Fuerza Magnetica Sobre UN Conductor PDF

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INFORME LABORATORIO...

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Laboratorio de Física Eléctrica

UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO DEPARTAMENTO DE INGIENERIA FUERZA MAGNÉTICA SOBRE UN CONDUCTOR JESUS RODELO, FERNANDO DAZA, CARLOS VARELA, JUAN VILLEGAS. Profesor: Juan Carlos Álvarez Navarro Laboratorio de física experimental III, Universidad del Atlántico, Barranquilla RESUMEN Por medio de este informe, pretendemos dar a conocer de una forma práctica cómo es el comportamiento de la fuerza magnética en un conductor, y la influencia de este sobre muchas de las reacciones cotidianas, como la acción que ejercen los imanes, entre muchos otros. Por otro lado, con este informe, también se busca resaltar las principales características de un conductor y el principio de fuerza magnética sobre un conductor.

INTRODUCCION La fuerza magnética es una consecuencia de la fuerza electromagnética, una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza, y es causada por el movimiento de las cargas. Dos objetos con carga con la misma dirección de movimiento tienen una fuerza de atracción magnética entre ellos. Del mismo modo, los objetos con carga que se mueven en direcciones opuestas tienen una fuerza repulsiva entre ellas. La fuerza magnética es la parte de la fuerza Electromagnética total o fuerza de Lorentz que mide un observador sobre una distribución de cargas en movimiento. Las fuerzas magnéticas son producidas por el movimiento de partículas cargadas, como por ejemplo electrones, lo que indica la estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo. La fuerza magnética entre imanes y/o electroimanes es un efecto residual de la fuerza magnética entre cargas en movimiento. Esto sucede porque en el interior de los imanes convencionales existen micro corrientes que macroscópicamente dan lugar a líneas de campo magnético cerradas que salen del material y vuelven a entrar en él. Los puntos de entrada forman un polo y los de salida el otro polo. Un conductor es un hilo o alambre por el cual circula una corriente eléctrica. Una corriente eléctrica es un conjunto de cargas eléctricas en movimiento.

Ya que un campo magnético ejerce una fuerza lateral sobre una carga en movimiento, es de esperar que la resultante de las fuerzas sobre cada carga resulte en una fuerza lateral sobre un alambre por el que circula una corriente eléctrica. En esta experiencia se utilizará la formula de fuerza magnética. 𝐹 = 𝐵𝐼𝑙 sin 𝜃

(1)

Con B siendo el campo magnético, l la longitud del conductor, θ siendo el Angulo entre el campo y la corriente, e I la corriente que pasa por el conductor. Con esta fórmula obtenemos la relación que queremos entre fuerza magnética, longitud, corriente y Angulo. MÉTODO EXPERIMENTAL Para empezar esta práctica se decidió primero el parámetro que se iba a variar para comprobar como la fuerza magnética depende de este, en este caso se empezó varando la corriente que circula atreves de un conductor de longitud fija (4cm) y un Angulo fijo de 90°, para medir la fuerza magnética se utilizó un newton-metro el cual nos muestra la fuerza (en mN) que ejerce el imán sobre el conductor, para ello se hizo el siguiente montaje.

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En la fila de la fuerza magnética (F) podemos apreciar cómo va aumentando la fuera a medida que la corriente (I) también lo hace de manera proporcional. Esta relación se aprecia mejor si graficamos estos datos.

Fig.1. montaje de la experiencia, a la derecha se aprecia el newtometro y a la izquierda la fuente de voltaje.

Variando la corriente en cantidades exactas, como se mostrará en la parte de análisis y resultados, se observó como la fuerza variaba. Terminada esta parte se procedió a realizar la otra parte de la experiencia la cual consistía en variar el Angulo entre el campo eléctrico y la corriente eléctrica, para esto se utilizó el mismo montaje, pero se cambiaba de dirección el imán, estos cambios se hacían teniendo una hoja abajo del imán que nos mostraba los ángulos. Durante esta parte de la experiencia las constates fueron la longitud del conductor (4cm) y la corriente (5A) que pasaba a través de él. Se procedió a anotar los datos, continuar con la otra parte de la experiencia la cual era medir la fuerza magnética variando la longitud del conductor. Las longitudes a las cuales debíamos cambiar la espira eran 1, 2, 4 y 8 centímetros, en este procedimiento de dejó una corriente fija de 5A y un Angulo fijo de 90°. Se procedió a armar la tabla y anotar los datos obtenidos. 3. ANÁLISIS DE RESULTADOS En la primera parte de la experiencia variamos la corriente que pasa por el conductor para evidenciar como cambiaba la fuerza eléctrica, los resultados se muestran en la siguiente tabla. I(A)

