Practica once: Magnetismo y electromagnetismo I

Gutierrez Lopez Dalia Gabriela dalia@ciencias.unam.mxFacultad de Ciencias U.N.A.M.

01 de Octubre del 2013

Resumen

Este experimento se realizo para observar que una corriente electrica genera un campo magnetico.Para esto fue necesario inducir la corriente mediante una fuente de alta capacidad que consisto en untransformador de 30 A, un varic, un puente de rectificadores y un alambre de cobre grueso , todo consus respecivos cables. Para que se puediese observar el campo magnetico se utilizo polvo de hierro, 4brujulas y 1 hoja de papel blanca.

Despues de poner a fucionar la fuente de corriente, se conecto el alambre de cobre y se pusieronlas brujulas a su alrededor y se observo el cambio de direccion de las agujas. Luego se espolvoreo elpolvo de hierro y se pudo apreciar cierto arreglo geometrico en la manera en la que este se acomodaba.Por ultimo se utlizo una tabla con alambre de cobre acomodado de manera que formase un cilindroatravezando una tabla de madera y se observaron las lneas del campo magnetico dentro del cilindro ya sus alrededores.

Introduccion

Los fenomenos magneticos fueron observados por primera vez al menos hace 2500 anos, con fragmentosde mineral de hierro magnetizado cerca de la antigua ciudad de Magnesia (hoy Manisa, en Turquaoccidental). Esos trozos eran ejemplos de lo que ahora llamamos imanes permanentes.

Es probable que en la puerta del refrigerador de su hogar haya varios imanes permanentes. Vimos quelos imanes permanentes ejercan fuerza uno sobre otro y sobre trozos de hierro que no estaban magne-tizados.Se descubrio que cuando una varilla de hierro entraba en contacto con un iman natural, aquellatambien se magnetizaba, y si la varilla flotaba en agua o se suspenda de un hilo por su parte central,tenda a alinearse con la direccion norte-sur. La aguja de una brujula ordinaria no es mas que un trozode hierro magnetizado.

Antes de que se entendiera la relacion que haba entre las interacciones magneticas y las cargas enmovimiento, las interacciones de los imanes permanentes y las agujas de las brujulas se describan enterminos de polos magneticos. Si un iman permanente en forma de barra, o iman de barra, tiene libertadpara girar, uno de sus extremos senalara al norte. Este extremo se llama polo norte o polo N; el otroextremo es el polo sur o polo S. [1] 1

Marco teorico

Desde que se empezo a estudiar el magnetismo, todo ha sido conocimiento emprico y despues seformalizo el conocimiento obtenido anteriormente, esa fue la manera de definir al campo magetico. Elcampo magnetico se define matematicamente como:

B =FBqv

(1)

1La informacion es de la pagina 916.

1

Donde FB es la fuerza que actua sobre la partcula cuando esta se encuentra en un campo magnetico , qes la magnitud de la carga , v es la velocidad que lleva la partcula, ya que cabe mencionar que en uncampo magnetico la carga siempre esta en movimiento. La manera mas comun de ver esta relacion es :

FB = q~v ~B (2)

As como para el campo electrico hay lneas de campo, tambien las hay para el campo magnetico y estasvan del polo negativo al positivo aunque es importante mencionar que este concepto es puramente teorico,pero sirve como auxiliar en el entendimiento de los conceptos que envuelve el campo magnetico [2]

Desarrollo experimental y resultados

Figura 1: Brujulas en presenciade ~B

Nota:Todas las fotos mencionadas en el procedimiento y no se obser-van en esta seccion, se encuentran en el apendice A Primero se conecto elvaric al transformador de corriente de 30 A , despues al puente y final-mente de dejo el cable de cobre conectado2 con cada extremo a un polodiferente de la corriente. Se comprobo si haba paso de corriente con elmultmetro analogico y luego se obervo que hiciese algun efecto en lalectura de las brujulas, lo que indicara que la corriente por el cable decobre estaba induciendo un campo magnetico (1 ).

