Informe de Fuerza-magnetica

7/24/2019 Informe de Fuerza-magnetica

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Universidad del Atlntico.

Laboratorio: Fuerza magntica.

Guio Cervantes Andrea Carolina.

Montes Reino Robert Luis.

Noguera Ribaldo Karina Giselle.

Noguera Ribaldo Giselle Karina.

Ing. Industrial.

Fsica electromagntica.

Gru!o ".

#ocente Nat$alie Montenegro

"%&'("


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I. Resumen

En el presente informe se encuentra plasmado la experiencia realizada en el aula

laboratorio de fsica electromagntica con el fin de tomar mediciones de fuerza

magntica, primero sobre un conductor que transporte de corriente dentro de un

campo magntico como funcin de la intensidad de corriente, luego sobre unconductor que transporte de corriente dentro de un campo magntico como

funcin de la longitud del conductor, y por ltimo sobre un conductor que

transporte de corriente dentro de un campo magntico como funcin del ngulo

entre el conductor. Adems de ello se pretende analizar el campo magntico

generado en cada una de las situaciones anteriormente mencionadas.

II. Introduccin: Marco terico.

Introduccin: Marco terico.

Al ablar de fuerza magntica nos referimos a distribucin de las cargas que se

mantienen en mo!imiento, esta fuerza surge cuando se mue!en partculas cargadas, en

el caso de los imanes el mo!imiento produce lneas de campo magntico que salen y

!uel!en a entrar al cuerpo, generando el magnetismo. "#$

%&a fuerza magntica se dirige de un poloacia otro. 'ada polo es un punto donde

con!ergen las lneas de la fuerza magntica. (or lo tanto, cuando dos imanes se acercan,

esta fuerza genera una atraccin entre ambos siempre que los polos sean opuestos. En

cambio, si los polos tienen la misma polaridad, la fuerza del magnetismo ar que estos

imanes se recacen entre s) "#$

Experimentalmente se demuestra que cuando una partcula cargada q, se mue!e con una

!elocidad !, en el espacio en donde existe un campo magntico *, experimenta una

fuerza de origen magntico +m como se muestra en la figura #.

Figura 2. Fuerza magntica experimentada por una carga en un


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&a fuerza magntica tiene las siguientes caractersticas

&a fuerza magntica sobre una partcula cargada es siempre perpendicular

tanto al !ector campo magntico *, as como al !ector !elocidad -, de la

partcula.

&a magnitud de la fuerza magntica es directamente proporcional a lamagnitud de *, a la magnitud de la !elocidad de la partcula - y a la carga q

que se lle!a la partcula.

&a magnitud de la fuerza magntica es directamente proporcional al seno

del ngulo entre el !ector !elocidad ! de la carga y al !ector campo

magntico *.

&a fuerza magntica depende del signo de la carga puntual m!il.

&a fuerza magntica de una partcula que se mue!e paralelamente con el

campoElctrico es cero /0.

'uando el campo magntico forma un ngulo distinto de cero con la!elocidad de la partcula, entonces se dice que la fuerza magntica acta

perpendicularmente en relacin con la !elocidad y el campo al plano

formado por estos.

&a fuerza magntica e1ercida sobre una carga positi!a tendr una direccin

opuesta a la direccin de la fuerza magntica e1ercida sobre una carga en

la misma direccin pero negati!a. "2$

3uele usarse la regla de la mano dereca para determinar la direccin de la fuerza

magntica que acta sobre una carga q que se mue!e con una !elocidad ! en uncampo magntico *

En resumen la fuerza magntica se modela por la ecuacin

FB=q v B #0

4e la ecuacin anterior se infiere que la magnitud de la fuerza magntica sobre

una partcula cargada seria

FB=|q|vB sin20

4onde es el ngulo menor formado entre v y B

En el caso de que la corriente sea rectilnea la fuerza magntica se modela por la

ecuacin


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Fm=I( l B ) 50

Fm=IlBsin 60

(ero como el !ector del campo magntico es perpendicular al !ector de la

corriente el sin es igual a #

Fm=IlB(5)

&a unidad de fuerza magntica es el 7e8ton 70

III. Detalles experimentales.

'on el fin de obser!ar presencia y efectos de la fuerza magntica en un sistema,

se lle! a cabo en el aula de laboratorio una experiencia relacionada que permiti

la obser!acin no solo la fuerza que acta sobre un conductor, sino tambin

!ariables como lo es el campo magntico. (ara ello se necesit de los siguientes

materiales

+uente de !olta1e de /92/ - 4'.

