Práctica 7

Práctica 7

Ley de Ampere.

Autor:
Lesli Aide Álvarez Millán.



Resumen:

El propósito de este experimento es el mantener un punto fijo, proyectado por un láser, utilizando una balanza de corriente y variando masas e intensidades de corrientes. Para esto se arma un dispositivo en el que aumentando poco a poco la masa en la balanza de corriente se tenga que variar la intensidad de corriente para mantener el punto en su lugar. Se midieron distintas intensidades de corrientes así como las masas que se utilizaron. Se graficaron los datos como la fuerza expresada en función de la intensidad de corriente. Dicha gráfica tiene una tendencia cuadrática. 

1.    Introducción

En este experimento se tienen dos alambres paralelos a los que se les aplica intensidades de corrientes, por lo que se ejerce una fuerza entre ellos dos. Dichos alambres están separados por una distancia d y cada uno de ellos transporta una intensidad de corriente i_a e i_b.

El campo magnético debido a la intensidad de corriente en el alambre a es B_a y justamente es la fuerza que se busca. Entonces la magnitud de B_a en cualquier punto del alambre b está dada como:

  (1)

donde µₒ es la permeabilidad del espacio libre y su valor es 4πx10^-7 T  m/A

Ahora se puede encontrar la fuerza que produce sobre el alambre b. La fuerza en una corriente está expresada como:

  (2)

Entonces la fuerza F_ba sobre el alambre b de longitud L debida al campo magnético B_a es el siguiente:

(3)

Como en este caso B_a y L son perpendiculares la ecuación (1) se puede reescribir como:

(4)

La dirección de la fuerza F_ba es la dirección que se tiene de LxBa, es decir hacia el alambre a.

Ahora usando el mismo procedimiento se puede encontrar la campo magnético y fuerza sobre el alambre a debido a la intensidad de corriente del alambre b. Se encontraría que dicha fuerza se encuentra dirigida hacia el alambre b. De aquí se concluye que ambos alambres con intensidad de corriente en forma paralela se atraen entre sí. Por otra parte, si las intensidades de corriente fuesen antiparalelas los alambres se repelerían, como se muestra en la figura 1.

Figura 1. a) Corrientes paralelas en la misma dirección ejercen una fuerza atractiva entre sí a una distancia de separación d. b) Corrientes antiparalelas ejercen una fuerza repulsiva entre sí a una distancia de separación d.

2.    Desarrollo experimental

El dispositivo que se utiliza en este experimento se muestra en la figura 5. Se requiere un láser, un marco de pesas, un multímetro (marca Unigor con incertidumbre del 1%), una balanza de corriente, una variac, un transformador, un puente de diodos y sus respectivos cables.

El variac se conecta al transformador y éste se conecta al puente de diodos. Del puente de diodos sale un cable que se conecta al multímetro y otro cable que se conecta a la balanza de corriente. Enfrente de la balanza se coloca el láser, de manera de que el láser se refleje en el espejo de la balanza y dicho láser se refleje en la pared. Cabe recalcar que las intensidades de corrientes en los alambres tienen que ser antiparalelas, es decir que ejerzan una fuerza repulsiva entre sí.

Inicialmente se fija una distancia entre los dos alambres de la balanza (se realizó el experimento para 4 distancias distitntas que se muestran en la tabla de datos). .Dichos alambres tienen una longitud igual a 27.5(0.01) cm. Ahora se enciende el láser y en la pared se fija el punto reflejado por el láser. Después de esto, se coloca una masa en la balanza de corriente, por lo que el punto en la pared cambia de posición. Ahora se varía la intensidad de corriente de tal manera que el punto vuelva a estar en su posición original. Al lograr esto, se coloca otra masa y se repite el mismo procedimiento.

Posteriormente se utiliza la ecuación (4) para calcular la fuerza resultante.

Figura 5. Dispositivo utilizado en el experimento.

3.    Resultados

Las tablas 1, 2, 3 y 4 muestran los distintos resultados obtenidos en el experimento.

Las gráficas 1, 2, 3 y 4 dan a conocer los resultados de las tablas.

1.    Discusión

Los resultados obtenidos en el experimento reflejan que cuando se colocaba una mayor masa en la balanza se requería una mayor intensidad de corriente para mantener el punto del láser fijo en la pared. De la fòrmula 4 utilizada para calcular la fuerza, se ve que la fuerza va como el cuadrado de la corriente multimplicado por una constante (μ₀L/2∏d), en este caso ya que ambas corrientes eran la misma.

2.    Conclusión

Como se esperaba, la fuerza en función de la intensidad de corriente varía en forma cuadrática. Esto es porque las intensidades de corrientes fueron las mismas y de forma antiparalela para ambos alambres y siempre se mantuvo una separación fija entre ellos.

3.    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.