Practica 8- Campo Magnetico EN EL Interior DE UN Solenoide PDF

Title Practica 8- Campo Magnetico EN EL Interior DE UN Solenoide
Author Francisco Daniel Mejia Ceron
Course Electromagnetismo
Institution Instituto Politécnico Nacional
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INSTITUTO POLITECNICO NACIONALUNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERIA Y CIENCIASSOCIALES Y ADMINISTRATIVASPráctica No. 8“Campo magnético en el interior de un solenoide”Integrantes:❖ Alfonso Villaseñor Vanessa❖ Cortes de la Cruz Monserrat❖ Cruces Jorge María Guadalupe❖ Espindola Velasco M...


Description

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERIA Y CIENCIAS SOCIALES Y ADMINISTRATIVAS

Práctica No. 8 “Campo magnético en el interior de un solenoide”

Integrantes: ❖ Alfonso Villaseñor Vanessa ❖ Cortes de la Cruz Monserrat ❖ Cruces Jorge María Guadalupe ❖ Espindola Velasco Martha Laura ❖ González Montoya Karla Ivette Secuencia: 2IM30 Profesor: Álvarez González Enrique Fecha de realización: 03 de mayo de 2021 Fecha de entrega: 08 de mayo de 2021

Título del experimento: Campo magnético en el interior de un solenoide Objetivos: Determinar el valor de la constante de permeabilidad µo Introducción Teórica: Campo magnético El campo magnético es generado por una carga en movimiento o una corriente, este a su vez ejerce una fuerza F sobre cualquier otra carga en movimiento o corriente presente en el campo. Al igual que el campo eléctrico este campo es un campo vectorial. Solenoide: Es definido por una bobina de forma cilíndrica que cuenta con un hilo de material conductor enrollada a fin de que, con el paso de la corriente eléctrica, se genera un intenso campo eléctrico. Cuando este campo magnético aparece comienza a operar como un imán. Se denomina solenoide a un arrollamiento en forma de bobina, está formado por un conjunto de espiras colocadas en serie. Su principal función es activar una válvula que lleva su mismo nombre “la válvula solenoide". Esta válvula opera de acuerdo con los pulsos eléctricos de apertura y de su cierre. Para hacer que uno de estos dispositivos cumpla su función, es necesario aplicarle corriente positiva a uno de sus terminales. Se aplican cargas positivas y no negativas ya que esta última esta aplicada en el momento en el momento en que se instala en la tierra. En el único caso que este principio no es aplicable es para los motores de arranque. Estos motores son controlados por un interruptor, o switch, que impide que el vehículo comience a movilizarse a menos que este se encuentre en neutro. Se puede calcular el módulo del campo magnético dentro del solenoide según la ecuación:

B = µo*n* i Donde: µo =coeficiente de permeabilidad n= número de espiras L = longitud del solenoide i = intensidad de corriente

Existen varios tipos de solenoides, por lo que su conexión e instalación varia, pero todo ellos ope ran con el mismo principio. Campo Magnético en el interior de un solenoide: Cuando por un solenoide circula corriente eléctrica se crea un campo magnético. Para estudiarlo se atraviesa con él una lámina de cartón o algún dieléctrico y se espolvorean limaduras de hierro. Al circular la corriente, golpeando suavemente la lámina se obtendrá el espectro magnético correspondiente, la bobina se comporta como un imán. Los polos del solenoide y en sentido de las líneas de fuerza del campo pueden establecerse por las reglas de las agujas del reloj o por la regla de maxwell o del tirabuzón como cuando se trata de una única espira. El sentido de las líneas de fuerza en el interior del solenoide es el avance de un tirabuzón que gira con el sentido de la corriente. El polo sur del solenoide es aquel desde el cual se ve circular corriente con el mismo sentido en que se mueven las agujas del reloj. Espectro originado por el solenoide.

Observando el espectro se pueden obtener las siguientes conclusiones: •

• • •

• •

El campo magnético en el interior del solenoide es mucho más intenso que en el exterior pues es mayor la densidad de las líneas de fuerza dentro que fuera del solenoide. Las líneas de fuerza en el interior del solenoide son paralelas, lo que indica la uniformidad del campo magnético dentro de las espiras. Las líneas de fuerza en el interior del solenoide se orientando sur a norte y en el exterior de norte a sur. De acuerdo con ello estas líneas son cerradas a diferencia de las correspondientes a los imanes, que son abiertas. Las analogías entre solenoides e imanes son válidas para el campo exterior. Existe una gran similitud entre el campo cerrado por espiras y solenoides y el de los imanes. Las espiras se atraen y se repelen como los imanes.

