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Laboratorio de Física 200

REPIUBLICA DE BOLIVIA

Fuerza Magnética

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENERIA

AREA DE FISICA MATERIA: LABORATORIO DE FISICA 200 NIVEL : TERCER SEMESTRE GRUPO: A GESTION ACADEMICA: II/2018 Nª DE EXPERIMENTO: 3 APELLLIDO Y NOMBRE DEL DOCENTE: ING. MURGUIA E. HUMBERTO APELLIDO Y NOMBRE DEL AUXILIER : UNIV.…………………………………… APELLIDO Y NOMBRE DEL ALUMNO: UNIV. MAMANI COCHI FELIX DAVID CARRERA: INGENIRIA PETROLERA FECHA DE REALIZACION: ……./……./………… FECHA DE ENTREGA: ……./……./…………..

LA PAZ -BOLIVIA

Autor: Mamani Cochi Felix David

1

Laboratorio de Física 200

Fuerza Magnética

CONTENIDO RESUMEN I.

II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X. XI. XII.

PAG. Objetivos de la Practica 1.1. Objetivo General 1.2. Objetivos Específicos Justificación Hipótesis Variables Límites y Alcances Marco Teórico Marco Conceptual Procedimiento Experimental Análisis y Tratamiento de Datos Conclusiones Bibliografía Anexos

Autor: Mamani Cochi Felix David

3 3 3 3 3 3 3 3 4 5

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Laboratorio de Física 200

I.

II.

III.

IV.

V.

VI.

Fuerza Magnética

Objetivos de la Practica 1.1. Objetivo General  Comprobar el efecto de un campo magnético sobre una corriente eléctrica. 1.2. Objetivos Específicos  Verificar la relación de fuerza magnética.  Verificar la relación sobre la inducción magnética en el centro de un solenoide y la corriente eléctrica. Justificación La aplicación de los fundamentos de fuerza magnética y campos magnéticos, producidos por conductores de corriente, tienen suma importancia, en especial en relación al manejo de información, en dispositivos de almacenamiento magnético, que hoy en dia es el método mas practico y utilizado. Hipótesis  Se deben validar expresiones para ver el comportamiento del campo magnético en función de las intensidades. Variables Nuestras variables son:  El numero de contra peso “Nc”, el cual es variable en cada medida.  La intensidad “i” en cual circula por la placa.  La intensidad “𝑖𝐵 ” el cual es la corriente que circula por el solenoide y establece el campo magnético en el interior del dispositivo. Limites y Alcances Para el estudio experimental en este tema, se necesita establecer es campo magnético y una corriente eléctrica de manera de poder estudiar su interacción. Marco Teórico Campo magnético. es una descripción matemática de la influencia magnética de las corrientes eléctricas y de los materiales magnéticos.1 El campo magnético en cualquier punto está especificado por dos valores, la dirección y la magnitud; de tal forma que es un campo vectorial. Específicamente, el campo magnético es un vector axial, como lo son los momentos mecánicos y los campos rotacionales. El campo magnético es más comúnmente definido en términos de la fuerza de Lorentz ejercida en cargas eléctricas. El término se usa para dos campos distintos pero estrechamente relacionados, indicados por los símbolos B y H, donde, en el Sistema Internacional de Unidades, H se mide en unidades de amperios por metro y B se mide en teslas o newtons por metro por amperio. En un vacío, B y H son lo mismo aparte de las unidades; pero en un material con magnetización (denotado por el símbolo M), B es solenoidal (no tiene divergencia en su dependencia espacial) mientras que H es no rotacional (libre de ondulaciones). Los campos magnéticos se producen por cualquier carga eléctrica producida por los electrones en movimiento y el momento magnético intrínseco de las partículas elementales asociadas con una propiedad cuántica fundamental, su espín. En la relatividad especial, campos eléctricos y magnéticos son dos aspectos interrelacionados de un objeto, llamado el tensor electromagnético. Las fuerzas magnéticas dan información sobre la carga que lleva un material a través del efecto Hall. La interacción de los campos magnéticos en dispositivos eléctricos tales como transformadores es estudiada en la disciplina de circuitos magnéticos.

Autor: Mamani Cochi Felix David

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VII.

Fuerza Magnética

Marco Conceptual Un campo ejerce una fuerza sobre una carga eléctrica en movimiento; entonces, también lo hara sobre un conductor que lleva una corriente eléctrica, ya que esta esen esencia, un conjunto de cargas en movimiento.

