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Carreras de Ingeniera

III Ciclo

Electricidad y Magnetismo

Gua deLaboratorio5

Ley de Ampere

.

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Ley de Ampere

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LEY DE AMPERE

1. Introduccin

La ley de Biot (1774-1882) y Savart (1791-1841) expresa la relacin existente entre la intensidadI deuna corriente elctrica rectilnea y estacionaria (de valor constante) y el campo magntico B, que dichacorriente crea a una cierta distanciar, de la misma:

Ampre (1775-1836), inspirndose en esta expresin, estableci en 1826 una relacin general entreestas dos magnitudes, sea cual sea la forma del conductor por el que circula la corriente de intensidadconstante, I:

Indica que la circulacin del vector campo magntico B, a lo largo de una lnea cerrada es igual alproducto de la permeabilidad magntica , por la intensidad elctrica resultante creadora de dichocampo (suma algebraica de las intensidades de corriente que atraviesan la superficie limitada por esalnea cerrada).

Corriente rectilnea indefinida

Figura1Campo magntico en un conductor rectilneo indefinida

Solenoide

Figura2Campo magntico en un solenoide

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Toroide

Figura3Campo magntico en un toroide

2. Objetivos

Identificar y medir ladensidadde campomagnticoenunabobina.

Magnetizar y desmagnetizar materiales ferrosos.

Demostrar la aplicacin de una fuerza en un entorno de campo magntico.

3. Competencia

Valorar la importancia del campo magnticoen las aplicaciones de la ingeniera.

4. Equipos, materiales y otros

No Descripcin Marca Cant.

1 Fuente de energa en AC/DC Labvolt 1

2 Balanza conprecisin de 0,01 gramos PASCO Scientific 1

4 Multmetro Digital Amprobe 1

5 Bobina de campo 100 mm Pasco 1

9 Bobina con densidad de espiras variables Pasco 1

10Equipo para la medicin de fuerza en camposmagnticos

Pasco 1

11 Sensor de campo magntico 1

12 Cables de conexin varios

5. Orientaciones de Seguridad en el Taller

Respete las recomendaciones del docente, los procedimientos de la gua y las indicadas encarteles de sealizacin.

Usezapatos de seguridaddurante sulaboratorio.

No energice sin la autorizacin del docente.

Atrminode la clase ordene los equipos yel puesto de trabajo.

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Ley de Ampere

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6. Procedimiento

6.1 Medicin de Campo Magntico.

Utilizar un solenoide para estudiar el comportamiento de la densidad de campo magntico quese produce cuando por sus espiras cuando circula una corriente elctrica,y demostrar lacorrespondencia con sunmero de espiras,sulongitudycorriente.

Recomendaciones de seguridadpara el uso desolenoides:

El solenoideutilizadohasido diseada para tensiones bajas

No debe superar la corriente mxima (10 A) en el funcionamiento continuo.

No tocarlodurante el experimento.

Si presenta despus de unas pruebas un calentamiento excesivo, antes de continuar,dejarla enfriar por unosminutos.

Slo se deben hacer modificaciones en la estructura del solenoide con la tensindesconectada.

Principio de funcionamiento

En el interior delsolenoide, la induccin magntica Bdepende del nmero de espira N, de laIntensidad de corrienteI y de su longitud L. Para solenoides con ncleo de aire se cumple lasiguiente relacin:

B = uo.

La constante magnticaes:uo .=4x 10-7T m/A

Procedimiento

Ubicarel solenoide sobre el soporte acrlico y realizar las conexiones con la fuente dealimentacinen corriente continua tal como se muestra en la siguiente figura.

Figura4Circuito deun solenoide cilndrico con corriente continua.

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Ley de Ampere

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Alimentar el solenoidecon diferentescorrientestal como se indica en el Cuadro1

Completar el Cuadro 1 calculando el valor terico, midiendo la densidad de campomagntico y determinando su error relativo.

Corriente (A)Densidad de Campo Magntico

(mT) ErrorRelativo %

Referencial Real Terico Medido

00 0 0 0

2 2.10.67

0.7 4,2

4 4.041.28

1.35 5.1

5 5.011.60

1.66 3.6

Cuadro1Medicin de la densidad de campo magntico y comparando valores con el calculado.

Para las condiciones de corriente de 3 A mida la densidad de campo a lo largo delinterior y exterior del solenoide.

Explique los resultadosobtenidosen elpaso anterior

La densidad de campo en el exterior tiende a cero

1.- Densidad de campo en el exterior del solenoide (mT). 0.02

2.- Densidad de campo en el interior del solenoide(mT)1.03

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Ley de Ampere

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6.2 Solenoidede Magnetizacin y Desmagnetizacin

Medianteel campo deun solenoide,proceder amagnetizar y desmagnetice imanes. Utilizar unSolenoidecon las siguientes caractersticas:

Longitud de la bobina: 250 mmRadio de la bobina: 35 mm internoTensin de operacin: mximo. 12 VDC 12 VAC.Dimensiones: 305x200x100 mmPeso: 2 kg

Procedimiento

Realizar las conexiones con la fuente de alimentacin para alimentar al solenoidecon unatensin de 10VDC.