F(mN) 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0

1,4 2,6 4,2 5,8 7,3 8,8 10,3 11,6

Tabla 1. Fuerza magnética medida variando la corriente y manteniendo el Angulo y longitud fijas.

F(mN)

Fuerza magnetica (F) vs. Corriente (I) 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0

y = 1,4905x - 0,2071 R² = 0,9992

0,0

2,0

4,0

I (A)

6,0

8,0

10,0

GAF.1 Grafica de los datos obtenidos de la tabla 1, muestra una relación proporcional entre I y F.

Se puede apreciar cómo es una función lineal la cual tiene una pendiente positiva, la cual se podría escribir como.

Fig.2. Vista superior de la hoja de papel con los ángulos y sobre ella el imán en forma de herradura.

𝐹 = 𝑘𝐼 (2) Pero si la relacionamos con la ecuación (1) podemos saber que k es igual a 𝑘 = 𝐵𝑙 sin 𝜃 (3) Si tenemos un k aproximada que nos da la gráfica de Excel, y tenemos los valores de l y θ podemos hallar en campo magnético B. 𝑘 (4) 𝐵= 𝑙 sin 𝜃 Al reemplazan los valores ya obtenidos la magnitud

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del campo magnético es de aproximadamente 37,26 mT. Prosiguiendo con la experiencia, medimos la fuerza magnética variando el ángulo θ con corriente y longitud fijas. θ(°)

F(mN)

0,0 0,0 30,0 -4,0 60,0 -6,6 90,0 -7,0 120,0 -5,7 150,0 -3,2 180,0 0,5 210,0 4,6 240,0 8,0 270,0 9,1 300,0 7,5 330,0 4,3 360,0 0,1 Tabla 2. Fuerza magnética con respecto al ángulo entre el campo magnético y la corriente.

Como se observa en la tabla, el ángulo varia cada 30°, también se aprecia como varia la fuerza eléctrica e incluso donde son sus valores más altos, los cuales son 90° y 270°. Esto se debe a que en estos puntos la función de cual depende la ecuación de fuerza (1) tiene la función seno, esta obtiene su valor máximo y mínimo (1 y -1) en estos ángulos. En esta última parte de la experiencia solo se cambió la longitud de la espira conductora y se mantuvo constante el ángulo y la corriente. Los resultados obtenidos fueron los mostrados en la tabla 3. l(cm)

F(mN) 1,0 2,0 4,0 8,0

-1,8 -3,7 -7,4 -15,0

Tabla 3. Variación de la fuerza magnética con respecto a la longitud del conductor con corriente constante.

Como podemos observar a pesar de ser cuatro datos nada más, se ve una relación directa entre la longitud y la fuerza magnética. En este caso sean negativos, pero es debido al instrumento de medición, esto fue aclarado por el docente.

4. CONCLUSIÓN Se pudo apreciar como la fuerza magnética es proporcional a cada una de sus variantes como lo son la longitud del conductor, la corriente y el ángulo. Viendo los resultados e incluso la gráfica de estos nos mostraba una relación directamente proporcional, incluso se logró hallar el valor aproximado

BIBLIOGRAFIA [1] R. González,. Física. Tomo I. 4° edición. Ed. Mc Graw Hill. Seul (2013) [2] F. Soleth, Q. Zemky, Física Universitaria. Volumen III. 1° edición Ed. Pearson Educación. Bogotá (2009) [3] H. Benedetty, Física Básica. Volumen I. Primera edición. Ed. Libertary. Barranquilla (2017) [4] https://journals.aps.org/prl...