Campo Magntico, Electromagnetismo,Lneas de fuerza

1Diaz A, 1Monterroza S, 1Salcedo C, 1Mena J, 1Osorio A, 2Arrieta J.1Estudiantes de Ingeniera Civil de la Universidad de Cartagena, laboratorio Fsica II2Docente del rea de Fsica de Civil de la Universidad de Cartagena

Cartagena de Indias D. T. y C., Junio 03 2015.

Resumen: La experimentacin en el laboratorio consisti en una serie de cuatro montajes en donde se pudieron aplicar los conceptos bsicos de campo magnetismo y electromagnetismo y donde se pudo observar que el magnetismo y la electricidad estn estrechamente relacionados, pues la corriente elctrica manifiesta un efecto magntico.

Palabras claves: Magnetismo, electromagnetismo, corriente, voltaje.

Abstract: The lab experiments consisted of a series of four mounts where they could apply the basics of magnetism and electromagnetism and where it was observed that electricity and magnetism are closely related, as the electrical current manifests a magnetic effect.

Keywords: Magnetism, electromagnetism, current, voltage.

1. 2. IntroduccinTodo conductor elctrico por el que circula una corriente genera un campo magntico. Dicho campo se origina debido a que los portadores de carga (electrones) se mueven dentro del conductor. La siguiente animacin muestra el campo magntico generado por un conductor por el que fluye una corriente: Un conductor por el que circula corriente est rodeado por lneas de campo concntricas. Para determinar el sentido de las lneas de campo se puede aplicar la llamada "regla del tornillo": Las lneas del campo magntico rodean el conductor por el que circula corriente en la misma direccin en la que habra que girar un tornillo (de rosca derecha) para apretarlo en el sentido tcnico del flujo de la corriente.

3. OBJETIVOS Identificar las lneas de campo magntico a travs de la experimentacin con imanes y limaduras de hierro y a su vez reconocer repulsivo y magntico de atraccin.

Comprobar mediante las experimentaciones realizadas los conceptos bsicos de campo magntico y electromagnetismo. Apropiarnos de conceptos que nos sirvan como fundamentos para nuestra vida laboral y personal.

4. MARCO TEORICO:

Imn:

Un imn es una sustancia que, por condicin natural o adquirida, tiene la propiedad de atraer al hierro.

Magnetismo:

Magnetismo es una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza. Las fuerzas magnticas son producidas por el movimiento de partculas cargadas, como por ejemplo electrones, lo que indica la estrecha relacin entre la electricidad y el magnetismo. El marco que ana ambas fuerzas se denomina teora electromagntica (vase Radiacin electromagntica). La manifestacin ms conocida del magnetismo es la fuerza de atraccin o repulsin que acta entre los materiales magnticos como el hierro. Sin embargo, en toda la materia se pueden observar efectos ms sutiles del magnetismo. Recientemente, estos efectos han proporcionado claves importantes para comprender la estructura atmica de la materia.

Campo Magntico:

Una barra imantada o un cable que transporta corriente pueden influir en otros materiales magnticos sin tocarlos fsicamente porque los objetos magnticos producen un `campo magntico'. Los campos magnticos suelen representarse mediante `lneas de campo magntico' o `lneas de fuerza'. En cualquier punto, la direccin del campo magntico es igual a la direccin de las lneas de fuerza, y la intensidad del campo es inversamente proporcional al espacio entre las lneas. En el caso de una barra imantada, las lneas de fuerza salen de un extremo y se curvan para llegar al otro extremo; estas lneas pueden considerarse como bucles cerrados, con una parte del bucle dentro del imn y otra fuera. En los extremos del imn, donde las lneas de fuerza estn ms prximas, el campo magntico es ms intenso; en los lados del imn, donde las lneas de fuerza estn ms separadas, el campo magntico es ms dbil. Segn su forma y su fuerza magntica, los distintos tipos de imn producen diferentes esquemas de lneas de fuerza. La estructura de las lneas de fuerza creadas por un imn o por cualquier objeto que genere un campo magntico puede visualizarse utilizando una brjula o limaduras de hierro. Los imanes tienden a orientarse siguiendo las lneas de campo magntico. Por tanto, una brjula, que es un pequeo imn que puede rotar libremente, se orientar en la direccin de las lneas. Marcando la direccin que seala la brjula al colocarla en diferentes puntos alrededor de la fuente del campo magntico, puede deducirse el esquema de lneas de fuerza. Igualmente, si se agitan limaduras de hierro sobre una hoja de papel o un plstico por encima de un objeto que crea un campo magntico, las limaduras se orientan siguiendo las lneas de fuerza y permiten as visualizar su estructura.

