de 27.5 (0.2) cm, y la distancia con que se separaron de forma inicial fue de 2.6 (0.2) cm.
El lacer también debe ser manejado con mucho cuidado, y entre más cerca sea el disparo la luz no se dispersara tanto. 

4. Resultados

Tabla y Gráfica 1: Representa la Fuerza sobre la corriente en el tiempo 1

Tabla y Gráfica 2: Representa la Fuerza sobre la corriente en el tiempo 2

Tabla y Gráfica 3: Representa la Fuerza sobre la corriente en el tiempo 3

Tabla y Gráfica 4: Representa la Fuerza sobre la corriente en el tiempo 4

5. Discusión:
Hay que tener mucho cuidado con los aparatos, ya que son muy sensibles, sí es difícil mantener la posición inicial, ya que el movimiento oscilatorio de la balanza y por tanto del espejo que refleja la luz es muy grande al querer ver  el resultado, es por eso que que tome la medida en diferentes tiempos, ya que así lograba ver que no pasara del límite y regresara al punto inicial, la balanza se equilibraba aproximadamente después de 5 minutos de oscilación.


6. Conclusión:
Podemos notar a simple vista que la ecuación F fue tendiendo a una constante por el cuadrado de la corriente, esto es muy satisfactorio, ya que logramos afirmar el concepto de fuerza de Ampere.  

Cabe aclarar que la formula correcta es el producto de las dos corrientes, pero en este caso en las dos era la misma corriente sólo en sentido opuesto, lo que también confirma la regla de la mano derecha:

La ecuación (1) también es visible, ya que el campo magnético repulsaba más al aumentar la corriente y por ende la distancia entre los dos era mayor lo cual no se alejaba tanto, esto es decir que es directamente proporcional a la corriente e inversamente proporcional a la distancia que los separa.  

7. Bibliografía:
Griffiths, David J. (1998). Introduction to Electrodynamics (3ª ed.). Prentice Hall. 


Richard C. Dorf (1993). «Propiedad de los materiales magnéticos». Electrical Engineering Handbook. IEEE Press.


Tipler, Paul (2004). Physics for Scientists and Engineers: Electricity, Magnetism, Light, and Elementary Modern Physics (5ª ed.). W. H. Freeman. 


Tipler, Paul (2005). "Física para la ciencia y la tecnología). 5 edición. (Editorial Reverte)