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ESCUELA DE INGENIERIAS Y ADMON. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BASICAS LABORATORIO DE ELECTROMAGNETISMO

1. OBJETIVO

CAMPO MAGNETICO EN UN SOLENOIDE

Medir el campo producido en el interior de un solenoide por una corriente continua a través de la fuerza magnética sobre una espira de conduce una corriente. 2. MATERIALES Solenoide Espira o balanza de corriente y contactos Fuente (0 12V cc y 6.3 V CA) Amperímetro de CC (0 - 5A) Fuente de corriente 3. MARCO TEÓRICO Campo magnético en un solenoide: un solenoide es un alambre largo enrollado en la forma de una hélice. Con ésta configuración es posible producir un campo magnético razonablemente uniforme en el espacio rodeado por las vueltas del alambre. Cuando las vueltas están muy próximas entre sí, cada una puede considerarse como un vuelta circular y el campo magnético neto es el vector suma de los campos debidos a todas las vueltas. Un solenoide ideal es aquel en que el especio entre las vueltas es muy pequeño y la longitud es grande comparado con el radio. En este caso, el campo dentro puede considerarse uniforme en casi todo el volumen y más fuerte en comparación al que el campo fuera del solenoide. La expresión para calcular la magnitud del campo magnético dentro de un solenoide ideal, con espacio vacío entre las bobinas es:

μ 0∋¿ b L B=¿

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donde, 0 es la permeabilidad magnética en el espacio vacío, N es el número de vueltas del alambre, L la longitud del solenoide e I b la corriente que circula por el solenoide. La dirección del campo dentro del solenoide está dado por la regla de la mano derecha, según la ley de Biot-Savart.

Fuerza magnética sobre la espira: cuando una partícula cargada aislada se mueve a través de un campo magnético, sobre ella se ejerce una fuerza magnética. No debe sorprender entonces, que un alambre que conduce una corriente experimente una fuerza cuando se pone en un campo magnético. Esto es el resultado de que la corriente representa una colección de muchas partículas cargadas en

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movimiento; por tanto, la fuerza resultante sobre el alambre se debe a la suma de fuerzas individuales ejercidas sobre las partículas cargadas. La expresión para calcular la fuerza magnética F sobre un alambre recto en un campo magnético uniforme B, está dada por la expresión:

⃗ F =I ⃗L X ⃗ B

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donde, L es el vector de magnitud igual a la longitud del alambre y dirección igual a la dirección de la corriente I que conduce el alambre. Cuando se cierra el interruptor (ver figura) la balanza se desequilibra debido a la fuerza magnética sobre la espira. La magnitud de esta fuerza se puede calcular con la expresión: Fm = IedB

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donde, d es el ancho de la espira, I e es la corriente en la espira y B es el campo magnético dentro del solenoide. Calculo experimental del campo magnético dentro de la bobina: De la expresión (3) se puede calcular el campo magnético dentro del solenoide si se conoce Fm. Después que la balanza se ha desequilibrado debido a la fuerza magnética, se coloca un cuerpo de peso (W) conocido en el otro extremo de la balanza de tal forma que logre equilibrar la fuerza magnética. Entonces, puede calcularse la magnitud del campo magnético con la siguiente expresión.

B=

W Ie d

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4. TEMAS DE CONSULTA. Campo magnético producido por un solenoide Fuerza magnética sobre una corriente 5. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL. La figura muestra una balanza sensible que se puede usar para medir la fuerza sobre una longitud corta de alambre conductor de corriente en un campo magnético. Si la balanza está alineada de modo que el extremo de la espira metálica en forma de U (n la figura) sea perpendicular al campo cuando los lados de la U están paralelos a él, sólo el extremo está sujeto a una fuerza desde el campo. Se puede medir la fuerza sobre el extremo de la espira metálica equilibrándola con un peso conocido que se coloca en el otro extremo de la balanza.

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5.1 realice el montaje, este seguro que tanto las puntas de espira y sus apoyos como todos los otros terminales que deben ser conectados estén limpios y pulidos, para que sea posible hacer buen contacto eléctrico. Haga revisar el circuito por el profesor. 5.2 sin conectar la fuente a la red eléctrica, ponga el extremo de la espira en el centro de la bobina. Nivele la balanza. 5.3 Establezca ahora en el solenoide una corriente constante creando de esta manera un campo en el centro de la bobina. 5.4 Haga pasar por el circuito de la espira una corriente. Observe que la balanza se desnivelo quedando el extremo externo levantado. En caso contrario, cambie el sentido de la corriente 5.5 Restablezca el equilibrio de la balanza, colocado hilos cortos en el extremo de esta. 5.6 Manteniendo constante la corriente del solenoide, varié la corriente de 0.5 en 0.5 A hasta alcanzar 3A y en cada caso realice la nivelación de la balanza y el pesaje de los hilos. 5.7 Mida el campo resultante en la bobina al pasar varios otros valores de corriente por ella (5A es la corriente máxima que puede llevar la bobina sin recalentarse. 5.8 Mida el largo y ancho de la balanza de corriente

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5.9 Realice una tabla y registre los datos. 6. ANALISIS DE RESULTADOS 6.1 halle para cada corriente I el campo magnético producido por el solenoide ver: marco teórico. Encuentre el valor promedio 6.2 Calcule el campo magnético producido por el solenoide. 6.3 Calcule el porcentaje de error del campo magnético, tomando como valor teórico el calculado con la ecuación 1. 7. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES 8. BIBLIOGRAFIA 1. Serway, Raymond. Física, Tomo II, 5ta. Ed., Editorial Mac GrawHill, 2001 2. Richard P. Feyman Física Vol II, 5ta edición, Ed., Adidison Wesley, 1998 3. Sears-Zemansky. Física Universitaria. 11a. Ed. Vol 2, 2003 4. Franco Garcia, Angel Física con ordenador http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/default.htm

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