Campo Magnetico Grupo2 4pm

Campo Magnetico

Laboratorio de Física 3

7 DE MARZO DE 2014

Grupo #2:

Karen Vanessa Gómez Pineda 21041172

José Francisco Pereira Calderón 21141102

Orquídea María Martínez Menjivar 21011062

Instructor:

Darío Fajardo

CAMPO MAGNETICO

ContenidoRESUMEN INTRODUCTORIO............................................................................................2

Objetivos de la Experiencia....................................................................................................2

Precauciones Experimentales..................................................................................................2

Breve Resumen del Trabajo....................................................................................................2

I. REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS A..............................................................3

Para la actividad A1:...............................................................................................................3




II. CUESTIONARIO A....................................................................................................9

III. REGISTRO DE DATOS B........................................................................................10

Promedio de las tres mediciones:..........................................................................................12

IV. RESULTADOS B......................................................................................................12

V. CUESTIONARIO B..................................................................................................16

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CAMPO MAGNETICO

RESUMEN INTRODUCTORIO

Objetivos de la Experiencia

4.1 Reconocer las líneas de campo magnético de un imán recto y concebir una idea

espacial de esas líneas de campo.

4.2 Reconocer la configuración de las líneas de campo entre polos opuestos y entre

polos iguales.

4.3 Calcular el campo magnético de la Tierra.

4.4 Comprobar que una corriente produce campo magnético.

Precauciones Experimentales

1. Tener todo en orden sobre la mesa de trabajo

2. Tener bien calibrados los instrumentos a utilizar

3. No espolvorear en relajo las limaduras de hierro

4. Tener cuidado con la fuente de voltaje

Breve Resumen del Trabajo

Este laboratorio se dividió en dos; en la primera parte, se reconocieron las líneas de campo

magnético de un imán con la ayuda de las limaduras, luego se colocamos dos imanes en

vertical con polos en la misma dirección y luego en diferente dirección para así poder ver

las líneas que se formaban. También se pusieron dos imágenes en una hoja de papel donde

se fueron trazando las líneas del campo con ayuda de la brújula. Luego en la segunda parte

se armó un circuito para ver la variación del ángulo en la brújula según la corriente que

pasaba por el hilo, así esto nos ayudara a calcular el campo magnético de la tierra. Y

también comprobar que una corriente produce campo magnético.

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CAMPO MAGNETICO

I. REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS A

Para la actividad A1: 1. Dibujo o foto de la imagen que forman las limaduras

de hierro.

Para la actividad A2:

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CAMPO MAGNETICO

2. Hoja con las líneas de campo.


3. Dibujo o foto de la imagen que forman las limaduras de hierro.

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CAMPO MAGNETICO


4. Dibujo o foto de la imagen que forman las limaduras de hierro.

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CAMPO MAGNETICO

5. Las posiciones que adquieren las limaduras de hierro corresponden a las líneas de

campo en el plano del papel. Para cada configuración, describa esas líneas, poniendo de

relieve las diferencias en las direcciones que manifiestan las repulsiones o atracciones.

Actividad 1 : Solo se tenía un imán y este tiene un norte y un sur , como los polos son distintos

las líneas de campo se atraen, así que como lo vemos en la figura las líneas de campo que salen

del polo sur se dirigen al norte, y viceversa.

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CAMPO MAGNETICO

Actividad 2: En la actividad 2, se utilizaron dos imanes, y se trazó las líneas de capos que van

desde un polo norte del imán hasta el polo sur del otro.

Actividad 3: En esta actividad se colocaron los imanes repeliéndose, es por esto que no se

observan líneas de campos entres los polos que estaban cerca ya que estas se repelen. Las líneas

de campo si iban dirigidas hacia los polos que se atraen.

Actividad 4: En esta actividad los imanes se colocaron atrayéndose, aquí si se observan las

líneas de campo entre los dos imanes. Al estar muy cerca se observa como las líneas de campos

son rectas. En conclusión, entres polos que se atraen si hay líneas de campos entre ellas, si se

repelen no las hay.