Se utilizaron dos tecnicas para la limadura de hierro, en la primera sepuso una hoja blanca con limadura de hierro debajo del cable de cobrecomo lo induca la figura 5 , pero no se observo ningun cambio por loque se opto por quitar la limadura y esparcirla poco a poco con la tapade una pluma ( tecnia 2) , como se muestra en la figura 6 . Luego serepitio el segundo procedimiento pero ahora el cable de cobre atravesabala hoja blanca de tal manera que quedasen perpendiculares la hoja y elcable como se muestra en la figura 4

Figura 2: Lneas de campomagentico en el cilindro

Despues de observar las lneas de campo en el alambre, se prosiguio ausar la madera con el alambre de cobre enredado a traves de ella. Prime-ro se colocaron las brujulas en los extremos y lateralmente (figura 7 y 6)y se observo la diferencia en direccion de la aguja, despues se introduje-ron las 4 brujulas dentro del cilindro (figura 9 y 10) y se observo quetodas cambiaron de direccion ya que las cuatro estaban influenciadaspor el campo.

Por ultimo se puso una hoja en la tabla y se esparcio poco a pocolimadura de hierro (tecnica 2) para observar las lneas de campo de este,tal y como se muestra en la figura 2

Discusion y conclusiones

En el momento de conectar todos elementos de la fuente, hubo mu-chas complicaciones y por ser un conjunto de 3 aparatos con cables, fuedifcil detectar en donde estaba el error. Por las mismas complicacionesse opto por juntar el equipo de 2 mesas y as tener una fuente funcional.Se quemo 2 veces seguidas el fusible del varic y una vez el del puen-te. Tomando en cuenta la poca confianza en el sistma no se utilizaroncorrientes mayores a 20 A. (para evitar quemar otro fusible) . Dentro de los dispositivos que causaroncomplicaciones estuvo el multmetro analogico, este se cambio y se soluciono el problema.

2Para mayor detalle en el montaje del dispositivo, ver figura 3

2

Como se puede observar en las imagenes, las lneas de campo coinciden con lo que la teora explica,es decir que a pesar de no tener resultados cuantitativos, se observo lo deseado. La mejor manera deobservar estos patrones es por medio de un esparcimiento muy escaso de la limadura de hierro y poco apoco aumentarle la cantidad de esta, hasta observar un patron satisfactorio.

Tambien se pudo apreciar que dentro de las espiras de la madera haba un campo magnetico generadopor la corriente, mientras que en las partes laterales no haba presencia de este campo, tambien se buscaronlas lneas externas del campo magnetico alejando las brujulas poco a poco sin embargo haba un puntodonde estas ya no se movan por lo que el resultado no fue concluyente.

Preguntas

1. De que esta hecha la aguja de una brujula? De metal imantado para que esta se oriente hacia elpolo norte terrestre [1]

2. Si buscas en el norte abajo de unos cables de corriente en la calle se altera la lectura de la brujula?depende de la corriente que pase por estos, pero en teora si, ya que estos tienen un campo magneticopor s mismos.

3. Como sabe la brujula de tu celular donde esta el norte? Es un pequeno chip, que mediante unacalibracion inicial, sabe donde esta el norte terrestre. [4]

4. En el polo norte que marcara la brujula? Hacia el sur, ya que el polo norte terrestre es el polo surmagnetico de la tierra., sin tomar en cuenta que la brujula solo tiene una componente del campo. [3]

Referencias

Referencias

[1] Young, H. D. Fsica Universitaria con fsica moderna (Vol. 2), Adison Wesley, Mexico, 2009

[2] Halladay, R. W.Fundamentos de Fsica (Vol. 2), Grupo Editorial Patria, Mexico, 2010 Espana: Re-verte, 2010

[3] Recuperado el 29 de Septiembre de 2013, Manual de vuelo :

http://www.manualvuelo.com/INS/INS29.html

[4] Recuperado el 30 de septiembre de 2013, Brennius :

http://3gmemories.com/2009/06/20/ %C2 %BFque-es-la-brujula-digital/

Apendice

A. Imagenes del desarrollo experimental

3

Figura 3: Coneccion del va-riac,transformador,puente y cable decobre

Figura 4: Lneas de campo con el cableperpendicular a la hoja.

Figura 5: Procedimiento 1 Figura 6: Procedimiento 2

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Figura 7: Antes de encender la fuente Figura 8: Despues de encender lafuente

Figura 9: Antes de encender la fuente Figura 10: Despues de encender lafuente

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