Equipo y material utilizado: 1. Aparato medidor de campo magnético (Teslámetro). 2. Sonda de Hall Axial (largo). 3. Instrumento de bobina móvil. 4. Reóstato 100 Ohms 5 watts. 5. Interruptor de navaja. 6. Una carátula de 0 –1 amp. 7. Dos cables caimán-caimán. 8. Cinco cables banana-banana. 9. Cuatro cables banana-caimán. 10. Dos prensas. 11. Dos abrazaderas redondas. 12. Bobina patrón de cuatro capas (8 salidas). Procedimiento seguido: • Instalación del equipo.

1. Se fijó a la mesa de trabajo la bobina patrón utilizando las prensas y las abrazaderas redondas las cuales sujetan la bobina. 2. Se conectó a la bobina la sonda de Hall, la cual a su vez se conectó al medidor (teslámetro). 3. A la bobina patrón se conectó el interruptor de navaja, el cual también se conecta al amperímetro. Luego el amperímetro fue conectado a la bobina patrón.

4. Se conectó el interruptor de navaja al reóstato y este a su vez va conectado a la fuente PHYWE (Leybold). 5. La fuente PHYWE se conectó al otro extremo de la bobina patrón. 6. Finalmente, una vez hechas las conexiones, se procede a encender el equipo. • Proceso cuantitativo. 1. Tomando las cuatro capas de la bobina se consideró el arrollamiento total. 2. Se variaron los valores de corriente de manera que se obtuvieron diez valores en un intervalo de 0.15 amp a 0.60 amp como máximo. 3. Para cada valor de corriente se cuantificaron los valores para B en el centro de la bobina, la cual previamente se conectó a la sonda. 4. Finalmente los valores obtenidos se anotaron en la tabla correspondiente. Datos a) Tablas de datos con unidades

I [A]

B [mT]

0.15

0.67

0.20 0.25

0.91 1.12

0.30 0.35 0.40

1.36 1.60 1.85

0.45 0.50 0.55 0.60

2.12 2.35 2.59 2.9

Tabla 1 de Corriente [A] vs Campo magnético [mT]

I[A]

B [T]

0.15

6.7x10-4

0.20 0.25

9.1 x10-4 1.12 x10-3

0.30 0.35

1.36 x10-3 1.60 x10-3

0.40 0.45

1.85 x10-3 2.12 x10-3

0.50 0.55

2.35 x10-3 2.59 x10-3

0.60

2.9 x10-3

Tabla 2 de Corriente [A] vs Campo magnético [T] b) Comentarios al comportamiento de los datos Los datos están dentro de un rango especifico por lo que podemos asumir que no hay variaciones entre los datos. También podemos observar que son directamente proporcionales, es decir, si una variable aumenta la otra también, lo que podría indicar linealidad. Graficas a) Grafica

b) Comentarios sobre las gráficas: Podemos apreciar que los datos tienen un comportamiento lineal entre ellos de manera gráfica, sin embargo, es necesario comprobarlo con el coeficiente de correlación.

Hipótesis a) Planteamiento de hipótesis: Ho: La corriente y el campo magnético dentro del solenoide tienen una distribución lineal. b) Coeficiente de correlación Con los datos de la tabla 2 procedemos a calcular el coeficiente de correlación en la calculadora usando minimis cuadrados, el cual nos arrojó como resultado: r=0.999447 c) Verificación de la hipótesis La hipótesis se encuentra aceptable porque con el dato de coeficiente de correlación procedemos a analizar a r2=0.99889 en el cual nos dice el parámetro si r2 esta (0.985,1] entonces la distribución es lineal. d) Trasformación si no hay linealidad En este experimento no hay transformación porque hay linealidad. e) Nueva hipótesis y su verificación En este experimento no hay nueva hipótesis porque se cumplió la primera Ley Empírica a. Tabla de datos para calcular m y b

Tabla 3 de Corriente [A] vs Campo magnético [T] Con los datos indicados en la tabla se procede a calcular la pendiente y la ordenada en la calculadora con una regresión lineal por mínimo cuadrados

b. Ley empírica Para el establecimiento de la ley empírica debemos de recordar dos modelos que podamos comparar los cuales son: Modelo matemático

