Laboratorio de Electricidad y Magnetismo

Prctica de Laboratorio N4

Campo Magntico

INFORME

Integrantes:

Chamorro Espinoza Jean Franc

Grupo: 1

Profesor: Rafael Vera

Semana 9

2014-1

Introduccin

El presente informe de Electricidad y Magnetismo, Campo Magntico, se presenta las experiencias desarrolladas en la sesin cuales fueron: medir la densidad del campo elctrico en bobinas, medir el campo magntico en diferentes puntos a lo largo del eje de la bobina, sin antes tener conocimiento previo como Que es un campo magntico? Existe en la naturaleza un mineral llamado magnetita o piedra imn que tiene la propiedad de atraer el hierro, el cobalto, el nquel y ciertas aleaciones de estos metales. Esta propiedad recibe el nombre de magnetismo. La regin del espacio donde se pone de manifiesto la accin de un imn se llama campo magntico. Este campo se representa mediante lneas de fuerza, que son unas lneas imaginarias, cerradas, que van del polo norte al polo sur, por fuera del imn y en sentido contrario en el interior de ste; se representa con la letra B. El fenmeno del magnetismo es ejercido por un campo magntico, una corriente elctrica o un dipolo magntico crea un campo magntico, ste al girar imparte una fuerza magntica a otras partculas que estn en el campo En este informe primero encontrara un prembulo donde estar el contenido que posee este trabajo, luego el cuerpo del informe donde se halla el procedimiento, resultados y anlisis de estos. Por ltimo se encuentra un cierre del trabajo en el cual se halla principalmente las conclusiones obtenidas, la bibliografa y referencias. Con la finalidad de poder calcular y comprender mediante el anlisis y la comparacin de los valores obtenidos experimentalmente y terico del Campo Magntico. Para hacer posible cada uno de los experimentos en la sesin del laboratorio se utilizaron herramientas como una fuente de energa ac/dc, balanza de corrientes, multmetro digital, bobina de campo, sensor de campo magntico. Hoy en la actualidad la ciencia del magnetismo se ha vuelto central en nuestra tecnologa como medio ideal de almacenamiento de datos en cintas magnticas, discos magnticos y burbujas magnticas. Adems, se empieza a aplicar en la medicina.

Fundamento Terico El campo magntico

El campo magntico es una propiedad del espacio por la cual una carga elctrica puntual de valor q que se desplaza a una velocidad, sufre los efectos de una fuerza perpendicular y proporcional a la velocidad, y a una propiedad del campo, llamada induccin magntica, en ese punto: F= q v x B Los experimentos realizados sobre el movimiento de partculas cargadas que se desplazan en un campo magntico han proporcionado los siguientes resultados:

La fuerza magntica es proporcional a la carga q y la velocidad v de la partcula

La magnitud y direccin de la fuerza magntica depende de la velocidad de la partcula y de la magnitud y direccin del campo magntico

Cuando una partcula se mueve en direccin paralela al vector campo magntico, la fuerza magntica F sobre la carga es cero

Cuando la velocidad hace un ngulo con el campo magntico la fuerza magntica acta en una direccin perpendicular tanto v como a B; es decir, F es perpendicular al plano formado por v y B

Lneas de campo magntico Del mismo modo que el campo elctrico E puede representarse mediante lneas de campo elctrico, tambin el campo magntico B puede ser representado mediante lneas de campo magntico. En ambos casos, la direccin del campo viene indicada por la direccin de las lneas de campo, y la magnitud del campo por su densidad. Existen, sin embargo, dos importantes diferencias entre lneas del campo elctrico y lneas de campo magntico:

Las lneas de campo elctrico poseen la direccin de la fuerza elctrica sobre la carga positiva, mientras que las lneas de campo magntico son perpendiculares a la fuerza magntica sobre una carga mvil.

Las lneas de campo elctrico comienzan en las cargas positivas y terminan en las cargas negativas; las lneas de campo magntico forman circuitos cerrados. Con los polos magnticos aislados aparentemente no existen, no hay puntos en el espacio donde las lneas de campo magntico comiencen o terminen.

Procedimiento y Resultados

Campo magntico giratorio

En un motor desmantelado se le introduce un rotor el cual contiene una bobina con polo norte y sur.

Luego se procede a alimentar el motor con energa, se introduce el rotor. Anotar lo que pasa.

Explique el principio de funcionamiento del campo magntico giratorio.

