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FISICA II BALANZA DE CORRIENTE EDWIN GIOVANNI MARROQUIN BELLO

COD. 40151270

RESUMEN En esta práctica de laboratorio se analiza el comportamiento de un solenoide y una balanza de corriente caracterizada por tener una espira por la cual circula una intensidad de corriente generada en la fuente, produciendo una fuerza magnética. El objetivo del análisis del comportamiento de la balanza era medir la fuerza que un campo magnético ejerce sobre una corriente eléctrica, además de determinar el campo magnético de un solenoide y la relación entre el campo magnético de un solenoide y la corriente que lo produce, encontrando que el campo magnético se manifiesta cuando hay un desequilibrio en la balanza; y este campo será proporcional al voltaje aplicado desde la fuente. ABSTRAC In this lab analyzes the behavior of a solenoid and current balance characterized by having a coil through which current flows generated in the source, producing a magnetic force. The objective of the analysis of the behavior of the balance was to measure the force exerted on a magnetic field an electric current, and to determine the magnetic field of a solenoid and the relationship between the magnetic field of a solenoid and the current that produces they found that the magnetic field occurs when there is an imbalance in the balance, and this field is proportional to the applied voltage from the source. PALABRAS CLAVES: Espira, solenoide, campo magnético, fuerza magnética, corriente KEYWORDS: Coil, solenoid, magnetic field, magnetic force, current. INTRODUCCIÓN El magnetismo es el fenómeno por el cual los materiales muestran una fuerza atractiva ó repulsiva ó influyen en otros materiales, Muchos de Nuestros dispositivos modernos cuentan con materiales magnéticos; estos incluyen generadores eléctricos y transformadores, motores eléctricos, radio y TV., teléfonos, computadores y componentes de sistemas de reproducción de sonido y video. El hierro, algunos aceros y la magnetita son ejemplos bien conocidos de materiales que exhiben propiedades magnéticas. No tan familiar sin embargo, es el hecho de que todas las sustancias están influidas de una u otra forma por la presencia de un campo magnético. Campos eléctricos y magnéticos estáticos La aplicación de tecnologías que utilizan campos estáticos es cada vez más frecuente en determinadas actividades, como la utilización de imágenes por resonancia magnética (IRM) en la medicina, los sistemas de transporte que utilizan corriente continua o campos magnéticos estáticos, y la investigación sobre física de las altas energías. Cuanto mayor es

la intensidad del campo estático es más probable que se produzca una variedad de interacciones con el cuerpo. MARCO TEORICO Fuerza Magnética Sobre un Conductor que Transporta Corriente: Al igual que sucede con cargas aisladas, un conductor por el que pasa una corriente también experimenta una fuerza producida por un campo magnético. Esto sucede como resultado de que la corriente es una colección de muchas partículas cargadas en movimiento, por lo que la fuerza resultante, es la suma de las fuerzas ejercidas sobre estas partículas. Considérese entonces un alambre de longitud L y área de sección transversal A, que conduce una corriente I en medio de un campo magnético uniforme B. La fuerza magnética sobre una carga q que se mueve con una velocidad de deriva vd es q.vd x B.

Figura No.1 fuerza magentica sobre un conductor Para determinar la fuerza total sobre el alambre, multiplicamos la fuerza sobre una carga por el número de cargas en el segmento. Teniendo en cuenta que en dicho segmento el volumen está dado por AL, el número de cargas en el segmento será entonces nAL, donde se puede definir n como el número de cargas por unidad de volumen. Por tanto, la expresión de fuerza sobre el segmento es: F= (q.va*B) Nal Que puede ser escrita de manera más conveniente teniendo en cuenta que I= nqvaA: F= IL*B Donde L es un vector en dirección de la corriente y con magnitud igual a la longitud del alambre. Se ha determinado una expresión para la fuerza ejercida sobre un conductor con corriente por un campo magnético externo, sin embargo, hasta ahora solo se ha asumido ese campo magnético de manera arbitraria. Es importante conocer la fuente de este campo para determinar su comportamiento. Se determinará entonces el campo magnético producido por un conductor con corriente en relación con otro conductor. Fuerza Magnética Entre Dos Conductores Paralelos: Puesto que un conductor que transporta corriente establece su propio campo magnético, es de suponer que dos conductores con corriente, ejercerán fuerzas magnéticas entre sí.

Consideré dos alambres rectos y largos separados por una distancia r, y que conducen corrientes I1 e I2, en direcciones contrarias

Figura No.2 fuerza magentica entre conductores paralelos Se puede identificar entonces la fuerza ejercida sobre un alambre debido al campo magnético producido por el otro alambre. El alambre 2, que conduce la corriente I2 crea un campo magnético B2 en la posición del alambre 1. La dirección de B2 es perpendicular al alambre 1, y de acuerdo a la ecuación (2), la fuerza sobre una longitud L del alambre 1 es: F1= I1L*B2 Puesto que L es perpendicular a B2, F1 es: F1= I1LB2 Ahora bien, se puede utilizar la ley de ampere para determinar la magnitud de B2 dibujando una trayectoria cerrada con radio igual a la distancia que separa a los conductores (r), así se tiene que: ∫B.dL= µo Ienc Donde µ0 es la permitividad magnética del vacío, una constante igual a 4π*10-7 T.m/A e Ienc es la corriente encerrada en la trayectoria. Así, se tiene que el campo magnético generado por el conductor 2 es: ∫B2.Dl= µoI2 Como la dirección del campo magnético, determinada por la regla de la mano derecha, es paralela a la dirección de la trayectoria cerrada, entonces: B2∫Dl= µoI2 B2 (2π) = µoI2 B2= µoI2/2πr Ahora, reemplazando, se obtiene la magnitud de la fuerza que ejercen entre sido conductores por los que circula corriente. Su dirección es determinada por la regla de la mano derecha. F1= I1L (µoI2/2πr)

Teniendo en cuenta que para este ejemplo I2= I1= I, se puede determinar de manera general para cualquier conductor, que su fuerza ejercida por el campo magnético del otro está dada por: F= µoL/2πr I2 Definida una expresión que permite calcular la fuerza ejercida entre dos conductores paralelos, por los que circula una corriente de igual magnitud, pero de diferente dirección, se puede dar paso a una aplicación de este resultado, la balanza de corriente. Balanza de Corriente: Una balanza de corriente es un instrumento que permite determinar la fuerza entre conductores paralelos. La figura N° 3 muestra una balanza de corriente, donde se puede observar que el conductor superior, situado sobre el inferior de forma paralela está libre para girar alrededor de un par de bornes, y equilibrado de tal forma que los conductores se encuentren a una distancia muy corta. Los conductores se conectan en serie, de tal forma que por ellos circule la misma corriente, pero de manera que sea en sentidos opuestos, esto con el fin de que puedan repelerse, de acuerdo a lo anteriormente mencionado. Se colocan entonces pesos sobre el conductor superior hasta que se consigue de nuevo el equilibrio, esto, cuando alcanza su separación inicial. La fuerza de repulsión se determina midiendo el peso total que se necesita para equilibrar el conductor superior. De esta manera se puede observar que, en una balanza de corriente cuando se alcanza el equilibrio tras poner las masas, significa que el peso neto sobre el conductor es igual a la fuerza magnética entre los dos conductores paralelos, haciendo alusión a la primera ley de newton para un sistema en equilibrio, de tal forma que se tiene que ∑F=0. Esto se puede expresar como: ∑F= Fm-w= 0 Fm= w Fm=m

MATERIALES Y PROCEDIMENTO Los implementos utilizados en la práctica experimental, fueron: dos fuentes de voltaje, una espira rectangular, un solenoide y dos amperímetros. La espira se colocó en el interior del solenoide por el cual circula otra corriente generando un campo magnético, se armó un circuito que permitiera variar la corriente que pasara por la espira. Después de armar los circuitos los cuales iban entrelazados uno con una bobina y cada uno con un amperímetro para medir la intensidad de la corriente de cada uno, también se tomo la medida de longitud de la bobina y de la placa, después de haber hecho esto se procedió a tomar los datos necesarios para poder medir la fuerza del campo magnético sobre una corriente.

DATOS Y RESULTADOS En la siguiente tabla se muestran los datos obtenidos en el laboratorio, los cuales vamos a graficar y posteriormente lineralizar para encontrar las respectivas ecuaciones de carga y descarga. t (s) 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210

CARGA mA 0,147 0,13 0,112 0,097 0,085 0,074 0,065 0,056 0,049 0,043 0,037 0,033 0,028 0,025 0,022

DESCARGA mA 0,145 0,126 0,112 0,097 0,084 0,075 0,064 0,058 0,05 0,044 0,038 0,033 0,029 0,025 0,022

CONCLUSIONES 

 

Se observó que los capacitores se cargan automáticamente con el voltaje de la fuente si se conecta directamente a este. Las ecuaciones para carga que se encontraron fueron I=150*10-0,0057*t ; I=150*10-0,013*t Las ecuaciones para descarga que se encontraron fueron…..

BIBLIOGRAFIA [1].Ernesto Muñoz Prieto, Fisica experimental Practicas de laboratorio de

electricidad y electromagnetismo, http://repository.lasalle.edu.co/bitstream/10185/8191/1/00495056.pdf, consultado el 21 de septiembre 2013 [2]. Serway R. Física para Ciencias e Ingenei-ría, Vol. 1, Septi-ma Edición, Cengage Learning Editores, Mexico, 2008. Consul-tado el 31 de julio 2013 [3]. Tipos de carga, anónimo, http://www.physicstutorials.org consultada el 31 de julio 2013...