ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL

FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y MATEMÁTICAS

DEPARTAMENTO DE FÍSICA

LABORATORIO DE FÍSICA C

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PRÁCTICA #11

PRODUCCIÓN DE CAMPOS MAGNÉTICOS

Objetivos

Observar la interacción entre campos magnéticos.

Fundamento teórico

En 1819, durante una demostración Hans Oersted encontró que una corriente eléctrica en

un alambre desviaba la aguja de una brújula próxima al mismo. Esta el punto de partida

para unificar los conceptos del ahora conocido como electromagnetismo.

En la figura 11.1(a) se observa que al ubicar un grupo de brújulas alrededor de un alambre

conductor, estas apuntan al norte geográfico en ausencia de corriente. En cambio, cuando se

tiene una corriente en el alambre estas se alinearan en una trayectoria circular apuntando

tangencialmente en dicha circunferencia como se puede observar en (b).

Figura 11. 1

Esta experiencia muestra que existe un campo magnético cercano que altera las brújulas, de

tal manera que siguen la dirección de dicho campo magnético ⃗ .

Se puede determinar la orientación del campo magnético mediante la regla de la mano

derecha, mostrada en la figura 11.2:

Figura 11. 2: regla de la mano derecha

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Por simetría, los puntos equidistantes al alambre dentro de la trayectoria circular tendrán

igual magnitud de campo magnético ⃗ . Si se modificara la corriente o la distancia respecto

al alambre la magnitud de ⃗ se vería afectada proporcionalmente a la corriente e

inversamente proporcional a la distancia. Por tanto, la magnitud de un campo ⃗ a una

distancia r alrededor de un conductor por el que pasa una corriente I se expresa de la forma:

| ⃗ |

Donde es la constante de permeabilidad de espacio libre ( [ ⁄ ]. Esta

expresión fue trabajada por el científico francés André-Marie Ampère para los conductores

que producían campos magnéticos alrededor de estos. Es por eso que la ecuación

anteriormente presentada se conoce como Ley de Ampère.

Además, si se dobla un alambre recto y largo en forma de lazos o espiras circulares muy

próximos entre sí, se forma un solenoide, también conocido como electroimán mostrado en

la figura 11.3. Al estar unidas, las espiras “reúnen” sus campos magnéticos que lograrían

individualmente formando un campo magnético ⃗ con sus respectivos polos Norte y Sur.

Figura 11. 3: Campo en el solenoide

Las líneas de campo ⃗ dentro de un solenoide son casi paralelas y muy unidas, por tanto la

intensidad es mayor respecto a las líneas de campo fuera de este, ya que se dispersan en su

trayectoria desde el polo norte hacia el polo sur. Podemos extender la regla de la mano

derecha para los solenoides, la cual es mostrada en la figura 11.4.

Figura 11. 4: Regla de la mano derecha para un solenoide

En la regla de la mano derecha para el solenoide, el pulgar apuntara en dirección y sentido

del campo magnético resultante por la inducción, mientras los demás dedos deberán seguir

el sentido de la corriente a través de las espiras.

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La expresión para determinar la magnitud de un campo magnético ⃗ producido por un

solenoide de N espiras conjuntas y longitud L por el cual atraviesa una corriente I, esta

descrito como:

| ⃗ |

Procedimiento

1. Experimento de Oersted

a. Arme el circuito mostrado en la figura 11.5, de tal manera que la brújula quede en el

centro de la espira en reposo.

Figura 11. 5

b. Cierre el switch, varíe el voltaje en la fuente y haga las observaciones

correspondientes.

c. Abra el switch.

d. Cambie la polaridad de la fuente, cierre el switch. Realice las observaciones

respectivas.

2. Fuerza magnética sobre un conductor con corriente dentro de un campo

magnético constante.

a. Coloque un alambre de manera templada entre las pinzas aislantes de tal manera

que pase justo por la mitad del imán de alnico.

b. Conecte los extremos a la fuente. Use un switch para conectar el alambre.

c. Identifique el sentido de la corriente que atravesará el cable.

d. Cierre el switch y realice las observaciones respectivas.

e. Cambie la polaridad de la fuente. Cierre el switch y realice las observaciones

respectivas.

