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REPUBLICA DE BOLIVIA UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA

AREA DE FISICA

Materia: Lab. FIS - 200 Nivel: 3 Grupo: I Gestión Académica: 2017 No. De experimento: 5 Título del Experimento: Galvanómetro tangente Apellido y nombre del Docente: Ing. Humberto Murguía Apellido y nombre del Ayudante: Apellido y nombre del Universitario: Univ. Néstor Chambi Chinche Carrera: Ingeniería Petrolera Fecha de Realización: 22 – 09 - 2017 Fecha de Entrega: 29– 09 - 2017

La Paz – Bolivia

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Índice

Pág.

1. Objetivos de la Práctica…………………………………………………...........3 1.1. Objetivo General…………………………………………………………....3 1.2. Objetivos Específicos………………………………………………….…...3 2. Justificación……………………………………………………………………...3 3. Marco teórico…………………………………………………………………….4 3.1. Galvanómetro…………..…………………………………………………...4 3.2. Origen …….……………………………………………………………..…..5 3.3. Componentes del galvanómetro ………………………...…………….....6 3.4. Tipos de galvanómetro ……..………………………...…………………...7 3.4.1.

Imán móvil …………....………………………...………………..7

3.4.2.

Cuadro móvil…………………………………………………….7

4. Marco Conceptual…………………………………………………………..….8 5. Procedimiento experimental……………………………………………..........9 6. Análisis y tratamiento de datos……………………………………………….10 7. Conclusiones……………………………………………………………….…..12 8. Cuestionario…………………………………………………………………....12 9. Bibliografía……………………………………………………………………...13

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Informe Nº 5 “Galvanómetro tangente”

1. OBJETIVOS 1.I. OBJETIVO GENERAL - Verificar la interacción de la brújula con el campo magnético terrestre y un campo magnético creado por una corriente eléctrica.. 1.II. OBJETIVO ESPECÍFICO - Realizar un amperímetro muy básico. - Determinar el campo magnético terrestre.

2. HIPÓTESIS Se deben validar la relación:

B  BT tg En las bobinas de Helmholtz, el módulo de B esta dado: 3 2

 4   Ni B    0  ki 5 R Siendo: 3

 4 2  N k   0 5 R

Se obtiene:

ki  BT tg De donde:

B  i   T tg  Ktg  k  Siendo:

3

K

BT k

Conociendo K se puede determinar BT.

3. MARCO TEORICO 3.1. Galvanómetro

Hilos de entrada de corriente a medir Resorte de retroceso Un galvanómetro es una herramienta que se usa para detectar y medir la corriente eléctrica. Se trata de un transductor analógico electromecánico que produce una deformación de rotación en una aguja o puntero en respuesta a la corriente eléctrica que fluye a través de su bobina. Este término se ha ampliado para incluir los usos del mismo dispositivo en equipos de grabación, posicionamiento y servomecanismos. Es capaz de detectar la presencia de pequeñas corrientes en un circuito cerrado, y puede ser adaptado, mediante su calibración, para medir su magnitud. Su principio de operación (bobina móvil e imán fijo) se conoce como mecanismo de D'Arsonval, en honor al científico que lo desarrolló. Este consiste en una bobina normalmente rectangular, por la cuál circula la corriente que se quiere medir, esta bobina está suspendida dentro del campo magnético asociado a un imán permanente, según su eje vertical, de forma tal que el ángulo de giro de dicha bobina es proporcional a la corriente que la atraviesa. La inmensa mayoría de los instrumentos indicadores de aguja empleados en instrumentos analógicos, se basan en el principio de operación explicado, utilizándose una bobina suspendida dentro del campo asociado a un imán permanente. Los métodos de suspensión empleados varían, lo cuál determina la sensibilidad del instrumento, así cuando la suspensión se logra mediante una cinta metálica tensa, puede

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obtenerse deflexión a plena escala con solo 2 μA, pero el instrumento resulta extremadamente frágil, mientras que el sistema de "joyas y pivotes", semejante al empleado en relojería, permite obtener un instrumento más robusto pero menos sensible que el anterior, en los cuales, típicamente se obtiene deflexión a plena escala, con 50 μA. 3.3. Componentes del galvanómetro Todos los tipos de galvanómetros contienen básicamente todos estos elementos: 1. Imán permanente o imán temporal 2. Bobina móvil 3. Aguja indicadora 4. Escala en unidades 5. Pivotes 6. Cojinetes 7. Resortes 8. Pernos de retención 9. Tornillo de ajuste cero 10. Mecanismo de amortiguamiento