Medir la induccin magntica delimn y probar su capacidad de atraccin de cuerpos

metlicos antes de su magnetizacin.

Densidad de campo magntico antes dela magnetizacin (mT)

Manifiesta capacidad de atraccin?

2.999

Determinar las polaridades del imn y el solenoide, luego proceda a magnetizarloingresando el imn al interior del solenoide en el mismo sentido de su polaridad. Dejarlodurante unos 15 minutos con el solenoide energizado. Mida y explique los resultadosdespus de la magnetizacin.

Densidad de campo magntico despusde la magnetizacin (mT)

Se manifiesta la capacidad de atraccin?

8.198

Introducir nuevamente la pieza metlica o imn pero ahora con polaridad invertida ydejarlo por unos 15 minutos con el solenoide energizado. Mida y explique los resultados

despus de la desmagnetizacin.

Densidad de campo magntico dedespus de la desmagnetizacin(mT)

Se manifiesta la capacidad de atraccin?

8.282

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Ley de Ampere

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6.3 Fuerzas sobre un conductor que conduce unacorriente.

En la siguiente figura, se muestra la direccin y sentido de la fuerza que ejerce el campomagntico B sobre un portador de carga positivo q, que se mueve hacia la izquierda convelocidadV.

Fm = qVXB

Calculando la fuerza sobre todos los portadores de carga contenidos en la longitud L delconductor.

Fm = ILXB = ILBsen

Figura5Fuerza magntica en un alambre conductor.

Procedimiento

Montar la unidad principal tal como se muestra en la siguiente figura.

--

Figura6Montaje del sistema de prueba para medir fuerza sobre un conductor en un campo magntico.

Seleccione un lazo de corriente y conctelo enel extremo del brazo de la unidad principal.

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Coloque sobre la balanza el ncleo magntico y presione el botn de reset para eliminarsu peso.

Ubicar el lazo entre el ncleo magntico sin que choquen tal como se muestra en la figura.

Conecte la fuente de energa y el ampermetro como se muestra en la figura 7.

Figura7Circuito de alimentacin utilizando la fuente de corriente continua.

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Ley de Ampere

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Complete el cuadro 2 para cada valor de corriente

Corriente (A) Fuerza (Gramos)

0

10.56

21.09

31.52

42.08

Cuadro1Medicin de la fuerza de un conductor que lleva una corriente

dentro de un campo magntico.

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0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 1 2 3 4 5

Valores Y

Valores Y

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Corriente (A) Fuerza (Gramos)

0

1 -0.46

2-1.06

3-1.59

4-2.09

Nota: La lectura de la balanza expresa la masa en gramos. Como la F=ma, para determinar lafuerza hay que multiplicar a cada lectura por 0,0098 N/gr para obtener la fuerza en Newtons.

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0 1 2 3 4 5

Valores Y

Valores Y

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7. Referencias Bibliogrficas

(1) Resnick, R. y Halliday, D (2007). Fsica. Mxico: Grupo Editorial Patria. Vol. 2, 5ta. Ed.(pp.679-699)

(2) Tipler, P. y Mosca, G. (2011). Fsica para la ciencia y la tecnologa. Barcelona, Espaa:

Ed. Revert, 7ta Ed. Vol. 2. (pp. 801-838)

Rbrica

Competencia: Experimentar el comportamiento de los campos magnticosoriginados por el flujo deelectrones.

Curso: Electricidad y Magnetismo Ciclo: 3

Actividad: Laboratorio5:Ley de Ampere Semana: 10y 11

Nombre y apellido

del alumno:Periodo: 2014-1

Seccin: Fecha: Docente:

Documentos de Evaluacin

Laboratorio: X Taller: Proyecto: Trabajo: Otros:

CRITERIOS A EVALUACIN Excelente Bueno RequiereMejora Noaceptable

LABORATORIO

Ejecuta la conexin y operacin de equipos e instrumentoselctricosy magnticos.

4 3 2 0

Mide parmetros elctricos y magnticoscon precisin. 4 3 2 0

Realiza clculos matemticos y compara resultados de la

experiencia.3 2 0 0

Mide densidad de campo magntico utilizando adecuadamentelosequipos

3 2 2 0

INFORME O TEST

Presenta informe o test (partes, puntualidad, ortografa, orden.) 4 3 2 0

ACTITUDES

Participa activamente y con seguridad (puntualidad,intervenciones,orden y limpieza).

2 1 0 0

Puntaje Total

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Comentario al alumno:

DESCRIPCIN DE LA EVALUACIN

Excelente Completo entendimiento y realizacin de la actividad, cumpliendo todos los requerimientos

Bueno Entiende y realiza la actividad cumpliendo la mayora de los requerimientos

Requiere mejora Bajo entendimiento de la actividad cumpliendo pocos de los requerimientos

No Aceptable No demuestra entendimiento de la actividad