6. Realice un dibujo en perspectiva que permita visualizar la forma espacial del campo en

las actividades 3 y 4 del procedimiento experimental. Compare ese dibujo con la foto o

dibujo de las líneas de campo obtenidas con la las limaduras de hierro para los incisos 3

y 4. Explique si hay concordancia entre uno y otro dibujo y por qué.

Forma espacial

Actividad 3 y 4

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CAMPO MAGNETICO

Si hay concordancia, las líneas de campo tienen el mismo comportamiento cuando son

polos iguales están se repelen en sentidos contrarios y cuando son polos iguales las líneas

de campo van desde un polo al otro.

7. Describa el movimiento de la brújula en la Actividad 2 y compare esta trayectoria con

las líneas de campo obtenidas con las limaduras de hierro.

La trayectoria representa el campo magnético que genera el imán, el movimiento de la

brújula nos representó la misma trayectoria que toman las limaduras de hierro. Ya que se

sabe que las líneas de campo irán desde un polo que en este caso es norte al polo sur ya que

estos se atraen. Y la flechita de la brújula nos iba guiando de punto a punto como se

muestra en la foto.

II. CUESTIONARIO A

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CAMPO MAGNETICO

1. ¿Cómo discurrirían las líneas de campo que no están trazadas en la hoja de laActividad 2?Las demás líneas de campo se verán exactamente igual, van desde un polo norte hasta otro

polo sur. Las líneas de campo con menores distancias son las que poseen mayor campo

magnético.

2. Las distintas configuraciones de líneas que han mostrado las limaduras muestran que

éstas ‘salen’ del polo norte y ‘entran’ al polo sur de cada imán. ¿Es esto realmente cierto?

Explique si las líneas de campo magnético son abiertas o cerradas y por qué.

Afirmativamente, las líneas de campo convergen en los polos, podemos decir entonces que

son cerrados. Esto es debido a que solo hay dipolos magnéticos, lo que significa que la

cantidad de líneas de campos que entran es igual a las que salen.

3. Cuándo usted colocó la brújula en los puntos señalados en la actividad 2, ¿porqué la

aguja no marcaba ni el norte ni el sur del campo terrestre?

La aguja no marcaba norte o usar, ya que estaba muy cerca de los imanes, y estos ejercen

una fuerza de atracción hacia la aguja, esta fuerza magnética hace imposible para la brújula

marcar un norte o sur.

4. Si deseara ubicar el norte en distintos lugares de su casa, señale dos o tres aparatos o

elementos que distorsionarían la dirección que marcaría la aguja de la brújula. Explique

el porqué de esta distorsión.

Radio, Pc, Televisor y celular, ya que todos los aparatos electrónicos suelen generar

radiación electromagnética. Estas ondas electromagnéticas afectan la brújula dándonos una

dirección errónea.

5. Investigue sobre el comportamiento de los átomos de hierro que permite que las

limaduras se orienten en la dirección de las líneas. Describa y explique la configuración

de “dominios magnéticos” característica de metales como el hierro (ferromagnéticos).

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CAMPO MAGNETICO

Básicamente lo que nos dice la teoría de dominios magnéticos, es que en una sustancia

magnética, los imanes atómicos producidos por efecto de los electrones alrededor del

núcleo, tienen una tendencia a alinearse juntos en grupos de millones de átomos. Es debido

a esto que las limaduras de hierro se orientan en dirección de líneas, ya que su estructura

atómica lo permite. Siguiendo con la teoría estos dominios están orientados en forma

aleatoria cuando no existe campo magnético externo. Cuando se aplica un campo

magnético externo estos se orientan siguiendo la dirección de este campo.

III. REGISTRO DE DATOS B

1. Mida la longitud total del hilo, la distancia horizontal de cada extremo a la brújula y la

distancia radial de éste a la brújula.

Longitud del hilo 55 cm, distancia horizontal es la mitad de la longitud del hilo y la

distancia radial es de 4 cm.

2. Anote los datos de los resistores (resistencia y potencia).

Las resistencias son de 5.6 Ω con 7.5 W de potencia

3. Anote los datos de voltaje y corriente que alimentan el circuito.

Corriente Voltaje

0.2A 0.51

0.3A 0.79

0.5A 1.23

0.7A 1.8

0.9A 2.44

1.1A 2.88

1.3A 3.35

4. Mida el ángulo de declinación de la brújula una vez que el circuito esté montado y sea

alimentado con la fuente de voltaje.