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3. Líneas de campo magnético en una bobina o solenoide.

a. Realice el circuito mostrado en la figura 11.6

Figura 11. 6

b. Coloque una lámina de acetato sobre la bobina.

c. Esparza las limaduras de hierro sobre el acetato de tal manera que quede una fina

capa sobre este.

d. Cierre el switch S y realice las observaciones respectivas.

e. Abra el switch S y acerque una aguja de brújula a la bobina. Cierre el switch y

realice las observaciones requeridas.

f. Con el switch abierto, ingrese el núcleo de ferrita en la bobina.

g. Cierre el switch S y coloque el acetato con limaduras de hierro sobre la bobina.

Complete las actividades del reporte de la práctica.

Materiales

Brújula de bolsillo

Fuente de voltaje DC

Cables de conexión

Interruptores

Bobinas

Núcleo en forma de U

Imán permanente de alnico

Limaduras de hierro

Papel acetato

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Banco de Preguntas:

1. Una varilla de cobre delgada de 10 [cm] de largo tiene una masa de 75 [g].

Determine la magnitud y sentido de la corriente a través de esta para que se

mantenga levitando en un campo magnético uniforme de magnitud 0,1 [T] que se

encuentra saliendo de la página.

2. Si una carga eléctrica se desplaza en línea recta dentro de una región del espacio,

¿se puede asegurar que el campo magnético en esta zona es cero? Explique su

respuesta.

3. Consulte por que se forman las auroras en los polos terrestres

4. Explique en qué condiciones dentro del experimento de Oersted la brújula no giraría

en un circuito alimentado.

5. Ciertos electricistas llevan una brújula para detectar los cableados caseros. Explique

bajo que concepto físico esta práctica es correcta.

6. ¿Es posible que un campo magnético pueda poner en movimiento un electrón en

reposo? Explique su respuesta

7. Si se colocara una diferencia de potencial entre los extremos de un resorte, cuyas

vueltas tienen espaciamiento relativamente grande, ¿se expande o se contrae el

resorte? Explique su respuesta.

8. Se tienen 2 alambres perpendiculares entre sí e iguales en longitud, por los cuales

pasan corrientes iguales con sentido positivo en cada una de ellas según un eje

cartesiano. Determine:

a. Los cuadrantes en el cual ambos campos se junten

b. Los cuadrantes en el cual ambos se separan

c. La dirección de campo magnético en cada cuadrante.

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REPORTE DE PRÁCTICA

PRODUCCION DE CAMPOS MAGNÉTICOS

Nombre: Prueba de entrada:

Paralelo: Fecha: Actuación:

Reporte de práctica:

Prueba de Salida:

TOTAL:

1. Experimento de Oersted

a. Antes de cerrar el switch ¿cuál era la orientación de la aguja?

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___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

b. Explique por qué gira la aguja cuando hay corriente en el conductor

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

c. Realice un dibujo de la orientación del campo magnético al energizar el

circuito antes y después de cambiar la polaridad de la fuente. Además

especifique si el giro de la aguja fue horario o anti horario.

Polaridad en figura 11.5 Polaridad invertida

Sentido de giro de la

aguja:

Sentido de giro de la

aguja:

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2. Fuerza magnética sobre un conductor con corriente dentro de un campo

magnético constante.

a. Explique lo sucedido al cerrar el switch

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

b. Explique lo sucedido al cambiar la polaridad de la fuente

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

c. Realice un dibujo especificando la dirección del campo magnético, corriente y

fuerza magnética en ambas configuraciones.

3. Líneas de campo magnético en una bobina o solenoide.

a. Realice un dibujo de las líneas de campo magnético formadas por la bobina

Sin núcleo Con núcleo

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b. ¿En qué partes de la bobina hay una mayor concentración de líneas de

campo? Explique por qué sucede esto.

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CONCLUSIONES

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RECOMENDACIONES

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