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BALANZA BASICA DE CORRIENTE Nombre del estudiante: Dylan Mariscal Salas Docente: Cecilia Callejas Paralelo: 14:30-16:00 Fecha: 18-04-2018 Resumen. - En esta práctica se estudió el campo magnético, con ayuda de una balanza y tarjetas de bucles para corrientes, se tomaron los datos de las masas en diferentes situaciones, primero cuando la longitud es constante y la corriente es variable y cuando la longitud es variable y la corriente constante. Con estos datos se pudo obtener la fuerza que generaba y con ella encontrar con ayuda de una regresión lineal, el valor de ambos campos eléctricos y compararlos para encontrar su dicho error.

1.

Objetivo 

2.

Determinar experimentalmente magnitud del campo magnético.

la

Fundamento Teórico

Campo Magnético El campo magnético B es una magnitud vectorial. Puede estar producido por una carga puntual en movimiento o por un conjunto de cargas en movimiento, es decir, por una corriente eléctrica. La unidad de campo magnético en el Sistema Internacional es el tesla (T). Un tesla se define como el campo magnético que ejerce una fuerza de 1 N (newton) sobre una carga de 1 C (culombio) que se mueve a velocidad de 1 m/s dentro del campo y perpendicularmente a las líneas de campo.

= 10.000 Gauss) es una unidad de campo magnético más pequeña. Fuerza Magnética El campo magnético B se define de la ley de la Fuerza de Lorentz, y específicamente de la fuerza magnética sobre una carga en movimiento:

Ecuación (1)

Figura 1

Donde: F: Es la fuerza

El tesla es una unidad muy grande, por lo que a veces se emplea como unidad de campo magnético el gauss (G) que, aunque no pertenece al Sistema Internacional sino al sistema CGS, tiene un valor más acorde con el orden de magnitud de los campos magnéticos que habitualmente se manejan.

Q: Es la carga.

El campo magnético B se define en función de la fuerza ejercida sobre las cargas móviles en la ley de la fuerza de Lorentz. La interacción del campo magnético con las cargas, nos conduce a numerosas aplicaciones prácticas. Las fuentes de campos magnéticos son esencialmente de naturaleza dipolar, teniendo un polo norte y un polo sur magnéticos. La unidad SI para el campo magnético es el Tesla, que se puede ver desde la parte magnética de la ley de fuerza de Lorentz, Magnética = qvB, que está compuesta de (Newton x segundo) / (Culombio x metro). El Gauss (1 Tesla

1. La fuerza es perpendicular a ambas, a la velocidad v de la carga y al campo magnético B.

V: Es la velocidad. B: Es el campo magnético Las implicaciones de esta expresión incluyen:

2. La magnitud de la fuerza es F = qvB senθ donde θ es el ángulo < 180 grados entre la velocidad y el campo magnético. Esto implica que la fuerza magnética sobre una carga estacionaria o una carga moviéndose paralela al campo magnético es cero. 3. La dirección de la fuerza está dada por la regla de la mano derecha. La fórmula de la fuerza de arriba está en forma de producto vectorial.

Procedimiento para Longitud Constante – Variación de corriente: -

Figura 2

Ecuación (2)

Donde: F: Fuerza. I: Corriente. L: Longitud del cable. B: Campo magnético. Cuando se aplica la fórmula de la fuerza magnética a un cable portador de corriente, se debe usar la regla de la mano derecha, para determinar la dirección de la fuerza sobre el cable. De la fórmula de la fuerza de arriba se puede deducir que las unidades de campo magnético son los Newton segundo / (Culombios metro) o Newton por Amperio metro. Esta unidad se llama Tesla. Es una unidad grande y para pequeños campos como el campo magnético de la Tierra, se usa una unidad más pequeña llamada Gauss. 1 Tesla es 10.000 Gauss. El campo magnético de la Tierra en su superficie es del orden de medio Gauss. 3.

Se calibro la balanza la balanza a 0. Se seleccionó una tarjeta con bucle de corriente y se la coloco en la parte final de la unidad principal. Se midió el peso del soporte magnético sin flujo de corriente. Se encendió la fuente de voltaje, y se fue variando la corriente de 0,3 amperios para cada toma de datos y se anotó la masa en la tabla 1 con su respectivo peso la fuerza que es la diferencia de peso 2 menos peso 1.

Procedimiento para Corriente constante – Variación de Longitud. -

Se calibro la balanza la balanza a 0. Se seleccionaron varias tarjetas con bucle de corriente para variar la longitud. Se encendió la fuente de voltaje, y se anotaron los datos de la masa en la tabla 2 con su respectivo peso y la fuerza que es la diferencia de peso 2 menos peso 1.

4. Datos Experimentales Para esta práctica de laboratorio se tienen los siguientes datos: g = 9,78 m/s2 m0= 157,91 g L = Se usaron 6 tipos de tarjetas con distintas longitudes: 6.41, 2.2, 3.2, 4.2, 8.4 y 1.2 cm)

Procedimiento Donde:

Equipo necesario: La balanza de corriente tiene las siguientes partes:   

m0: Masa inicial. Unidad principal. Seis tarjetas con bucles para corrientes. Soporte para las tarjetas.

Materiales adicionales:   

g: gravedad

Fuente de voltaje DC. Balanza con una sensibilidad de 0,01 g. Soporte base.

L: Longitud de tarjetas.