Corriente Voltaje Ángulo

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CAMPO MAGNETICO

0.2A 0.51 4

0.3A 0.79 8

0.5A 1.23 18

0.7A 1.8 22

0.9A 2.44 27

1.1A 2.88 35

1.3A 3.35 40


0.2A 0.51 3

0.3A 0.79 7

0.5A 1.23 18

0.7A 1.8 22

0.9A 2.44 27

1.1A 2.88 33

1.3A 3.35 39


0.2A 0.51 4

0.3A 0.79 7

0.5A 1.23 18

0.7A 1.8 22

0.9A 2.44 28

1.1A 2.88 31

1.3A 3.35 40

Promedio de las tres mediciones:


0.2A 0.51 3.67

0.3A 0.79 7.33

0.5A 1.23 18

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CAMPO MAGNETICO

0.7A 1.8 22

0.9A 2.44 27.33

1.1A 2.88 33

1.3A 3.35 39.67

IV. RESULTADOS B

1. El valor obtenido para el campo magnético terrestre en Gauss para cada valor

de corriente.

Bterr=B cot θ≈μ0 I

2 πrcot θ

Usaremos la tabla de promedios para calcular el campo magnético.


0.2A 0.51 3.67

0.3A 0.79 7.33

0.5A 1.23 18

0.7A 1.8 22

0.9A 2.44 27.33

1.1A 2.88 33

1.3A 3.35 39.67

Tenemos los siguientes resultados:

Para la corriente de 0.2A, ángulo de 3.67:

Bterr≈μ0 I

2πrcot θ≈

μ0 (0.2 )2 π ( 0.04 )

cot 3.67 ° ≈1.6×10−5T ≈0.16G

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CAMPO MAGNETICO


Bterr≈μ0 I

2πrcot θ≈

μ0 (0.3 )2 π ( 0.04 )

cot 7.33 ° ≈1.2×10−5T ≈0.12G

Para la corriente de 0.5A, ángulo de 18:

Bterr≈μ0 I

2πrcot θ≈

μ0 (0.5 )2 π ( 0.04 )

cot 18 ° ≈7.69×10−6T ≈0.0769G


Bterr≈μ0 I

2πrcot θ≈

μ0 (0.7 )2 π ( 0.04 )

cot 22 ° ≈8.7×10−6T ≈0.087G

Para la corriente de 0.9 A, ángulo de 27.33:

Bterr≈μ0 I

2πrcot θ≈

μ0 (0.9 )2 π ( 0.04 )

cot 27.33 ° ≈8.7×10−6T ≈0.087G


Bterr≈μ0 I

2πrcot θ≈

μ0 (1.1 )2 π ( 0.04 )

cot 33 ° ≈8.5×10−6T ≈ 0.085G


Bterr≈μ0 I

2πrcot θ≈

μ0 (1.3 )2 π ( 0.04 )

cot 39.67 ° ≈7.8×10−6T ≈0.078G

2. La recta μ0 I

2πrvs . tan θ que le ha de dar como pendiente el campo

magnético promedio obtenido en la experiencia.

Tan( )

0.0099 G 0.060.012 G 0.13

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CAMPO MAGNETICO

0.025 G 0.320.035 G 0.4040.045 G 0.520.06 G 0.650.07 G 0.83

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.90

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

f(x) = 0.0832129612414008 x + 0.00205963299179401R² = 0.987721707229495

Series2Linear (Series2)

tan(a)

Axis Title

Según la mediante el promedio del campo magnético es de 0.0832 Gauss, que es el promedio

de los campos magnéticos calculados en la primera parte.

3. Compare sus resultados con el valor real del campo magnético que puede

consultar en páginas sobre Geofísica en Internet.

El campo magnético de la Tierra es similar al de un imán de barra inclinado 11 grados respecto

al eje de rotación de la Tierra. Investigando en varias fuentes concluimos que el campo

magnético en la superficie de la tierra varía entre 0.25 a O.6 Gauss. Comparándolo con nuestros

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CAMPO MAGNETICO

valores nos acercamos mucho a esta referencia. Ya que llegamos a tener un campo magnético

de 0.2 Gauss.