Ley teórica

Podemos observar que hay una similitud entre los modelos por lo que podemos concluir que:

Quedando la ley empírica de la siguiente manera

c. Significado físico de m y b La finalidad de establecer la ley empírica consiste en poder analizar el comportamiento de las dos variables, la independiente “X” (I) y la dependiente “Y” (B) sin necesidad de observar el modelo físico, para esto necesitamos saber qué significa la pendiente (m) y la ordenada al origen (b), en geometría analítica la pendiente es una medida de inclinación de una recta, si la pendiente es positiva indicara que el valor aumentado será el de B, al aumentar el valor de la corriente (I), mientras que el valor de B= campo magnético es el valor que aumentara el eje de las ordenadas con respecto al cambio del eje de las abscisas, de esta manera sabremos que:

d. Determinación de la cantidad física enunciada en el objetivo. Sabiendo que:

Y se mencionó que se utilizaron cuatro bobinas de 87 vueltas y 8 cm de longitud Donde n= 87 n total= 348 L=0.08m n total= (4)(87) =348 Sustituyendo los valores en 1 tenemos

Despejando a

de 2

Finalmente tenemos que

Errores a) Cálculo de error experimental

% 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = |

𝜇𝑜 𝑇𝐸𝑂 − 𝜇𝑂 𝐸𝑋𝑃 | × 100 𝜇𝑜 𝑇𝐸𝑂

𝑇∙𝑚 𝑇 ∙𝑚 (1.256 × 10−6 𝐴 ) − (1.1288 × 10−6 𝐴 ) | × 100 % 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = | 𝑇 ∙𝑚 (1.256 × 10−6 𝐴 ) ∴ % 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = 10.1274%

b) Localización de las causas que provocan el error en el experimento. Se consideraron como principales causas las siguientes: 1. Presencia de subidas y bajadas en el flujo de electricidad, los cuales pudieran provocar cambios en la corriente. 2. El material pudiere estar dañado o en desequilibrio. 3. El cableado utilizado estuviera dañado y por consiguiente pudiere tener interferencias del medio físico en donde se realizó. Conclusiones c) Conclusiones Se logro el objetivo único de la práctica obteniendo un valor para la constante de permeabilidad 𝜇𝑜 = 1.1288 × 10−6

𝑇∙𝑚 𝐴

, el cual presentó una

ligera desviación de 10.1274% con respecto al valor teórico establecido. Por medio de los respetivos cálculos determinamos que este experimento no requiere de un ajuste cualitativo ya que al graficar los datos no se presenta una desviación de correlación, indicándonos una linealidad aceptable y por ende se aprobó la hipótesis que establecimos. Observando la tabla de datos determinamos que la relación de la Corriente y el Campo magnético es directa en proporción ya que al aumentar el amperaje de corriente, incrementa el campo magnético. Finalmente se concluye que el empleo de solenoides es vital en la regulación de sistemas neumáticos e hidráulicos, ya que tras utilizarlos se logra transformar la energía eléctrica en energía mecánica debido al campo magnético que se genera en este.

d) Comentarios acerca de cómo mejorar el experimento.

Como lo hemos mencionado en anteriores ocasiones, el experimento podría mejorar si realizáramos el trabajo práctico presencialmente ya que de esta manera se unificaría el conocimiento teórico con el práctico. En cuanto a la explicación del profesor fue completa puesto que explicó paso a paso lo que se debe hacer en el experimento, así como el propósito de este. Cabe destacar que fue eficiente la explicación ya que la complemento con dos videos que resumen lo ya explicado. Referencias • •





García, G. M. (2007). Física experimental III. México.

María Mónica Ruiz P. (2009, octubre). campo magnetico de un solonoide (N.o 1033–03). Departamento de física de ciencia básicas. https://es.slideshare.net/gueste28c999/lab-6-campo-magnetico-de-un-solenoide (2021b, mayo 6). Campo Magnetico de un Solenoide. Fisik. http://becerracarrillomuvdi1676.blogspot.com/2010/05/campo-magnetico-de-unsolenoide.html Castro, J. A. F. A. (2021, 6 mayo). Campo magnético de un solenoide. Física electricidad. http://acostafernandez1807.blogspot.com/2009/10/campo-magneticode-un-solenoide.html...


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