Los siguientes laboratorio:

datos

fueron

tomados

en

Tabla #1. (Longitud Constante – Variación de corriente).

m1(gr) 157.91 157.91 157.91 157.91 157.91 157.91 157.91 157.91 157.91 157.91

W1(N) 1544.3598 1544.3598 1544.3598 1544.3598 1544.3598 1544.3598 1544.3598 1544.3598 1544.3598 1544.3598

m2 W2(N) I(A) 157.995 1545.1911 0.3 158.135 1546.5603 0.6 158.28 1547.9784 0.9 158.4 1549.152 1.2 158.55 1550.619 1.5 158.7 1552.086 1.8 158.84 1553.4552 2.1 158.95 1554.531 2.4 159.128 1556.27184 2.7 159.246 1557.42588 3

F(W2W1) 0.8313 2.2005 3.6186 4.7922 6.2592 7.7262 9.0954 10.1712 11.91204 13.06608

M1 es la masa inicial sin corriente, w1 es el peso inicial sin corriente, m2 es la masa luego de aplicar corriente, w2 es el peso luego de aplicar corriente, I es la corriente medida en amperios y F es la diferencia de ambos pesos medida en N. Tabla #2. (Corriente constante – Variación de Longitud). Se usará una corriente constante de 2.5 A.

m1(gr) 157.91 157.91 157.91 157.91 157.91 157.91

W1(N) m2 W2(N) L(cm) F(W2-W1) 1544.3598 159 1555.02 6.41 10.6602 1544.3598 158.3 1548.174 2.2 3.8142 1544.3598 158.43 1549.4454 3.2 5.0856 1544.3598 158.609 1551.19602 4.2 6.83622 1544.3598 159.49 1559.8122 8.4 15.4524 1544.3598 158.1 1546.218 1.2 1.8582 M1 es la masa inicial sin corriente, w1 es el peso inicial sin corriente, m2 es la masa luego de aplicar corriente, w2 es el peso luego de aplicar corriente, L es la longitud de las tarjetas y F es la diferencia de ambos pesos medida en N.

5. Análisis de datos 5.1. Tabla Resumen Tabla #3 (Corriente y Fuerza).

I(A) 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7 3

F(W2-W1) 0.8313 2.2005 3.6186 4.7922 6.2592 7.7262 9.0954 10.1712 11.91204 13.06608

Estos datos se obtuvieron de la tabla 1. Tabla #4 (Longitud y Fuerza).

L(cm) 6.41 2.2 3.2 4.2 8.4 1.2

F(W2-W1) 10.6602 3.8142 5.0856 6.83622 15.4524 1.8582

Estos datos se obtuvieron de la tabla 2.

5.2. Analogía Matemática. Para esta práctica la analogía es de tipo lineal y se usara la ecuación (2): 𝐹 = (𝐵 ∗ 𝐿) ∗ 𝐼

y=Mx+N M = Donde corta al eje y. N = Pendiente de la recta R = Coeficiente de correlación. Dado que M=B*L se halla que B=M/L

5.3. Grafica experimental

6.

Grafica #1

Longitud Constante – Variación de corriente Como se obtuvo el valor de M=4.5502 ya se puede encontrar el valor experimental del campo magnético:

Corriente vs Fuerza 12.7

y = 4.5502x - 0.5405 R² = 0.9993

Fuerza (N)

10.7

Interpretación física de los resultados

B=0.987 T

8.7

Corriente constante – Variación de Longitud

6.7

Como se obtuvo el valor de M=1.8409 ya se puede encontrar el valor experimental del campo magnético:

4.7

2.7 0.7

0

1

2

3

Corriente (A) En la gráfica 1 se puede observar que todos los puntos interceptan la línea de tendencia. Grafica #2

B=0.7363 T Dado este valor se puede encontrar el error entre el valor teórico y experimental:

Valor de B Valor de B segunda primera parte parte 0.987

0.7363

Error 25.4%

Longitud vs Fuerza 7.

y = 1.8409x - 0.5729

R² = 0.9923

Fuerza(N)

9.5 7.5 5.5 3.5 1.5

1

3

5

Longitud(cm) 5.4. Resultados de la regresión. Los resultados para la primera parte son: M = 4.5502 N = -0.5405 R = 0.9993 Los resultados para la segunda parte son: M = 1.8409 N = -0.5729 R = 0.9923

Conclusiones y recomendaciones  Luego de realizar la dicha práctica se puede observar en la primera grafica que los puntos interceptan en la línea de tendencia, pero en la segunda grafica no interceptaron aproximadamente dos puntos y eso hizo que varié los datos y por ende se encontró un error del 25.4%.  Como en la segunda toma de datos solo se tomaron 6, no hubo mucha precisión al hacer la regresión es por ello que el error fue alto.  Para que esos datos no hayan sido muy dispersos es recomendable que, a la hora de pesar, los integrantes del grupo no se apoyen ya que alteran el peso y eso perjudica la toma de datos.  Finalmente se puede concluir que, usando la balanza y las tarjetas de bucles, se puede encontrar el campo eléctrico generado.

8.

Referencia Bibliográfica - Teresa Matin Blas. (2012). Campo Magnético. 16/04/2018, de Universidad Politécnica de Madrid Sitio web: http://www2.montes.upm.es/dptos/digfa/ cfisica/magnet/campomag.html - M Olmo R Nave. (2010). Magnetic Field. 16/04/2018, de HyperPhysics Sitio web: http://hyperphysics.phyastr.gsu.edu/hbasees/magnetic/magfie.ht ml - M Olmo R Nave. (2010). Fuerza Magnética. 16/04/2018, de HyperPhysics Sitio web: http://hyperphysics.phyastr.gsu.edu/hbasees/magnetic/magfor.ht ml