7e8tonmetro.

:mn.

3oporte. Espiras conductoras metlicas.

(lantilla para medir los grados sexagesimales.

;egla.


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'on los materiales y dispositi!o anteriormente mencionados, se procedi a realizar

el monta1e que se muestra en la figura 2 con el que se lle! a cabo la experiencia.

'on el fin de lle!ar a cabo las mediciones pertinentes, la experiencia cont con 5

acti!idades o partes diferentes explicadas a continuacin.

Primera Parte:

Medicin en funcin de la corriente:

(rimero se tom una espira metlica de 6 cm, manteniendo la longitud constante

durante esta primera parte de la experiencia, y se posicion el equipo de manera

perpendicular al sentido del campo magntico.

&uego se !ari la corriente de # A a #/ A, lo que pro!oc una !ariacin simultnea

del !olta1e. (ara cada !alor de corriente se realiz la lectura de la fuerza

magntica en el 7e8tonmetro con el fin de lle!ar a cabo la tabulacin de los datos

en el pre informe.

3e debi tener especial cuidado con que a la ora de realizar las mediciones el

7e8tonmetro marcara cero.

Segunda Parte:

Medicin en funcin de la longitud del

conductor:

Fi ura 2. Monta e


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(rimero se tomaron 6 espiras conductoras, se midi la longitud de cada una de

ellas #, 2, 6 y < cm0 y se a1ustaron al equipo, luego se fi1 una corriente de =

amperios y se registraron los !alores de fuerza magntica con cada una de las

espiras conductoras.

Tercera Parte:

Medicin en funcin del ngulo entre el conductor y el campo magntico.

(rimero se coloc la plantilla mostrada en la figura 5 deba1o de la espira

conductora de manera que el centro de la plantilla qued exactamente deba1o del

punto medio de la seccin orizontal del conductor y una lnea de la plantilla se

posicion paralela a esta seccin del conductor, luego se midi el !alor de la

fuerza magntica para cada caso, se fi1 una corriente de = A y se us una espira

con una longitud de 6 cm. En esta parte de la experiencia se !ari el ngulo #/!eces, los ngulos fueron >/?, #2/?, #=/?, #/?0.

Figura 3.Plantilla paravariar el ngulo en el

Figura 3.Plantilla paravariar el ngulo en el

Tabla 1.Corriente I Vs. Fuerzamagntica Fm

Fi ura 2. Monta eFi ura 2. Monta eFi ura 2. Monta eFi ura 2. Monta e


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CorrienteI(A)

Fuerza MagnticaFm(mN0.0)

&)"!" ")'*# +)*,

#!" ')"$!" -)'+%!" )*+& ,)"'

'! &%)*"! &")"""!" &+)+-

% " / - * &% &"%

'

&%

&'

0123 4 &.+'2 ( %.&&

I(A)

Fm(mN)

En la grfica, se obser!a que los datos presentan una relacin proporcional ya que

si uno aumenta el otro tambin y !ice!ersa. Esto se debe a que la intensidad de

corriente que pasa por el imn est expresada matemticamente por la ecuacin

=0 lo que se deduce que existe una relacin lineal entre la fuerza magntica y la

corriente.

En este caso se utiliza la ecuacin =0 ya que se toma como constantes el ngulo

, por ende Sen tambin es constanteB la porcin del conductor que se

encuentra inmersa en el campo tambin permanece constante, lo que de1a como

Grfca 1.Corriente I Vs.Fuerza magntica Fm


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!ariablesFm y B . 4ado que el !ector +uerza Cagntica es perpendicular al

!ector 'ampo Cagntico, el seno del ngulo es #.

'omparando con la ecuacin y=mx+b donde y=Fm, m= lB y b=/

4e la ecuacin de la grfica tenemos que la pendiente corresponde a mD#.5=2 y

recordamos que la longitud de la espira usada es de /./6 m, lo que nos permite

tericamente allar el campo

m=l B

B=m

l

B=0.001352N/A0.04m

= /./56/

Segunda Parte

(ara un !alor fi1o de corriente se toma el !alor de la fuerza !ariando la longitud del

conductor.

