Campo magnético

Imanes. Fuerza. Ley de Biot-Savart. Ampere. Bobinas. Factores. Efecto Hall. Electricidad parásita. Materiales. Montaje. Variación. Corriente. Espiras

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CAMPO MAGNETICO

OBJETIVO GENERAL

Estudiar y comparar los campos magnéticos producidos en bobinas mediante la sonda de Hall.

OBJETIVOS

1.- Comprobar y graficar que el campo magnético B es función lineal B=B(I) siendo I la corriente que circula por la bobina.

2.- Comprobar y graficar que el campo magnético B es función lineal B=Bn) siendo n el numero de espiras de la bobina.

3.- Analizar y graficar B=B(x) en el eje de la bobina.

4.- Estudiar y graficar B=(x) en el eje de dos bobinas a una cierta distancia.

5.- Analizar el campo B creado por las bobinas de Helmhotls.(experiencia no realizada).

MARCO TEÓRICO

La ley de Biot-Savart

El físico Jean Biot dedujo en 1820 una ecuación que permite calcular el campo magnético B creado por un circuito de forma cualesquiera recorrido por una corriente de intensidad i.

'Campo magnético'

B es el vector campo magnético existente en un punto P del espacio, ut es un vector unitario cuya dirección es tangente al circuito y que nos indica el sentido de la corriente en la posición donde se encuentra el elemento dl. ur es un vector unitario que señala la posición del punto P respecto del elemento de corriente, m0/4p = 10-7 en el Sistema Internacional de Unidades.

La ley de Ampere

La ley de Ampere, llamada así en honor de quién, en 1825, creo las fundaciones teóricas del electromagnetismo, implica la descripción básica de la relación existente entre la electricidad y el magnetismo, desarrollada a través de afirmaciones cuantitativas sobre la relación de un campo magnético con la corriente eléctrica o las variaciones de los campos eléctricos que lo producen. Se trata de una ley que es generalmente constatable dentro del uso formal del idioma del cálculo matemático: la línea integral de un campo magnético en una trayectoria arbitrariamente elegida es proporcional a la corriente eléctrica neta adjunta a la trayectoria.

En cgs:

'Campo magnético'

En MKS:

'Campo magnético'

'Campo magnético'

Núcleo magnético sencillo.

Campo Magnético en Bobinas. Factores de los Cuales Depende

Un conductor enrollado en forma de hélice como se muestra:

'Campo magnético'

Se denomina bobina o solenoide y se utiliza para producir un campo magnético intenso y uniforme en una pequeña región del espacio. Juega un papel en magnetismo análogo al que jugaba el condensador de placas paralelas con objeto de proporcionar un campo electrostático uniforme e intenso entre sus placas. El campo magnético de un solenoide es esencialmente el de una serie de bobinas o espiras idénticas situadas unas juntas a otras

al aplicarle la Ley de Ampere:

'Campo magnético'

Obtenemos que:'Campo magnético'
, donde n es la densidad de espiras'Campo magnético'
; N es el número de espiras y L es la longitud total de la bobina.

De la ecuación anterior de B, podemos notar que el campo magnético producido por una bobina sólo depende de la densidad de espiras i de la intensidad de corriente, es decir, que el campo magnético producido es función lineal de la corriente mientras la densidad permanezca constante, asimismo, el campo es función lineal de la densidad de espiras, o del número de espiras presentes en el solenoide, siempre y cuando la intensidad de corriente no varíe.

Efecto Hall

 La electricidad parásita

La inducción de un campo eléctrico transversal a un sólido electrificado en un campo mag­nético perpendicular a la corriente regula numerosos aspectos de la magnetohidrodiná­mica.

'Campo magnético'

Edwin Herbert Hall fue un físico americano cuyo nombre ha pasado a la posteridad debido a una singu­laridad electromagnética que des­cubrió por causalidad, en el curso de un montaje eléctrico, y de un modo que recuerda al de Oersted cuando descubrió la inducción de un campo magnético por la corrien­te eléctrica.