El estator del motor esta enrollado por bobinas de cobre que al recibir una corriente generada por

la fuente crean campos magntico en norte y sur, que fluyen por los bordes de la parte interna del

motor, el rotor al acercarse a los bordes internos es repelido y atrado hacia una direccin

dependiendo la orientacin de su campo magntico.

El Timbre elctrico Alimentar el electroimn con tensin, esto se lograra con una fuente de corriente continua, una

batera de 12 voltios, adems de un pulsador que permitir pasar el flujo de electrones.

Explique el principio de funcionamiento del timbre elctrico

Al cerrar el pulsador, la corriente circula por la bobina del electroimn y esta crea un campo

magntico que atrae la armadura. El martillo, soldado a la armadura, golpea la campana

produciendo el sonido. Al abrir el interruptor cesan la corriente y el campo magntico del

electroimn, y un resorte devuelve la armadura a su posicin original para interrumpir el sonido.

El transformador

Se conectara embobinado primario a un generador y un bobinado secundario conectado al circuito

de utilizacin.

La tensin del bobinado primario V1 crea un campo magntico que recorre el circuito magntico y que induce una tensin V2 en el secundario. La relacin entre las tensiones se llama relacin de transformacin y viene dada por la expresin:

Explique el principio de funcionamiento del transformador elctrico

Si se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, circular por ste una

corriente alterna que crear a su vez un campo magntico variable. Este campo magntico

variable originar, por induccin electromagntica, la aparicin de una fuerza electromotriz en los

extremos del devanado secundario

Campo magntico generado por las bobinas de Helmholtz

1. Realizar el montaje de las conexiones en la bobina movible de las bobinas de Helmholtz segn la siguiente figura:

2. Colocar el sensor de campo magntico en el soporte lateral.

3. Mantener la corriente en un valor mximo de 3 Amperios.

4. Medir la densidad de campo magntico en diferentes puntos a lo largo del eje de la bobina. Mover la bobina movible desde un extremo hacia el otro en lnea recta.

Densidad de campo magntico en bobina con DC

5. Realizar las conexiones en las bobinas de Helmholtz tal como muestra la siguiente figura:

A 4A

VDC

S

Generacin de campo magntico en bobinas con DC y con polaridades iguales.

6. Medir el campo magntico en diferentes puntos a lo largo del eje de la bobina. Mover la bobina movible junto con el sensor magntico, manteniendo a ste en el centro de la bobina. .

Densidad de campo magntico en bobina con DC con separacin menor y mayor a 6 cm

7. Realizar las conexiones en las bobinas de Helmholtz tal como muestra la siguiente figura:

A 4A

VDC

S

Generacin de campo magntico en bobinas con DC y polaridad inversa

8. Medir el campo magntico en diferentes puntos a lo largo del eje de la bobina. Mover la bobina movible junto con el sensor magntico, manteniendo a ste en el centro de la bobina. .

Densidad de campo magntico en bobinas con DC con separacin menor y mayor a 6 cm.

1. Realizar las conexiones en una de las bobinas de Helmholtz tal como muestra la siguiente figura y alimentadas con AC.

A 4A

VAC

S

Generacin de campo magntico con AC

2. Graficar la densidad de campo magntico en el interior de la bobina.

Densidad de campo magntico en bobina con AC

Medicin de la dispersin de Campo Magntico.

Utilizar la bobina cilndrica con densidad de espiras variable para medir la densidad de campo

magntico con espiras separadas y juntas:

Circuito de bobina cilndrica con espiras variables

Densidad de campo (espiras separadas)

0,15

Densidad de campo (espiras juntas)

1,160

Densidad de campo para espiras separadas

Densidad de campo para espiras juntas

Determinamos que el campo magntico es superior en las espiras juntas, obteniendo como

resultado un campo magntico mximo de 1.23 en aproximadamente en 6 segundos, en contraste

con el resultado obtenido del campo magntico en espiras separadas es mucho menor, esto nos

da que el campo es mayor a una menor distancia, cosa que es similar al campo elctrico de una

carga

Pruebas a un transformador

Prueba de continuidad en cada devanado del transformador

Use la escala ms baja del ohmmetro, mida y anote la resistencia de cada uno de los devanados

del transformador que se muestra en la figura siguiente y complete el Cuadro 1.

Terminales del transformador

Resistencia y continuidad en devanados de un transformador

TERMINALES RESISTENCIA () EXISTE CONTINUIDAD

S o NO

1 a 2 33.5 S

3 a 4 112.5 S

3 a 7 54.5 S

7 a 8 41.7 S

8 a 4 15.5 S

5 a 6 34.0 S

5 a 9 15.9 S

9 a 6 17.9 S

1 a 3 Infinito No

7 a 9 Infinito No

Clculo de la relacin de transformacin en un transformador

A continuacin, mida las tensiones del secundario, sin carga, cuando se aplica 120 VAC al devanado

primario.

