Experimento #5 Introducción al Magnetismo I. Objetivos: • • •
Calcular la constante de permeabilidad µo utilizando una bobina. Comprender como una corriente induce un campo magnético Calcula el Campo Magnético de nuestro planeta
II. Introducción: En algún momento en la historia la electricidad y el magnetismo fueron considerados fenómenos separados uno del otro. Pero en el Siglo XIX se comprendió que ambos conceptos están muy relacionados. Con esta explicación hemos desarrollado motores y generadores eléctricos que tan útiles son en nuestra vida cotidiana.
Con el fin de describir cualquier tipo de campo, debemos definir su magnitud y dirección. La dirección del campo magnético B está en la dirección hacia la cual apunta el polo norte de la aguja de una brújula. La Figura 1muestra como trazar un campo magnético por un imán. Los átomos en una barra de hierro sin magnetizarse están arreglados en forma aleatoria, mientras que una barra magnetizada están alineados y el polo norte está apuntado hacia la misma dirección. La capacidad que tienen los átomos de hierro para permanecer alineados es lo que explica las propiedades magnéticas de este metal.
Figura 1. Trazado de las líneas de campo de un imán de barra Podemos definir un campo magnético B en algún punto en el espacio en términos de la fuerza magnética ejercida sobre un objeto de prueba apropiado. En el caso de una bobina podemos decir que el campo magnético se puede decir que:
B=N
µo I 2R
Donde N es el numero de vueltas de la bobina, I es la corriente en amperios, R es el radio de la bobina y µo es la constante de la permeabilidad es el vació que es por definición 4p´10-7 T.m/A.
Figura 2. Descripción de como se comporta el campo magnético y la corriente en un solenoide III. Materiales • • • • • •
Sensor de Campo magnético Sensor de corriente Programa Data Studio Bobina Sujetador Brújula
IV. Procedimiento Parte I. Medir la constante de permeabilidad 1. Coloque el sensor de campo magnético en el centro de la bobina que le supla su profesor tal como lo ilustra la figura 3.
Figura 3. Sensor de campo magnético dentro la bobina 2. Ensamble el circuito tal y como lo muestra la figura 4 para medir la corriente a través del cable..
Figura 4. Configuración del experimento 3. Abra el programa Data Studio, y configure el sensor de campo magnético al canal A y el sensor de corriente al canal B. 4. Configura la grafica de su experimento de tal forma que tengamos en la coordenada Y el valor del campo magnético vs en la coordenada X el valor de la corriente. Ojo: Asegurese que la corriente en el suplidor de voltaje inicialmente este en cero. Observe la magnitud del sensor si es 100x, 10x y 1x para luego dividir por ese número en la pendiente obtenida.
Figura 5. Campo magnético contra Corriente 5. Coloque el suplidor de voltaje en rampa ascendente en 0.1V de amplitud y 0.1 Hz de frecuencia para que la medida sea tomada en 10 segundos. Adquiera la data presionado start a su experimento y presione stop cuando el reloj llegue a 10.0 segundos..
6. Analice sus datos haciendo un “fit lineal”, encuentre la pendiente de la grafica. Recuerde que para encontrar el valor de la permeabilidad en espacio libre primero debemos hacer la conversión (1 Gauss = 10-4 Tesla) Despeje la ecuación para obtener el valor de la constante de permeabilidad
B=N
% Error =
µo I 2R
Vteorico − Vexp erimental Vteorico
x100
Parte II. Calcular el campo magnético de La Tierra (B T) la componente horizontal 1. Coloque el sensor de campo magnético en el centro de la bobina y conéctelo al canal A de su interfase. 2. Coloque la brújula dentro de la bobina y colóquela en forma de que los cables del embobinado estén paralelos a la brújula apuntado hacia el norte como lo muestra la figura 4 Interfase Pasco
Sensor de Magnetismo
Sensor de Corriente
. Figura 3. Coloque el suplidor de voltaje en 0.1 VDC y anote el ángulo de la brújula. 4. Tome la lectura de la corriente y campo magnético de la bobina a ese ángulo. 5. Luego repita lo mismo para 0.2V, 0.3V , 0.4V y 0.5V luego anote sus resultados en la tabla 1. 6.Ahora calcule el campo magnético de la Tierra utilizando la siguiente ecuación para cada ángulo.
BT =
BB tan θ
Donde BT es el campo magnético de la Tierra y BB el campo de la bobina
BB = N
µo I 2R
7. Promedie los valores del Campo Magnético de la Tierra horizontal y compárelo con el valor teórico que es 26´10-6T.
Laboratorio de Física Universitaria II Experimento 5. Introducción al Magnetismo Sección _________
Pendiente (Gauss/A) = Pendiente (Tesla/A) = Tabla 1. Datos obtenidos de la pendiente parte I del experimento luego de dividir por la sensibilidad del sensor magnético
Angulo (Grados)
Tan ?
Corriente (A)
B de la Bobina (BB)
B de la Tierra
Tabla 2. Recopilación de Datos para calcular el Campo Magnético de la Tierra horizontal
Valor Promedio de B de la Tierra
Valor Teórico de B de la Tierra
% de Error
Tabla 2. Comparación de los resultados
% Error =
Vteorico − Vexp erimental Vteorico
V. Preguntas: Demuestre que campo magnético de la tierra es: