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• Jorge Navarro

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Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (ESIME Culhuacán) Ingeniería en Computación Grupo 2CX24 Equipo 5 Del Angel Ruiz Jesus Roberto Espinosa Pérez Miguel Angel Chimecatl Hernández Hector Gabriel Negrete Oropeza Rafael Jair Silva González Mitchell

Laboratorio de Electricidad y Magnetismo Práctica No. 8 “Campo Magnético, fuerza de un conductor”

OBJETIVO Objetivo 1: Comprobar que el campo magnético (B) en un conductor recto como función de la variación de la distancia (r) del conductor. Donde I=cte.

Objetivo 2: Comprobar que el campo magnético (B) como función de la corriente (I) que pasa por el conductor.

MATERIAL Y EQUIPO - Espira rectangular - Fuente de alimentación - Teslámetro digital - Sonda Hall axial - Transformador - Multímetro - Amperímetro de gancho - Regla - Bases - Conductores

Fundamentación Teórica Campo magnético, fuerza de un conductor Campo Magnético Los campos magnéticos son producidos por corrientes eléctricas, las cuales pueden ser corrientes macroscópicas en cables, o corrientes microscópicas asociadas con los electrones en órbitas atómicas. 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, Fmagnética = qvB, que está compuesta de (Newton x segundo)/(Culombio x metro). El Gauss (1 Tesla = 10.000 Gauss) es una unidad de campo magnético más pequeña.

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. Dicho campo viene dado por la expresión:

Donde: q es la carga creadora del campo v es la velocidad de dicha carga r es la distancia desde el punto donde se encuentra la carga hasta el punto P donde se está calculando el campo ur es un vector unitario que va desde el punto donde se encuentra la carga hacia el punto donde se calcula el campo μ0 es una constante denominada permeabilidad del espacio libre. Su valor en el Sistema Internacional es μ0 = 4π 10-7 T m/A La dirección y el sentido del campo B vienen dados por la regla de la mano derecha, y su módulo es el módulo del producto vectorial:

Dirección y sentido

Módulo

Cuando la carga q es negativa, el sentido de B es opuesto al que se muestra en la figura. El campo magnético en la dirección del movimiento es nulo, ya que en este caso los vectores v y ur son paralelos y su producto vectorial es cero.

FUERZA MAGNÉTICA SOBRE UN CONDUCTOR

Al igual que una carga eléctrica que se desplaza en el seno de un campo magnético experimenta una fuerza magnética, un conductor eléctrico por el que circulen cargas eléctricas (es decir, una corriente eléctrica) y que se encuentre en el seno de un campo magnético experimentará también una fuerza magnética. En este caso el valor de la fuerza ejercida sobre el conductor dependerá de la intensidad del campo magnético, la longitud del conductor y el valor de la corriente eléctrica que circule por el conductor:

La principal aplicación práctica de este fenómeno la tenemos en los motores eléctricos. En los motores en vez de tener conductores eléctricos aislados, los tenemos en forma de espiras rectangulares. De esta forma, se nos presenta un par de fuerzas que hace que la espira tienda a girar.

Procedimiento En esta práctica probamos el campo magnético pasa por el conductor como función de la corriente, para esto conectamos la fuente de alimentación en la espira rectangular junto con el teslámetro el transformador y el multímetro. Para el primer objetivo inducimos una corriente de 10.4 esta corriente será constante y separaremos la sonda Hall axial, primero estaba pegada, después la separamos 1cm hasta llegar a los 4 cm y verificábamos el campo magnético con el teslámetro. Posteriormente observamos que, si alejábamos más de 5 cm la sonda hall axial, el campo magnético se mantenía constante por lo tanto el campo magnético no llegaba más de 5cm. Para el segundo objetivo solo aumentamos el voltaje y la distancia la mantuvimos constante que fue de 1cm, la intención era observar el cambio del campo magnético.

Justificación Matemática: 𝐵 = (𝑀𝑜)(𝐼)/2𝜋r Donde Mo es la Constante Magnética Mo = 4𝜋 x 10-7 v.s/A.m ò N/A2 ò T.N/A Mo = 1.26 x 10-6 v.s / A.m Objetivo 1:

𝐵 = (𝑀𝑜)(𝐼)/2𝜋 r-1 De la Forma:

Y=AXb 𝐿𝑛 𝑌 = 𝐵 𝐿𝑛 𝑋 + 𝐿𝑛 𝐴 𝑌 =𝑎𝑥+𝑏 𝐿𝑛 𝐴 = 𝑏 𝐴 = 𝑒𝑏 𝑀𝑜 . 𝐼 𝑃𝑒𝑟𝑜 𝐴 = 2𝜋 2𝜋 . 𝐴 𝐼= 𝑀𝑜

Objetivo 1 0.0002

y = 3E-05x-0.216 R² = 0.8426

0.00018 0.00016 0.00014 0.00012 0.0001 0.00008 0.00006 0.00004 0.00002 0 0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

0.045

Objetivo 2:

𝑀𝑜 𝐵= 𝐼 2𝜋𝑟 De la Forma:

𝑌 =𝑎𝑥+𝑏 𝑀𝑜 𝑎= 2𝜋𝑟 𝑀𝑜 = 𝑎 (2𝜋𝑟)

Objetivo 2 0.0006

y = 8E-06x + 2E-05 R² = 0.999

0.0005 0.0004 0.0003 0.0002 0.0001 0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

Conclusiones: Al realizar esta práctica pudimos comprobar lo importante que es analizarla para poder llegar al objetivo, comprobamos que en ocasiones el material o equipo utilizado en la práctica no está en óptimas condiciones o simplemente no funciona correctamente lo que esto provoca resultados o datos erróneos. Y lo pudimos comprobar en esta práctica, donde primeramente íbamos a calcular la constante magnética, pero nos percatamos de que el amperímetro no estaba funcionando correctamente por lo que tuvimos que cambiar los valores a calcular, y en este caso para el objetivo uno calculamos (I) y para el objetivo 2 (r). Donde vimos que en el caso 2 se pudo llegar al objetivo esperado con r = 2 cm y en el caso 1 tuvimos un error algo significativo debido al equipo utilizado donde nos dio la corriente = 130 A. Con esto concluimos que es importante realizar de manera correcta las prácticas en el laboratorio, analizarlas bien, para poder llegar a comprenderlas.