1. Conecte el circuito tal como se ilustra en la figura y solicite la aprobacin del profesor para encender la fuente.

2. Ajuste la fuente de alimentacin a 120 VAC con el voltmetro V1. 3. Mida y anote las tensiones de salida con el voltmetro V2, segn las indicaciones del

Cuadro 2.

3

7

8

4

5

9

6

V2

1

2

V1120 V

Medicin de la relacin de transformacin.

DEVANADOS Relacin de

Transformacin

a = V1 / V2

PRIMARIO

(V1)

SECUNDARIO

(V2)

1 - 2 = 120 V

3 - 4 = 209 0.54

5 - 6 = 120.5 0.99

3 - 7 = 104.1 1.15

7 - 8 = 76.5 1.57

8 - 4 = 28.1 4.27

5 - 9 = 60.4 1.99

9 - 6 = 60.4 1.99

Relacin de transformacin

CUESTIONARIO

1. Explique las curvas obtenidas en las experiencias con las bobinas de Helmholtz.

Las grficas vara segn se varia la posicin de una de las bobinas haciendo que el

campo magntico aumente o se reduce segn va acercndose o alejndose

2. Los devanados 1 a 2 y 5 a 6 tienen 500 vueltas de alambre. El devanado 3 a 4 tiene 1000 vueltas. Calcule las siguientes relaciones de vueltas:

a) devanado 1 a 2

a 6devanado 5 500/500 =1

b) devanado 1 a 2

devanado 3 a 4 500/1000 = 0.5

3. Cuntas espiras tendr el secundario de un transformador, si su relacin de transformacin es 1: 6 y el primario tiene 90 vueltas?

1/6 = 90/x

X=540

4. Cunto indicara un ampermetro si se conectara en el secundario del transformador de la pregunta anterior, sabiendo que el ampermetro del lado primario indica 2 mA?

1/6 = Is/2mA

Is= 1/3

Conclusiones

La densidad de un campo magntico de espiras separadas y juntas se

lleg a concluir que: Cuando las espiras estn separadas la densidad del campo

magntico es menor, y cuando las espiras estn juntas la densidad del campo

magntico es mayor.

Se determin el campo magntico en espiras separadas y juntas, obteniendo como

resultado un campo magntico mximo de 1.23 en espiras juntas.

Se concluye que si ms vueltas tiene el devanado primario, la corriente que pasa por

el devanado secundario es menor.

Se concluye que hay relacin directa entre el nmero de vueltas y la tensin en una

bobina, es por ello que aumentar la cantidad de vueltas en el devanado secundario

har que aumente la tensin, esto a la vez ayuda a que el transformador aumente una

cantidad proporcional a la cantidad de vueltas.

Aplicaciones

En la actualidad el magnetismo se ha vuelto central en nuestra tecnologa como

medio ideal de almacenamiento de datos en cintas magnticas, discos magnticos y

burbujas magnticas.

Otra de las aplicaciones importantes del magnetismo se da en la separacin de

materiales ferromagnticos en una mezcla, mediante la levitacin; ya que la

separacin ordinaria utiliza lquidos pesados, algunas veces txicos.

Galvanmetro

Es un aparato que se usa para medir pequeas intensidades de corriente. Consta de una aguja unida, mediante un muelle en espiral a una bobina rectangular plana colocada entre los polos de un imn permanente. En el interior de la bobina se coloca un ncleo de hierro dulce, para concentrar las lneas del imn. Cuando la corriente pasa por la bobina acta sobre el conjunto un par de fuerzas que tiende a orientarla en direccin perpendicular al campo. El resorte hace entonces un par de fuerzas que equilibran el giro. Por tanto la desviacin es directamente proporcional a la corriente y esa desviacin la mide la aguja.

Referencias Bibliogrficas

Resnick, R. y Halliday, D (2007). Fsica. Mxico: Grupo Editorial Patria. Vol. 2, 5ta. Ed. (pp.679-699)

Tipler, P. y Mosca, G. (2011). Fsica para la ciencia y la tecnologa. Barcelona, Espaa: Ed. Revert, 7ta Ed. Vol. 2. (pp. 801-838)

Sears F., Zemansky M., Y oung H. Fisica Universitaria, Addison Wesley, 1988