Los campos magnticos influyen sobre los materiales magnticos y sobre las partculas cargadas en movimiento. En trminos generales, cuando una partcula cargada se desplaza a travs de un campo magntico, experimenta una fuerza que forma ngulos rectos con la velocidad de la partcula y con la direccin del campo. Como la fuerza siempre es perpendicular a la velocidad, las partculas se mueven en trayectorias curvas. Los campos magnticos se emplean para controlar las trayectorias de partculas cargadas en dispositivos como los aceleradores de partculas o los espectrgrafos de masas.

Una brjula cerca de un hilo recorrido por una corriente demuestra que la aguja magntica se desva. Con ello se demuestra que las corrientes elctricas producen campos magnticos. Aqu vemos cmo las lneas del campo magntico rodean el cable por el que fluye la corriente.

Electroimn:

Un electroimn es un dispositivo que consiste en un solenoide (una bobina cilndrica de alambre recubierta de una capa aislante y arrollado en forma de espiral), en cuyo interior se coloca un ncleo de hierro. Si una corriente elctrica recorre la bobina, se crea un fuerte campo magntico en su interior, paralelo a su eje. Al colocar el ncleo de hierro en este campo los dominios microscpicos que forman las partculas de hierro, que pueden considerarse pequeos imanes permanentes, se alinean en la direccin del campo, aumentando de forma notable la fuerza del campo magntico generado por el solenoide. La imantacin del ncleo alcanza la saturacin cuando todos los dominios estn alineados, por lo que el aumento de la corriente tiene poco efecto sobre el campo magntico. Si se interrumpe la corriente, los dominios se redistribuyen y slo se mantiene un dbil magnetismo residual.

Brjula:

Una brjula es una aguja magnetizada que puede girar libremente, como la de una brjula, apunta al norte magntico. La direccin del norte magntico es diferente de la del norte geogrfico o verdadero. El primero est determinado por la orientacin del campo magntico de la Tierra. El norte verdadero es la direccin del polo norte, uno de los extremos del eje de rotacin de la Tierra. La diferencia entre la lectura de la brjula y el norte verdadero se llama declinacin magntica.

5. Instrumentos:

Instrumentos:

Teslametro: El teslmetro dispone de una sonda triaxial para determinar la radiacin electromagntica. El teslametro PCE-G28 ha sido especialmente concebido para medir en transformadores y valorar campos magnticos originados por monitores de ordenadores, televisores, instalaciones elctricas industriales (separadores magnticos, electromotores...).

Materiales - 2 imanes rectangulares - un imn de herradura- limadura de hierro- hoja de papel

1) Proceso experimental

1. Coloca un solo imn rectangular sobre la mesa, encima de la hoja de papel.2. Dando ligeros golpes en el bote con las limaduras, a unos 10 cm por encima del papel, dispersa uniformemente las limaduras de hierro hasta que se vea que las limaduras tiene un cierto orden. Golpea ligeramente la hoja de papel hasta que las limaduras de hierro formen lneas visibles.3. Describe y justifica el resultado observado4. Devuelve las limaduras de hierro al frasco.5. Repetir este mismo proceso pero esta vez se pondrn dos imanes rectangulares a una distancia de 4 a 5 cm y encima la hoja.6. El proceso se repite una ltima vez pero esta vez el imn tendr forma de herradura lo que puede producir un cambio en las lneas de fuerza.

Anlisis de datos:

1. Imn rectangular:

En un imn rectangular las lneas de campo se comportan de la siguiente manera: la parte izquierda es el polo norte y la derecha es el polo sur como se observa en la imagen, al estudiar las lneas podemos deducir que son cclicas puesto a que estas no convergen ni divergen.