Cuando una placa metálica transmite una corriente eléctrica y se halla situada en un campo magnético perpendi­cular a la dirección de la corriente, se desarrolla por encima de la placa un campo eléctrico transversal, es decir, perpendicular al sentido de la corriente. Este campo, denomi­nado campo de Hall, es la resultan­te de fuerzas ejercidas por el campo magnético sobre las partículas de la corriente eléctrica, sean positivas o negativas, o positivas en un sentido y negativas en el otro.

Implicaciones del efecto Hall

 Este fenómeno tiene dos conse­cuencias principales. La primera es que la acumulación de cargas en un lado de la placa, en el campo así creado, implica que el otro lado tie­ne una carga opuesta, creándose entonces una diferencia de poten­cial; la segunda es que la carga po­sitiva posee un potencial superior al de la carga negativa. La medida del potencial permite, por tanto, de­terminar si se trata de un campo positivo o negativo.

  En la mayor parte de los metales, la carga es negativa, pero en algu­nos metales como el hierro, el zinc, el berilio y el cadmio es positiva, y en los semiconductores es positiva y negativa al mismo tiempo. Hay una desigualdad entre los inter­cambios negativos y los positivos; también en este caso, la medida del potencial permite saber cuál domi­na, el positivo o el negativo.

MATERIALES

- bobina larga.

- Fuente de poder, Terco TF-103

- Sonda de Hall Leybold.

- Fuente de alimentación de la sonda de Hall Leybold.

- Bobinas de 1000(L=36mH, R= 9.5), 500(L=9mH, R=2.5) y 250(L=0.0027H, R= 0.6) espiras, Leybold.

- Multímetro Leybold.

- Multímetro Phywe.

- Base cuadrada, doble nuez, varilla de 25 cm.

MONTAJE

la practica contiene dos circuitos independientes:

  • Circuito de alimentación de la bobina constituida por la fuente terco, bobina y amperímetro.

  • Circuito de medida constituido por el amplificador de voltaje, multímetro leybold, sonda de hall y fuente para la sonda de hall.

  • PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

  • ESTUDIO DE LA VARIACION DEL CAMPO MAGNETICO EN FUNCION DE LA CORRIENTE

  • Primero tomamos una bobina de, 250 vueltas y variamos la intensidad de corriente para medir el campo en el interior de la bobina.

    Imax = 5 Amp. R = 0.6

    DATOS EXPERIMENTALES

    I (amp)

    V (mv)

    0.5

    0.13

    1

    0.26

    1.5

    0.38

    2

    0.51

    2.5

    0.65

    3

    0.77

    3.5

    0.9

    Donde la apreciación del amplificador lineal si suponemos que se calibró correctamente será de 100 V = 0,1 mV = 0,1.10-2T.

    Al graficar notamos que la función nos representa aproximadamente una recta, que según las definiciones de la derivada, su pendiente es constante.

    De esta manera, y a través del cálculo de la pendiente podremos demostrarlo:

    m1-4 = 1.3 -5.15 = 2.56

    0.5 - 2.0

    m2-5 = 2.6 - 6.5 = 2.6

    1 - 2.5

    m3-6 = 3.8 - 7.7 = 2.6

    1.5 - 3

    m1-7 = 1.3 - 9 = 2.56

    0.5 - 3.5

    m = 2,58 ± 0.02

  • ESTUDIO DE LA VARIACION DEL CAMPO MAGNETICO EN FUNCION DEL NUMERO DE ESPIRAS DE LA BOBINA.

  • En esta experiencia se tomaran bobinas de 250, 500 y 1000 espiras, con la misma intensidad de corriente, esto con la finalidad de medir el campo B producido por cada bobina con una corriente de 0.5 amp ya que es la mas segura para las bobinas.