Figura 1 Considere la figura 1; en ella que representa un conductor rectilíneo de longitud l por el que circula una corriente i constituida por las cargas que se mueven con velocidad v. el conductor se encuentra dentro de un conductor magnético de inducción B, por tanto, o portador de corriente, ejerce una fuerza dada por: 𝐹𝑞 = 𝑞𝑣 × 𝐵………….(1) Entonces la fuerza sobre el conductor (que contiene N portadores) es: 𝐹 = 𝑁𝑞𝑣 × 𝐵…………..(2) 𝑙

𝐹 = 𝑁𝑞 × 𝐵…………..(3) 𝑡

Nq/t es la corriente que circula por el conductor; por lo tanto la fuerza sobre este resulta: 𝐹 = 𝑖𝑙 × 𝐵…………….(4) A l se le asigna el sentido de i y este ultimo se toma por convención igual el sentido en el que se moverían los portadores si tuvieran cargas positiva; aunque en los buenos conductores metálicos, los los portadores son negativos (electrones). En todo caso, la ecuación 4 es independiente de la polaridad de los portadores. Si l y B fueran perpendiculares, F tendría una magnitud. 𝐹 = 𝑖𝑙𝐵…………..(5) El estudio experimental de este tema puede hacerse con un arreglo de la figura 2.

Figura 2 El campo magnético requerido es el existente éntrelos polos de un imán; este imán esta constituido por el soporte de imanes y los pequeños imanes que se colocan en él. El conductor con corriente eléctrica sometido a la acción del campo magnético es el segmento horizontal del Autor: Mamani Cochi Felix David

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Fuerza Magnética

circuito impreso de la plaqueta. El soporte de plaquetas permite conectarla plaqueta a la fuente de voltajes continuo. El medidor muestra la corriente en el circuito. El polo norte del imán esta ubicado hacia el soporte de plaquetas; entonces, el segmento horizontal del circuito impreso de la plaqueta experimenta una fuerza de igual magnitud pero dirigida hacia abajo y como el imán esta colocado sobre la balanza, ésta refleja el efecto de la fuerza magnética. La balanza digital puede descontar en forma automática el peso propio del imán; en ese caso, si la lectura de la balanza se designa “m”, el valor experimental d e la fuerza magnética es: 𝐹𝑒𝑥𝑝 = 𝑚𝑔………….(6) VIII. Procedimiento Experimental 1. Verificar que la fuente de voltaje a usar este apagada y con sus controles de voltaje al mínimo. 2. Disponer el medidor para medir corriente continua en el rango de 10[A].  Relación entre F e i 3. Colocar las plaquetas de l=4cm en el soporte de plaquetas. 4. Colocar seis imanes en el soporte de imanes. Además debe de medir la inducción B entre los polos del imán con un medidor de campo magnético. Registrar Ben la tabla 1. 5. Montar el arreglo de la figura 2 con el polo norte del iman colocado hacia el soporte de plaquetas. La plaqueta no debe tocar el imán y el segmento horizontal del circuito debequedar l centro de la altura de los tornillos del soporte de imanes. 6. Presione el botón TAR/CAL de la balanza; par poder descontar el peso del imán. 7. Encender la fuente de voltajes y llenar la tabla 1 haciendo variar la corriente i y anotando las correspondientes medidas de m de la balanza. 8. Reducir el voltaje de la fuente al minimo y desconectarla.  Relación entre F y l 9. En el soporte de plaquetas, cambiar la plaqueta por una de l=1[cm]. Para quitar o colocar una plaqueta la fuente debe estar desconectada. 10. Anotar B en la tabla 2. 11. Conectar la fuente de voltajes y establecer una corriente de 2[A]. Llenar la tabla 2 cambiándolas plaquetas por de diferente valor y anotando las correspondientes lecturas de m. 12. Reducir el voltaje de la fuente al minimo y desconectarla.  Relación entre F y B 13. Poner una plaqueta de l=3cm. Y dejar solo un iman en la parte central. Medir la inducción B y anotarlo en la casilla correspondiente en la tabla 3. 14. Conectar la fuente de voltajes y establecer una corriente de 2[A]. Llenar la tabla 3incrementando de uno a uno los imanes midiendo B y m respectivamente. IX. Análisis y Tratamiento de Datos  Relación entre F e i  A partir de la tabla 1 de la hoja de datos, con la ecuación 6 y m=9,78 (m/s2) elaborar una tabla i vs F exp. Mediante un análisis de regresión, determinar y dibujar F exp= F(i) comparar la resultante de la regresión con el esperado.

i (A) Autor: Mamani Cochi Felix David

Tabla 1 m (Kg)

5

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Fuerza Magnética

0,5 1 1,5 2 2,5 3

0,00013 0,00025 0,00038 0,00051 0,00065 0,00081

TABLA " Relación entre F e i" m (Kg) F exp (N) i (A) 0,00013 0,0012714 0,5 0,00025 0,002445 1 0,00038 0,0037164 1,5 0,00051 0,0049878 2 0,00065 0,006357 2,5 0,00081 0,0079218 3

