reporte de práctica 10 ptye

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE INGENIERÍA

DIVISIÓN DE CIENCIAS BÁSICAS

ASIGNATURA:

“LABORATORIO DE PRINCIPIOS DE TERMODINÁMICA Y ELECTROMAGNETISMO”

PRÁCTICA NÚMERO 10: “CAMPO MAGNÉTICO”

PROFESORA: ING. MARÍA ELIZABETH ESQUIVEL RODRÍGUEZ.

BRIGADA: 004.

INTEGRANTES:

a) CARBALLO GONZÁLEZ LUIS GERARDO. b) NARVAEZ JUÁREZ ISRAEL. c) PÉREZ RODRÍGUEZ BERNARDO.

GRUPO: 0008.

Lab. de Principios de Termodinámica y Electromagnetismo

Gámez L. Rigel, Jaramillo M. Gabriel A., López T. Edgar R. 46

Práctica número 10

Campo magnético

Objetivos

a) Detectar la presencia de campo magnético B̄Ԧ en una región del espacio.

b) Validar experimentalmente la ley de la fuerza magnética que actúa sobre un conductor con corriente, dentro de un campo magnético.

c) Medir el campo magnético producido por una corriente eléctrica en un solenoide, en uno de sus extremos y determinarlo en su centro.

d) Detectar la influencia de los materiales en los fenómenos magnéticos. e) Determinar el número de vueltas que tiene un solenoide midiendo la

magnitud del campo magnético producido por su corriente. f) Validar experimentalmente la ley de la fuerza magnética que actúa

sobre una carga eléctrica móvil.

Conceptos antecedentes necesarios

• Campo magnético.

• Fuerza magnética sobre cargas y corriente eléctricas.

• Corriente eléctrica.

• Manejo de un teslámetro.

Equipo y materiales necesarios

1 brújula 1 imán de barra [extremadamente frágil] 1 imán de herradura [extremadamente frágil]

1 fuente de alimentación de 0 a 10 [V] 1 base 1 varilla de 70 [cm] de longitud 1 soporte de conductor 2 cables largos 1 conductor en forma de U 1 bobina de inducción con accesorios 3 núcleos: uno de aluminio, uno de hierro y otro de cobre 1 teslámetro con punta axial 0.5 [m] de hilo de cáñamo 1 flexómetro 1 osciloscopio



osciloscopio teslámetro fuente de poder punta axial

Actividad 1

Con ayuda de la brújula y con sus nociones sobre orientación geográfica, identifique los cuatro puntos cardinales en el laboratorio, trace un croquis.

Actividad 2

Suspenda el imán de barra atado en su parte media con el hilo de cáñamo y dejándolo girar observe en qué dirección se orientan los polos marcados en el imán con relación a la orientación de la brújula obtenida en la actividad anterior. Recuerde la fragilidad de la barra magnética; no la golpee, ni la deje caer.

Actividad 3

Identificando previamente los polos del imán de herradura, arme el dispositivo experimental indicado en la figura siguiente y haga circular una corriente constante I = 4 [A], y observe el efecto en el conductor.



Invierta la polaridad de los cables de alimentación en la fuente y observe como cambia la interacción entre el conductor en forma de U y el campo

magnético B̄Ԧ del imán.



Actividad 4

Calibre el teslámetro con la punta de prueba axial y conecte la bobina de inducción a la fuente de poder. Coloque la punta axial en el punto E (extremo) del solenoide tal como lo muestra la figura y mida la magnitud del campo magnético utilizando una corriente de 4 [A] tanto para núcleo de aire como para los núcleos de materiales indicados; registre las mediciones

y anote el valor de la longitud (l) del solenoide.

i) con núcleo de aire | B E |a = 0.014 [T]

ii) con aluminio (material paramagnético) | B E |p = 0.0015 [T]

iii) con cobre (material diamagnético) | B E |d = 0.0018 [T]

iv) con hierro (material ferromagnético) | B E |f = 0.078 [T]

l = 15.5 [cm]