    DATOS EXPERIMENTALES

    Nº de vueltas

    I (amp)

    V (vm)

    125

    0.5

    0.7

    250

    0.5

    1.3

    500

    0.5

    2.65

    1000

    0.5

    5.12

    'Campo magnético'

    Calculamos la media de la pendiente:

    m1-3 = 2.65-0.7 = 0.0052

    500-125

    m2-4 = 5.12-1.3 = 0.0050

    1000-250

    m1-4 = 5.12-0.7 = 0.0050

    1000 - 125

    m2-3 = 2.65-1.3 =0.0054

    500-250

    m =0.00515 ± 0.00015

  • ESTUDIO DE LA VARIACIÓN DEL CAMPO MAGNÉTICO A LO LARGO DEL EJE DE LA BOBINA.

  • a) En el tercer objetivo se midieron los valores del campo magnético tomando como referencia el centro geométrico de la bobina de 250 vueltas, es decir, tomando el centro como origen del sistema de referencia, de tal manera que se midieran los valores de B centímetro a centímetro a cada lado del origen con una corriente fija de 1 amp.

    DATOS EXPERIMENTALES

    Distancia

    I (amp)

    V (mv)

    -4

    1

    3.8

    -3

    1

    5.1

    -2

    1

    6.5

    -1

    1

    7.4

    0

    1

    7.6

    1

    1

    7.4

    2

    1

    6.6

    3

    1

    5.25

    4

    1

    3.9

    'Campo magnético'

    b) Ahora se midieron los valores del campo magnético tomando como referencia el centro geométrico de la bobina de 515 vueltas, es decir, tomando el centro como origen del sistema de referencia, de tal manera que se midieran los valores de B centímetro a centímetro a cada lado del origen con una corriente fija de 2 amp.

    DATOS EXPERIMENTALES

    Distancia

    I (amp)

    V (mv)

    -8

    2

    2.4

    -6

    2

    5.4

    -4

    2

    7.6

    -2

    2

    8.4

    0

    2

    8.5

    2

    2

    8.5

    4

    2

    8.35

    6

    2

    7.9

    8

    2

    6.2

    'Campo magnético'

  • ESTUDIO DEL CAMPO MAGNÉTICO CREADO A LO LARGO DEL EJE DE DOS BOBINAS SEPARADAS.

  • Para el cuarto caso se estudio el campo magnético creado por dos bobinas (250 y 500 vueltas) separadas y conectadas en serie, a una distancia de 4.0 cm y con una corriente fija de 0.5 amp.

    DATOS EXPERIMENTALES

    Distancia

    I (amp)

    V (mv)

    -10

    0.5

    2

    -8

    0.5

    3.3

    -6

    0.5

    4.5

    -4

    0.5

    3.8

    -2

    0.5

    2.75

    0

    0.5

    2.65

    2

    0.5

    4.7

    4

    0.5

    7.4

    6

    0.5

    8.25

    8

    0.5

    6.85

    10

    0.5

    3.6

    'Campo magnético'

    OBSERVACIONES

    Se observó el comportamiento de una bobina cuando se le aplica corriente; esta actúa produciendo un campo magnético al dejar de actuar cesa el efecto.

    En la gráfica de campo magnético en función de la corriente se demostró que el campo es proporcional a la intensidad, la pendiente positiva así lo indico.

    La gráfica campo en función del número de espiras también debería indicar esta proporcionalidad.

    En la gráfica campo en función del desplazamiento para una bobina corta y otra larga se demostró uniformidad del campo en el interior de ella y donde el valor del campo es máximo.

    En la gráfica campo en función del desplazamiento para las bobinas en conectadas en serie se nota una diferencia debido al número de vueltas de las espiras.

    CONCLUSIÓN

    El campo magnético para una bobina está relacionado con la intensidad de corriente y de no de espiras proporcionalmente; siendo el campo total la suma de todos los db.

    En el interior de la bobina el campo es constante y adquiere el valor máximo y decrece hacia los extremos.

    El campo depende de la intensidad de corriente, numero de espiras y la longitud de la bobina.

    Profesor:

    Sección L-15.

    'Campo magnético'

    Informe Nº 4

    Campo Magnético

    Puerto Ordaz, 17 de enero de 2005

    Universidad Nacional Experimental Politécnica

    "Antonio José de Sucre”.

    Vice-Rectorado Puerto Ordaz.

    Laboratorio Física II.

    'Campo magnético'

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