Práctica 3 Magnetismo

Electricidad y Magnetismo UNITEC Campus Sur Agosto 2010

Universidad Tecnolgica de Mxico

Divisin de Ingeniera

Materia: Electricidad y magnetismo

Prctica 3


Prctica No. 3

El campo magntico

Fecha de elaboracin: ____________ Fecha Revisin: _________________ Responsable: ___________________

Objetivo

Realiza ejemplificaciones acerca de las caractersticas de los magnetos.

Identifica el experimento de Oersted.

Calcula la densidad del flujo magntico.

Calcula la fuerza magntica.

Calcula el componente horizontal del campo magntico.

Ofrece una conclusin de los experimentos desarrollados con relacin al campo magntico.

Elabora un reporte del desarrollo de los experimentos y

los resultados obtenidos.

Normas de Seguridad. Es necesario evitar portar objetos metlicos, tales como relojes o pulseras. Trabajar atrs de la lnea de seguridad

Equipo de Seguridad. Bata Zapato cerrado


Investigacin Previa Consulta en la bibliografa recomendada en esta prctica o en Internet, los siguientes conceptos y anxalos en tu prctica.

1. Explica: qu es un campo magntico 2. Explica cul es la ley de Ampere y menciona algunas de sus

aplicaciones. 3. Explica en qu consiste la regla de la mano derecha

Marco Terico Si un imn de barra se suspende de su punto medio y se balancea libremente en un plano horizontal, girar hasta que su polo norte apunte al Polo Norte geogrfico de la Tierra y su polo sur apunte hacia el Polo Sur geogrfico terrestre. Este fenmeno describe el funcionamiento de una brjula simple. Muchos historiadores de la ciencia creen que la brjula se utiliz por primera vez en China en el siglo XIII a.C. y que su invencin es de origen rabe o hind. Los antiguos griegos tenan conocimiento del magnetismo desde el ao 800 a.C. y descubrieron que la magnetita (Fe3O4) atrae pedazos de hierro. En 1269, el francs Pierre de Maricourt traz las direcciones que segua una aguja colocada en diversos puntos sobre la superficie de un imn natural esfrico. Encontr que las direcciones formaban lneas que encerraban en un crculo a la esfera y que pasaban por dos puntos diametralmente opuestos uno del

Equipo

4 brjulas

1 multmetro

1 Cubo magntico

1 bobina de Faraday

1 balanza con precisin de 0.1 gramos

Material

1 Porcin de diferentes meteriales

pequeos (clavos, madera, tornillos,

etc.).

1 Barra de acero dulce.

1 Placa de vidrio o acrilico mnimo de

10 cm x 10 cm, cualquier espesor.

1 Porcin de limadura de hierro

2 Imanes en forma de anillo con

dimetro interior para media pulgada

7 Cilindros huecos de aluminio, cuyo

dimetro interno sea de una o dos

pulgadas. La longitud de stos de al

menos 4 centmetros. No es

necesario que todos sean iguales.

1 Base y barra vertical de aluminio o

madera para los imanes

1 Regla de madera 30 centmetros o

vernier de plstico


otro, a los cuales llam polos del imn. Experimentos subsecuentes mostraron que todo imn, sin importar su forma, tiene dos polos, llamados norte y sur, los cuales ejercen fuerzas sobre otros polos magnticos de manera similar a las que ejercen entre s las cargas elctricas. Es decir, polos iguales se repelen entre s y polos diferentes se atraen uno al otro. En 1600, William Gilbert (1540-1603) ampli los experimentos de Maricourt utilizando una diversidad de materiales. A partir de que la aguja de una brjula se orienta en direcciones preferidas, sugiri que la propia Tierra es un gran imn permanente. En 1750 los investigadores emplearon una balanza de torsin para demostrar que los polos magnticos ejercen fuerzas atractivas o repulsivas entre s y que stas varan con el cuadrado inverso de la distancia entre los polos que interactan.