V. CUESTIONARIO B

1. ¿Cuál es el motivo de asegurar las precauciones sobre el 10% y sobre colocar la brújula

en la zona central del hilo?

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CAMPO MAGNETICO

El pequeño imán que tiene la brújula debe de percibir la corriente que pasa a través del

hilo durante la alimentación del circuito, es por esto del 10%. La brújula se pone en la

zona central del hilo ya que la aguja tiene que estar alineada con hilo, la pequeña

variación de la aguja serán los ángulos que utilizamos en la práctica.

2. Calcule el campo magnético terrestre, usando el campo magnético de un hilo no

infinito, usando la ley de Biot-Savart.

En la práctica utilizamos la ecuación para un hilo infinito, en este caso nos piden

calcular para un hilo no infinito. Partimos de la siguiente ilustración, donde un

conductor lleva una corriente.

db=μ ( Idl )r4 π r2

Dónde:

μ=constantede permeabilidad

r=vector unitariodirigido desde el elemento dl hasta el punto p

Idl=elemento diferencial queapunta enel sentido I

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CAMPO MAGNETICO

Integrando la ecuación, para un elementó de longitud L, de alpha hasta beta, nos da la

siguiente ecuación:

B=−μ0 I

4 πR(cosβ−cosα )

Sabemos que:

La ecuación para calcular el campo magnético terrestre a partir de un hilo no infinito

seria:

Bterr=−μ0 I

4 πR(cosβ−cosα )∗cot∅

3. Analice las características de potencia, amperaje y voltaje del circuito y señale el por

qué debe utilizar la experiencia resistores de esa potencia.

Podemos calcular la Potencia máxima que se alcanza durante la realización de este

circuito. Que es P=V*I , donde el voltaje máximo fue de 3.35 voltios con un amperaje

máximo de 1.3 A. La potencia máxima es de 4.35 Watts. Teniendo este valor en cuenta

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CAMPO MAGNETICO

se sabe que se debe de utilizar resisteros con potencia de más 5 watts, en este caso

utilizamos resistores con potencia de 7.5 watts.

4. ¿Qué características del hilo se pueden cambiar para aumentar el campo magnético por

el producido?

Podríamos cambiar la longitud del hilo, como lo vemos en la fórmula de fuerza

magnética entre mayor longitud aumenta la fuerza magnética. Y en este caso el campo

magnético va ser mayor. También podríamos cambiar el área de sección transversal, a

mayor área abra más espacio para que fluyan los electrones, por lo tanto la resistencia

eléctrica va a disminuir. La corriente va aumentar por lo tanto el campo magnético será

mayor.

5. Investigue en relación con esta experiencia, la que realizo por primera vez Oersted.

Exponga en que consistió y que aspecto central del campo magnético sirvió para

demostrar.

Oersted investigo la desviación que sufre una aguja magnética situada en las

proximidades de un conductor eléctrico. Este experimento puso de manifiesto que

existía una conexión entre los fenómenos eléctricos y magnéticos. Toda corriente

eléctrica produce un campo magnético, luego de esto vinieron las investigaciones de

ampere y maxwell. El aspecto central en la práctica que realizamos, es que toda

corriente eléctrica produce un campo magnético, y lo pudimos observar durante la

practica entre mayor es la corriente el campo magnético producido es mayor.

6. Desarrolle brevemente alguna idea suya que pudiera servir para obtener del

omnipresente campo magnético terrestre algún beneficio industrial o para la

investigación.

Se podría investigar la teoría de energía libre que surgió de Nicola Tesla, en donde el

campo magnético terrestre es un factor clave, ya que la teoría dice que desde cualquier

punto de la tierra se puede alimentar una máquina de esta energía. Claro que solo puede

suceder si este tipo de energía es cinética. Sería imposible no obtener energía ya que es

omnipresente, él espacio que existe entre los átomos no está vacío, tiene energía. Si se

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CAMPO MAGNETICO

logra crear una maquina alimentada por este tipo de energía revolucionaria la industria

actual. Esa es la idea alimentar una máquina de energía infinita.

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