Grafica 1 Relación entre F e i 3.5

Intensidad (A)

3 2.5

2 1.5

Series1

1

Linear (Series1)

0.5 0 0

0.005

0.01

F exp (N)



Fuente : Elaboración propia Relación entre F y i A partir de la tabla elaborar una tabla i vs F exp. Mediante un análisis de reglecion. Determinar y dibujar la relacion F exp= F(l) comparar la resultante de la reglecion con el esperado. Tabla 2

Autor: Mamani Cochi Felix David

m (Kg)

l (m)

0,00014

0,001

0,00028

0,002

0,0004

0,003

0,00052

0,004

0,0008

0,006

0,00106

0,008

6

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Fuerza Magnética

Tabla 2 "Relación entre F y B" m (Kg)

l (m)

F (N)

0,00014

0,001

0,0001394

0,00028

0,002

0,0002788

0,0004

0,003

0,0004182

0,00052

0,004

0,0005576

0,0008

0,006

0,0008364

0,00106

0,008

0,0011152

Grafica 2 Relación entre F y B 0.0012

0.001

F (N)

0.0008 0.0006

F (N)

0.0004

Linear (F (N))

0.0002 0 0

0.002 0.004 0.006 0.008

0.01

l (m) FUENTE: Elaboracion propia 

Relación entre F y B A partir de la tabla 3 elaborar la tabla B-F exp. . Mediante un análisis de reglecion. Determinar y dibujar la relacion F exp= F(B) comparar la resultante de la reglecion con el esperado. tabla 3

Autor: Mamani Cochi Felix David

Nª IMANES

B (T)

m (Kg)

1

0,0155

0,00008

2

0,0302

0,00017

3

0,0392

0,00023

4

0,0492

0,0003

5

0,0608

0,00037

6

0,0697

0,00042

7

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Fuerza Magnética

tabla 3 "Relación entre F y B" Nª IMANES

B (T)

m (Kg)

F (N)

1

0,0155

0,00008

0,000093

2

0,0302

0,00017

0,0001812

3

0,0392

0,00023

0,0002352

4

0,0492

0,0003

0,0002952

5

0,0608

0,00037

0,0003648

6

0,0697

0,00042

0,0004182

B (T)

GRAFICA 3 Relación entre F y B 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0

B (T) Linear (B (T))

0

0.0002

0.0004

0.0006

F (N)

X.

XI.

XII.

FUENTE: Elaboración propia Conclusiones  Se verificó que las relaciones experimentales concuerdan con las teóricas lo que da señal de que el experimento fue realizado correctamente.  Se pudo obtener buenos resultados gracias al generador de funciones ya que con estese redujo el índice de error.  Se pudo Verificar la relación de la fuerza magnética con la corriente.  Se pudo Verificar la relación de la fuerza magnética con la longitud del conductor.  No Se pudo Verificar la relación de la fuerza magnética con la Inducción magnética yaqué se tubo errores al momento de la toma de datos en Laboratorio. Bibliografía  Fisica Experimental 10ª Edición Manuel R. Soria R.  https://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magnetico  https://es.scribd.com/document/383851973/Fuerza-Magnetica Anexos Cuestionario: 1.En este experimento, ¿por qué no se toma en cuenta la fuerza magnética sobre los segmentos verticales del circuito impreso en las plaquetas que también llevan corriente y que también están inmersos en el campo magnético del imán? R: Es por que como la fuerza magnetica trabaja con las fuerzas perpendiculares a ella, por que su formula dice: F=q*v*B*senθ y si estan en el mismo sentido θ = 0 y en sen0 = 0

Autor: Mamani Cochi Felix David

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Fuerza Magnética

2. En este experimento, ¿que ocurriría si se invrtiera la polaridad de la fuente de alimentación? R: Solo cambiaria el signo, entonces al momento de anotar los datos se los puede cambiar porque sabemos que tenemos que trabajar con magnitudes escalares y no asi con magnitudesvectoriales. 3. En este experimento, ¿como es que puede tenerse l=8cm en una plaqueta de aprox 4.5cm de ancho? R:Es por que la longitud tomada no es solo del ancho de la primera base, sino que tambien hayen una parte mas elevada su continuacion que tambien producira una fuerza magnética. 4.Citar algunos dispositivos prácticos en los que se aprovecha la fuerza magnetica sobre conductores que llevan corriente. R: Podrían estar los transformadores, Bobinas, Arcos de soldar, entre otros. 5.Describir el principio en el que se basa un medidor de campo magnético como el usado eneste experimento. R:El medidor de campo magnético logra medir los valores por que un imán es estado de reposo produce fuerza magnetica pura la cual al ponerla muy cerca de sus terminales logra obtener eldato que se desea.

Autor: Mamani Cochi Felix David

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