La relacin entre magnetismo y electricidad fue descubierta en 1819 cuando, durante una conferencia demostrativa, el cientfico dans Hans Christian Oersted encontr que una corriente elctrica en un alambre desviaba la aguja de una brjula cercana. El experimento consisti en colocar varias brjulas en un plano horizontal cerca de un largo alambre vertical. Cuando no circula corriente elctrica a travs del alambre, todas las agujas de las brjulas apuntan en la misma direccin, la del campo magntico de la Tierra, como se esperara. Cuando se hace circular una intensa corriente estable, todas las agujas se desvan en direccin tangente al alambre. Estas observaciones llevaron al establecimiento de la regla de la mano derecha para determinar la direccin del campo magntico Las lneas de campo magntico hacen crculos concntricos con el alambre y estn en un plano perpendicular al alambre. Una regla conveniente para determinar la direccin del campo magntico es la regla de la mano derecha: si se toma el alambre con la mano derecha con pulgar apuntando en el sentido de la corriente, los otros cuatro dedos dan vuelta en direccin del campo magntico. Poco despus Jean Baptiste Biot y Felix Savart informaron que un conductor que conduce


corriente estable ejerca una fuerza sobre un imn. A partir de sus resultados experimentales, Biot y Savart llegaron a una expresin que brinda el campo magntico en algn punto en el espacio en trminos de la corriente que produce el campo. Andr Ampere (1775-1836) formul leyes cuantitativas para calcular la fuerza magntica ejercida sobre un conductor por otro conductor elctrico que porta corriente. Tambin sugiri que, a nivel atmico las espiras de corriente elctrica son responsables de todos los fenmenos magnticos. En la dcada de 1820 Michael Faraday (1791-1867) demostr conexiones adicionales entre la electricidad y el magnetismo, y lo mismo hizo Joseph Henry (1797-1878) por su lado. Los dos demostraron que una corriente elctrica puede inducirse en un circuito, mediante un campo magntico variable, ya sea moviendo un imn cerca del circuito o cambiando la corriente en otro circuito cercano. Los resultados de estos experimentos llevaron a la Ley de Induccin de Faraday. Esta ley seala que la magnitud de la fuerza electromotriz inducida en un circuito es igual a la tasa de cambio en el tiempo del flujo magntico a travs del circuito. Aos despus un trabajo terico de Maxwell mostr que lo inverso tambin es cierto: Un campo elctrico variable origina un campo magntico. Los generadores, motores y transformadores son dispositivos importantes que funcionan a partir del principio de la induccin electromagntica


Desarrollo

Actividad 1 Lneas de campo magntico

I. Agite el cubo magntico e introduzca un imn, observe que pasa, haga un diagrama de lo que observe y anxalo al reporte de la prctica.

II. Repita el experimento, pero ahora introduzca dos imanes (no permitas que se unan los imanes), observe que pasa, haga un diagrama de lo que observa y anxelo al reporte de la prctica

Actividad 2 Induccin magntica Coloca limadura de hierro sobre la placa de vidrio.

I. Coloque limadura de hierro sobre la placa de vidrio y acerque la barra

de hierro dulce a la limadura 1. La barra de hierro dulce atrae a la limadura como un imn?_____

II. Ahora coloque en un extremo de la barra de hierro un imn y aproxime el otro extremo de la barra nuevamente hacia la limadura de hierro

2. La barra de hierro dulce atrae a la limadura?___________ III. Retire el imn del extremo de la barra de hierro.

3. Cuando se retira el imn de la barra de hierro dulce qu pasa? ___________________________________________________


Actividad 3 Comprobacin cualitativa de la ley de ampere

I. Coloque la bobina de espiras de alambre delgado sobre la mesa y conctela a la fuente de C.D. pero sin que la fuente se ecuentre prendida.

II. Coloque las 4 brjulas alrededor de la bobina, ahora bien, encienda la

fuente 1. Qu pasa con la orientacin de las brjulas?, cmo se orientan?

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III. Apague la fuente, invierte la polaridad en los bornes de conexin de la

bobina, esto con la finalidad de invertir la direccin de la corriente en ella. Ahora prenda la fuente y aplique el mismo voltaje de 10 volts.

2. Qu pasa ahora con la orientacin de las brjulas?, cmo se orientan?

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Actividad 4

Medir la fuerza magntica entre dos imanes como funcin de su separacin

I. En la barra vertical de madera coloque el primer imn en forma de anillo, de tal modo que descanse en la base de aluminio. Puede ser cualquiera de los dos, ver figura 1.

II. Con la balanza mida la masa del segundo imn en forma de anillo y

anote su masa en la tabla 1. III. Enseguida, coloca este segundo imn en la barra vertical de aluminio,

procurando que queden frente a frente polos iguales. Es decir, que entre el primero y segundo imn exista repulsin. No deje caer los magnetos porque pueden quebrarse, ver figura 2.

IV. Cuando ambos queden estables en la barra, vertical de aluminio, mide

la separacin entre los polos que estn frente a frente y anote su resultado en la tabla 1. La medicin de la separacin se debe llevar a

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