&a corriente ser igual a = A

ongitud(cm)

FuerzaMagntica

Fm(mN0.0)

&)+ +)'+$ -)'+' &+)-+

Tabla 2.Longitud L Vs. Fuerzamagntica Fm

Grfca 2.Longitud L Vs. Fuerzamagntica Fm


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% & " + / ' - * ,%

'

&%

&'

0123 4 &.-,2 5 %.%&

(cm)

Fm(mN)

4e la grfica se puede !er que la longitud es proporcional a la fuerza. Esto se

debe a queFm=IlBSen en donde & es la longitud del conductor. Entonces si

se aumenta la longitud, de1ando la corriente y el ngulo constante, aumenta la

fuerza magntica.

4ado que el !ector fuerza magntica y el campo magntico son perpendiculares,

entonces el sin=sin 90= # utilizamos nue!amente la ecuacin =0.

'omo la corriente es constante, de esta ecuacin tenemos que mD IB

4e la ecuacin de la grfica tenemos que la pendiente corresponde amD#.>#m7Fcm, y recordamos que la corriente utilizada a la ora de realizar lasrespecti!as mediciones fue de = A.

Entonces obtenemos el campo tericamente

mD IB

B=m

I

B=0.1691N/m

5A =0.0338T

Tercera Parte

(ara una corriente y longitud del conducto fi1a, se !ara el ngulo entre el campo y

el conductor y se mide la fuerza.

Tabla 3.ngulo 6 Vs. Fuerzamagntica Fm.


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Angulo*

Fuerza MagnticaFm(mN0.0)

"0 -)'+0 ')+%0 +)'+

'0 %0 (+)'+$0 (')*+&0 (-)'+#00 (')+##0 (+)++#+0 %

'% &%% &'% "%% "'% +%% +'% /%%

(&%

('

%

'

&%

*

Fm(mN)

4e los datos anteriores, !ariando el ngulo, se obtu!o una funcin senoidal que

describe el comportamiento oscilatorio de la fuerza magntica, el !alor mximo

Grfca 3.ngulo 6 Vs. Fuerzamagntica Fm.


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que toma la fuerza es cuando el ngulo entre el campo magntico del imn y la

espira conductora es >/ grados, y su mnimo es cuando el ngulo formado entre

los dos es #


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Aora que la grfica nos muestra una tendencia lineal y la pendiente de sta,

podemos allar el campo.

'omparando la ecuacin yD mxGb con la ecuacin 60

3e tiene que yD+m mDIlB xD 3en y bD/6

4e mDIlBdespe1amos * para obtener el !alor del campo.

B=m

Il

4e la ecuacin de la grfica tenemos que la pendiente corresponde a

mD.65m7, recordamos que la corriente usada fue de =A y la longitud de la

espira fue /./6m.

Entonces

B= 0.00643N

(5A )(0.04m )=0.032T

. !onclusiones.

Al lle!ar a cabo el anlisis de los datos obtenidos sobre corriente y fuerzamagntica tabla #0 se pudo obser!ar en la grfica # como los datos seguan una

tendencia lineal, lo que permiti establecer con ayuda de la ecuacin = un primer!alor para el campo magntico generado por el imn de /./56 .

En el anlisis de los datos recopilados en la tabla 2, se pudo obser!ar nue!amenteen la grfica 2 una tendencia lineal en el comportamiento de los datos lo quepermiti calcular un segundo !alor el campo magntico generado por el imncomparando la funcin de dica grfica con la ecuacin =. El resultado obtenidofue de /./55< .

'on los datos recopilados en la tabla 5, se pudo obser!ar en la grfica 5 uncomportamiento senoidal en la !ariacin de los datos, esto se debe a que alcambiar los ngulos durante las mediciones de la fuerza magntica, sta secomporta de acuerdo a la ecuacin 6.

(ara obtener el !alor del campo magntico con stos datos se linealiz la grficala grfica por medio de la funcin seno. El resultado obtenido de dico proceso sepuede obser!ar en la grfica 6, y comparando la funcin que describe esa grficacon la ecuacin 6, se obtu!o un tercer !alor del campo magntico generado por elimn de /./52 .


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7otamos que el !alor del campo magntico obtenido !ari entre los /./52 y los/./56 .

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