3.4. Tipos de galvanómetros

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Según el mecanismo interno, los galvanómetros pueden ser de imán móvil o de cuadro móvil. 3.4.1. Imán móvil En un galvanómetro de imán móvil la aguja indicadora está asociada a un imán que se encuentra situado en el interior de una bobina por la que circula la corriente que tratamos de medir y que crea un campo magnético que, dependiendo del sentido de la misma, produce una atracción o repulsión del imán proporcional a la intensidad de dicha corriente. 3.4.2. Cuadro móvil En el galvanómetro de cuadro móvil o bobina móvil, el efecto es similar, difiriendo únicamente en que en este caso la aguja indicadora está asociada a una pequeña bobina, por la que circula la corriente a medir y que se encuentra en el seno del campo magnético producido por un imán fijo. En el diagrama de la derecha está representado un galvanómetro de cuadro móvil en el que, en rojo, se aprecia la bobina o cuadro móvil y en verde el resorte que hace que la aguja indicadora vuelva a la posición de reposo una vez que cesa el paso de corriente. En el caso de los galvanómetros térmicos, lo que se pone de manifiesto es el alargamiento producido al calentarse, por el Efecto Joule, al paso de la corriente, un hilo muy delgado arrollado a un cilindro solidario con la aguja indicadora. Lógicamente el mayor o menor alargamiento es proporcional a la intensidad de la corriente.

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4. MARCO CONCEPTUAL Una brújula se orienta según la dirección del campo magnético existente en el lugar donde se encuentre. Si no existen otros campos magnéticos. La brújula se orienta según la dirección del campo magnético terrestre. En la figura 1 se representa una brújula ubicada en un lugar donde existe un campo magnético de inducción B, perpendicular al campo magnético terrestre. BT es la componente vectorial horizontal de la inducción del campo magnético terrestre. La brújula queda orientada en la dirección de la inducción magnética resultante BR, entonces:

tg 

B BT

1

De donde:

 2

B  BT tg

En este experimento se muestra un arreglo práctico en el que se usa una brújula que tiene un disco giratorio en lugar de una aguja, además de un divisor que amplía sus escalas. El campo magnético de inducción B es el existente en el centro de las bobinas de Helmholtz al ser recorridas por la corriente i esta corriente es generada por la fuente de voltaje DC y puede leerse en el medidor. Las bobinas de Helmholtz están orientadas de manera que, en ausencia de corriente, sus diámetros horizontales están en la dirección Norte-Sur (de esta manera B será perpendicular a BT). Si por las bobinas circula la corriente i, el módulo de B está dado por: 3 2

 4   Ni B    0  ki (3) 5 R Siendo: 3

 4 2  N k    0 (4) 5 R

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Donde N es el número de espiras de cada bobina y R, su radio. Igualando (3) y (2) resulta:

ki  BT tg (5) De donde:

B  i   T tg  Ktg (6)  k  Siendo:

K

BT (7) k

Lo anterior muestra que la corriente por las bobinas es proporcional a la tangente del ángulo de desviación de la brújula y que, si se determina K la combinación bobinas – brújula de la Figura de experimento podría usarse para medir corrientes; en virtud de ello, tal combinación se conoce como galvanómetro tangente. A si mismo conociendo K, puede determinarse BT.

5. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Verificar que la fuente de voltaje a usar esté apagada con sus controles de voltaje al mínimo y sus controles de corriente al máximo. 2. Montar el arreglo. El medidor debe disponerse para medir corriente continua en el rango de [mA]. La brújula debe colocarse en el centro de las bobinas y apuntando en una dirección de referencia que corresponderá a una desviación de 0º 3. Llenar la Tabla 1 de la Hoja de Datos haciendo que la corriente i aumente de manera que la desviación de la brújula se incremente en pasos de 10º. La corriente i no debe exceder 200[mA].