2. Imanes rectangulares

Se observa que los imanes se encuentran a una distancia no mayor de 5cm, en esta imagen las lneas magnticas que se observamos se deben a que los imanes estn del mismo polo magntico.El campo magntico entre los imanes alcanza su punto mnimo cuando las distancia de un imn a un punto es la distancia total entre los imanes entre 2 esto se da porque los campos de cada imn se anulan.

3. Imn de herradura

En la imagen se pueden observar las lneas de fuerza de un imn de herradura en este las lneas se hacen curvas en la parte derecha o la parte abierta del imn y se hacen rectas en la parte interna de este.

Segunda Experimentacin:

En primera instancia se realiz el montaje, conectando la bobina (instrumento que posea una brjula tangente) a una fuente y a un restato de manera que fuese posible variar la corriente que pasaba por ella.

Composicin del campo magntico terrestre Bt Seguidamente, se tom la bobina con 80 espiras y variando la corriente que circulaba a travs de ella, se midi el ngulo que se formaba en la brjula. ste procedimiento se realiz 4 veces en total. 3. En tercera instancia se repiti el anterior procedimiento, modificndose esta vez el nmero de espiaras, ahora para 160 y 240.

Para tener en cuenta BB=NI/2R

Donde N es el nmero de vuelta, I la intensidad y la constante de permeabilidad magntica del aire, R el radio de la bobina.

R=11cm=0,11m constante=(4)*10^(-7) ConstanteN es variable y I tambien.El campo magntico de la tierra es BT=BB*TAN(ANGULO).

Numero de vueltas contante= 200vueltas

Corriente constante :N. de vueltas 100 140 180220260

Corriente10,710,710,710,710,7

Angulo 1828363944

Numero de vueltasIntensidad(A)Angulo(Grados)Tan(Angulo)BT(T)BB

2000.00047180.321.7*10^-75.4*10^-7

2000.0063240.447.2*10^-63.2*10^-6

2000.0076250.468.7*10^-64.0*10^6

2000.0108340.671.2*10^-58.3*10^-6

Las medidas de intensidad estn en amperios, los ngulos en grados y los campos magnticos en teslas.La media de BT

Teniendo en cuenta que el campo magntico de la tierra est entre 25 microteslas y 65 microteslas podemos decir que la prctica tuvo una buena precisin encontrndose dentro de este rango

Conclusin:

1. Independientemente del nmero de espiras tomadas en la bobina, al momento de analizar los datos, el campo magntico de la tierra debe ser el mismo. Si se toman corrientes altas, los datos obtenidos, aumentan en un alto grado de exactitud, por lo cual se logra disminuir significativamente el error porcentual.2. Comprobamos por medio de la practica el concepto de campo magntico el cual Es un fenmeno por el que los materiales ejercen fuerzas de atraccin o repulsin sobre otros materiales.

3. Las lneas de fuerza de un campo magntico no convergen ni divergen.

4. Las lneas de fuerza varan dependiendo a la forma del imn.

Tercera experimentacin:

VOLTAJE 1 VS VOLTAJE 2

Primer voltaje Segundo Voltaje

1823

3,86,2

7,611,6

9,715,8

11,719,2

13,922,5

17,828,8

20,232,5

2336,9

Corriente 1 VS Corriente 2

Conclusin:

Como conclusin pudimos darnos cuenta que la relacin voltaje es directamente proporcional, como lo es tambin en los datos de corriente recogidos.

CUARTA EXPERIMENTACION:

T Cm0,071

0,081

0,091

0,11

0,121

0,141

0,161

0,191

0,261

0,271

0,371

0,561

0,981

1,411

1,91

2,191

2,361

2,461

2,511

2,551

2,571

2,581

2,591

2,611

2,61

2,571

2,481

2,361

2,191

1,871

1,361

0,871

0,551

0,361

0,271

0,21

0,191

0,161

Conclusin:En esta ltima experimentacin pudimos concluir que la barra Alcanza su mximo valor en cuanto a campo magntico en el eje central, o sea, en el interior como se puede observar en la grfica en el punto 2.60, la barra se fue acercando con mucho cuidado cada 1 cm y se meda mediante digitalmente el flujo magntico que era inducido por la barra.

Bibliografa:

http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/284/A4%20MARCO%20TE%C3%93RICO.pdf?sequence=4http://alinadmaxwell.blogspot.com/2012/10/magnetismo-objetivo-es-demostrar-la.html