Actividad 5

Coloque la punta axial con el dispositivo indicado para que quede aproximadamente en el centro de la bobina. Mida el campo magnético utilizando la misma intensidad de corriente de la actividad anterior y registre la lectura.



c

v) con núcleo de aire |B̄Ԧ | = 0.016[T] a

también mida el radio interno de la bobina

r = 2 [cm]

Actividad 6 (realizada por el profesor)

Con el empleo del osciloscopio, haga incidir el haz electrónico en el centro de la pantalla y que quede fijo, eliminando el barrido interno del aparato. Previamente identificada la dirección del campo magnético generado por el imán de herradura, deduzca la dirección de la fuerza magnética sobre el electrón así como la dirección en que se desviará éste. Acerque el imán a la pantalla de manera que su campo magnético quede perpendicular a la velocidad de los electrones y observe la desviación del haz electrónico. ¿Fue correcta la predicción?

Indique en el sistema de referencia, que se muestra a continuación, las direcciones de: el campo magnético

aplicado B̄Ԧ, la velocidad de los

electrones v̄Ԧ y la fuerza magnética F̄Ԧ.



Cuestionario y análisis de resultados.

1. Comente sus conclusiones con respecto a lo observado en las actividades 1 y 2.

Los polos de magnéticos del imán de barra y de la b rújula son atraídos por los polos magnéticos de la Tierra (planeta) que tienen signos contrarios a ellos. 2. Describa lo que observó en la actividad 3. Al hacer circular corriente por el conductor este s ufrió una fuerza de interacción al ponerse en contacto con el campo mag nético del imán de herradura, dicha fuerza de interacción siguió una d irección que obedeció la regla de la mano derecha. En el primer caso el cond uctor fue atraído por el imán y en el segundo caso fue repelido. 3. ¿Qué sucedería si en lugar de invertir la polaridad de los cables de

alimentación de la fuente, se invierte la posición del imán de herradura?

Sucedería lo mismo que con lo que sucedió con el ca mbio de polaridad de los cables de alimentación. En un caso el conductor ser ía atraído y en otro sería repelido, siguiendo la regla de la mano derecha. 4. Describa cómo se comporta el campo magnético en cada uno de los

núcleos utilizados en la actividad 4.

En el aluminio como es un material paramagnético, l os materiales paramagnéticos sufren el mismo tipo de atracción y repulsión que los imanes normales, cuando están sujetos a un camp o magnético.

En el cobre como es un material diamagnético su com portamiento consiste en ser repelido por los imanes.

Y en el hierro un material ferromagnético, los domi nios tienden a alinearse con éste, de forma que aquellos dominios en los que los dipolos están orientados con el mismo sentido y dirección que el campo magné tico inductor aumentan su tamaño. Este aumento de tamaño se explica por la s características de las paredes de Bloch, que avanzan en dirección a los dominios cuya dirección de los dipolos no coincide; dando lugar a un monodomin io. Al eliminar el campo, el dominio permanece durante cierto tiempo. 5. Obtenga la expresión para obtener la magnitud del campo magnético

en el extremo del solenoide considerando la ecuación general para cualquier punto P sobre el eje del solenoide:



6. Si se considera que el punto P está en el centro del solenoide obtenga la expresión correspondiente dada por:

l

cosθ1 =

l2 + 4r 2



7. Conocidos el radio del solenoide y su longitud, en el que l > 10 r, demuestre que

|B̄ԦP | = μ0 N I

l

Particularmente nos interesa hallar el valor del ca mpo en puntos típicos del eje del solenoide. Uno de ellos es el punto medio d el solenoide que, nos damos cuenta, es donde el campo B adquiere su mayor valor sobre el eje. Otros puntos interesantes de calcular son los dos p untos extremos del solenoide. Para el punto medio del eje del solenoid e, Xp = L/2 por lo que la ecuación se reduce a:

Al decir que L>10R siempre estamos cumpliendo esa c aracterística en donde, nos referiremos a un solenoide largo, pero si lo ob servamos analíticamente si “L” crece infinitamente “R” crecerá a una tasa de ( 1/10) de lo que “L” ya creció por lo que desde el punto de vista del cálculo, si tomamos el siguiente límite:

��→��

� ��

� ��

Y sustituyendo esto en la ecuación obtenida al prin cipio queda simplemente:

8. Con la expresión para obtener la magnitud del campo magnético en el centro del solenoide, obtenga el número de vueltas del mismo.

��

�� :

�� !"��#$ %& ∗ (

) * �� . ��,-&.

� � -). � � �. �//-(.



� � �� ∗ �� ∗ � = (�. ��,-&.)(�. �//-(.)

(!"��#$ 0& ∗ () 1)(-).)

= 23. 34

9. ¿Qué puede concluir con relación al número de vueltas obtenido con la expresión de B en el extremo y para la expresión de B en el centro del solenoide, si se tiene como dato que el N = 800 vueltas aproximadamente?

a) Para el interior tenemos:

�� = ��

�� :

�� = !"��#$ %& ∗ (

) * � = 4�� = -).

� = �. �//-(.

�� = �� =

5!"��#$ 0& ∗ () 16 (4��)(-).)

(�. �//-(.) = �. ��/2-&. b) Para el Exterior tenemos:

�� = ��

�� :

�� = !"��#$ %& ∗ (

) * � = 4�� = -).

� = �. �//-(.

�� = �� =

5!"��#$ 0& ∗ () 16 (4��)(-).)

�(�. �//-(.) = �. ��2$-&.

Se puede concluir que el solenoide alcanza su máxim o valor en cuanto a campo magnético en el eje central, o sea, en el int erior como se pudo observar en los resultados.



10. Describa las observaciones que se hicieron con respecto a la actividad

6 si se sabe que la fuerza magnética para una carga eléctrica móvil

r r r

está dada por F = q v × B . Sobre una carga eléctrica en movimiento que atravie se un campo

magnético aparece una fuerza denominada Fuerza Magn ética. Está modifica la dirección de la velocidad, sin modificar su módu lo. El sentido se calcula por medio de la regla de la mano derecha (índice= v elocidad, medio= campo magnético, pulgar= Fuerza). El sentido de la fuerza es para cargas positivas. Si las cargas son negativas el sentido es opuesto a l obtenido con la regla de la mano derecha.



CONCLUSIONES

1.- El estudio del campo magnético es de gran utilidad, ya que nos ayuda a comprender el comportamiento de las partículas eléc tricamente cargadas cuando son expuestas a dichos campos; y también nos ayuda a determinar datos cuantificados como la carga, magnitud del cam po magnético, fuerza de repulsión o atracción, entre otras.

CARBALLO GONZÁLEZ LUIS GERARDO.

2.- Como pudimos observar los campos magnéticos actúan sobre muchas cosas, por ejemplo en la brújula pasando el imán por encim a de el cambiabas completamente el sentido de la brújula. Y en la act ividad seis, pasando el imán de herradura a un lado del osciloscopio pudimos ver como actúa su campo electromagnético.

NARVÁEZ JUÁREZ ISRAEL.

3.-

Lo que pudimos observar fue que en un dispositivo e n particular por decirlo así, en este caso el solenoide, pudimos medir lo qu e fue la intensidad del campo magnético generado por una corriente eléctric a, a través del flujo de diferentes materiales, que si bien es cierto, en el análisis pudimos observar que la forma, y condiciones del solenoide pueden al terar dichos resultados, otra de las cosas que se aprendió fue a relacionar ese aspecto de la Electricidad con el Magnetismo, la variación de la “polaridad” dependiendo del flujo de energía que se le suministraba.

PÉREZ RODRÍGUEZ BERNARDO.

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