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6. ANALISIS Y TRATAMIENTO DE DATOS 1. En base a la Tabla 1 de la Hoja de Datos, elaborar una tabla tg  i . Mediante un análisis de regresión, determinar y dibujar la relación experimental i = ƒ(tg∅) y, por comparación con la relación teórica, determinar el valor experimental de K ø(º)

i (A)

tg (ø)

i (A)

0

0

0

0

10

0,00458

0,18

0,00458

20

0,00864

0,36

0,00864

30

0,01208

0,58

0,01208

40

0,0179

0,84

0,0179

50

0,026

1,19

0,026

60

0,0366

1,73

0,0366

70

0,0544

2,75

0,0544

80

0,0977

5,67

0,0977

Chart Title 0.12 y = 0.0172x + 0.0032 R² = 0.9925

Axis Title

0.1 0.08 0.06

Series1

0.04

Linear (Series1)

0.02 0 0

2

4

6

Axis Title

Mediante un análisis de regresión lineal con intersección nula, la relación i  f (tg ) resulta.

i  0..0172tg

( en [º ], i en [A])

Si:

i  K * tg Entonces:

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K  0.025[ A] 2. Con el valor obtenido de K, calcular Ø para los siguientes valores de i dados en amperios: 0.000, 0.010, 0.020, 0.050, 0.10 y 0.20. i[ A]

i [º ] K 0 0.3805 0.6747 1.1071 1.3258. 1.4464

  tg 1

0 0,01 0,02 0,05 0,1 0,2 16000 14000 12000 10000 8000

Series1

6000 4000

2000 0 0

0.5

1

1.5

2

2.5

3. Con el valor obtenido de K, calcular BT con la ecuación (7) y comparar el resultado con el valor de BT en La Paz, obtenido de alguna fuente (indicar fuente)

K Y sabiendo que:

u o  4 *10 7 N / A 2 N  124 R  0.1475[m]

10

BT (7) k

3

 4 2  N k    0 (4) 5 R 3

7  4  2 4 *10 *124 k   0.1475 5

k  7.56  10 4

Por lo tanto: BT = k * K BT = 7.56x10-4 * 0.025 BT exp = 1.9x10-5 (T)

[T ]

Exp. Teo. 5 1.9 *10 24.1161*10 6

Lat: -16.77 Lon: 291.83 LA PAZ BOLIVIA). Fuente: (ESTACION GEOMAGNETICA VILLA REMEDIOS

7. CONCLUSIONES SE obtuvo los resultados y las diferencias no son tan significativas. Se realizó un amperímetro. Se determinó en campo magnético terrestre con un error no muy significativo

8. CUESTIONARIO -

Deducir la expresión de i en función de  para el caso en que el ángulo entre

BT y

B , llamase  , sea menor que 90º. ¿Se podría seguir considerando el

arreglo correspondiente como un galvanómetro tangente? Explicar.

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BT B  sen sen(   ) sen B  BT sen(   )

Este arreglo no puede considerarse como un galvanómetro tangente ya que la condición principal para que sea un galvanómetro tangente es que: El campo magnético de inducción B , debe ser perpendicular al campo magnético terrestre BT .

-

Para un galvanómetro tangente, indicar el valor de la corriente que sería necesaria para que la brújula de desvíe 90º. En un galvanómetro tangente la brújula nunca se va a desviar 90º. Por lo cual se puede decir que el valor de la corriente tiene al infinito.

-

En relación con el campo magnético terrestre: ¿Qué es la declinación magnética?, ¿Qué es la inclinación magnética?. La Declinación magnética en cualquier punto de la tierra es el ángulo comprendido entre el campo magnético terrestre local y la dirección del norte verdadero. En otras palabras es la diferencia entre el norte geográfico y el indicado por una brújula (denominado a veces como norte magnético). La Inclinación magnética es el ángulo agudo entre la componente horizontal del campo magnético y la dirección del campo magnético total de la Tierra en el plano del meridiano magnético.

-

Si no existieran otros campos magnéticos, ¿cambiaría los resultados si el experimento se realiza en otro punto del globo terrestre? Explicar. Los resultados que obtendríamos no cambiarían demasiado, si se realiza correctamente

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-

Si no existieran otros campos magnéticos, ¿podría realizarse el experimento en cualquier punto del globo terrestre sin ningún problema? Explicar. Si, si podría realizarse el experimento en cualquier punto del globo terrestre. No tendría por qué existir algún problema al momento de medir el campo magnético en cualquier punto del globo, ya que solo debemos medir la variación de la intensidad respecto a la variación del ángulo.

9. BIBLIOGRAFIA FISICA EXPERIMENTAL.

Manuel R Soria

http://html.rincondelvago.com/campo-magnetico-terrestre.html https://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico_terrestre http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/magnetic/magearth.html

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