Campo Magnetico Generado Por Una Corriente

Agosto 27 del 2009 Código: Laboratorio de Física Electricidad

Departamento de Física © Ciencias Básicas Universidad del Norte – Colombia

“Campo Magnético generado por una corriente” Carlos Alberto Riascos Rodgers [email protected] Ingeniería civil Garlin Movilla [email protected] Ingeniería industrial

ABSTRACT In this experiment, we examined the field inside a solenoid or coil, for it was used some technological tools such as magnetic field sensor, a power amplifier, among others. At the end of the experiment was concluded that the magnetic field inside a solenoid is proportional to the current conveyed by turns, as is the number of turns that owns the solenoid. Inside the coil the magnetic field is independent of the position where you want to measure the magnetic field. RESUMEN En esta experiencia se analizó el campo en el interior de un solenoide o bobina, para ello, se utilizó algunas herramientas tecnológicas como un sensor de campo magnético, un amplificador de potencia, entre otros. Al final de la experiencia se concluyo que el campo magnético en el interior de un solenoide es proporcional a la corriente que transmiten las espiras, como también lo es al número de espiras que posee el solenoide. En el interior de la bobina el campo magnético es independiente de la posición donde se quiera medir el campo magnético. 2. OBJETIVOS General: Determinar la relación entre el campo magnético en el centro de un solenoide muy largo y la intensidad de corriente que circula a través de él. Específicos:

1. Comparar los valores experimentales y teóricos del campo magnético. 2. Determinar la dirección del campo magnético en el interior de un solenoide. 3. Explicar las características de la magnitud del campo magnético en el interior de un solenoide.

2. MARCO TEORICO ¿Qué es un solenoide? Un solenoide es definido como una bobina de forma cilíndrica que cuenta con un hilo de material conductor enrollada sobre si a fin de que, con el paso de la corriente eléctrica, se genere un intenso campo eléctrico. Cuando este campo magnético aparece comienza a operar como un imán. La función principal de un solenoide es activar una válvula que lleva su mismo nombre, la válvula solenoide. Esta válvula opera de acuerdo a los pulsos eléctricos de su apertura y de su cierre. Por lo general, este tipo de dispositivo se puede programar según ciertos horarios y dentro de sus usos más comunes se encuentran los sistemas de regulación hidráulica y neumática. Dentro de este último campo, es frecuente utilizarlo para permitir el flujo o realizar la detención de corrientes de alto amperaje en los motores de arranque. Debido a su funcionamiento, es posible encontrar solenoides en varias partes de un motor, no sólo en el motor de arranque. Para hacer que uno de estos dispositivos cumpla sus funciones, es necesario aplica corriente positiva a uno de sus terminales. Se aplican cargas positivas y no negativas ya que esta última está aplicada en el momento en que se instala, en la tierra. En el único caso en 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 éste se encuentre en neutro o en parking. Este interruptor está ubicado en la transmisión del vehículo y está conectado eléctricamente a fin de que se mueva junto al movimiento de la palanca de cambios. Es importante mencionar que existen varios tipos de solenoide, por lo que es lógico que su instalación y conexión también varíe. No obstante, ya se trate de un solenoide u otro, y se le den usos diferentes, todos ellos operan bajo el mismo principio explicado con anterioridad.

3. PROCEDIMIENTO En esta experiencia se mide el campo magnético dentro de un solenoide y se compara con el campo magnético teórico basándose en el valor de la intensidad de corriente que circula a través del solenoide. Se utiliza el sensor de campo magnético para medir el campo magnético dentro del solenoide cilíndrico. Se utiliza el DataStudio para registrar y medir la intensidad el campo magnético en el interior del solenoide. Se compara el campo magnético medido dentro del solenoide con el campo magnético teórico calculado sobre la base de la intensidad y al número de espiras de alambre por unidad de longitud. Configuración del ordenador 1.

Conecte el interfaz al ordenador, encienda el interfaz y el ordenador

2.

Conecte un sensor de campo magnético al Canal analógico A.

3.

Conecte el Amplificador de potencia al canal analógico B del interfaz. Enchufe al cable de alimentación la parte posterior del amplificador de potencia y conecte el cable a una toma de corriente adecuada. Debe ser configurado para un voltaje DC.

4.

Abra el archivo titulado: Data Studio.

Calibración del sensor y montaje del equipo. 1.

No se necesita calibrar el Sensor de campo magnético ni el amplificador de potencia. el sensor de campo magnético produce un a tensión que es directamente proporcional a la fuerza del campo magnético : 10 millivoltios = 10 gauss (donde 10000 gauss = 1.0 tesla

2.

Utilice el solenoide que se suministra. Emplee los cables de conexión para conectar la salida del amplificador de potencia a los terminales del solenoide.

3.

Coloque el solenoide y el sensor de campo magnético de manera que el sensor pueda introducirse dentro del solenoide.

Al am plifi cad or d e poten cia

M AGN ETIC FIELD S ENS O R

C I-6 520 A

2. DATOS OBTENIDOS

El primer paso consintió en averiguar como es el campo magnético en el interior del solenoide, por lo que se colocó el sensor en modo radial y se introdujo en le interior del solenoide. En la figura 1 se puede observar los resultados:

Figura 1: Grafica de campo magnético (radial) vs. Tiempo.

El campo magnético radial en el interior del solenoide es cero, entonces se deduce que no existe campo magnético radial en el interior de una bobina o solenoide. Continuando con el primer paso de la experiencia, se configuró el sensor en modo axial y se introdujo por ambos agujeros en el interior del solenoide. En la figura 2 se puede observar los resultados:

Figura 2: Grafica de campo magnético (axial) vs. Tiempo.

En esta ocasión podemos observar que el campo magnético detectado por el sensor no es constante y diferente de cero, lo que nos lleva a deducir que el campo magnético en el interior del solenoide es axial. En la segunda parte de nuestra experiencia, se halló de manera experimental el número de espiras de cobre que posee el solenoide, basándonos en una grafica de campo magnético vs. Corriente. Luego se comparó este número de espiras con el número de espiras teórico y se halló el error porcentual. Los resultados obtenidos se observan en la figura 3:

Figura 3: Grafica de campo magnético (axial) vs. Corriente.

Se tomó un punto cualquiera de la grafica, en el cual sus coordenadas corresponden a la corriente y al campo en dicho punto. En nuestro casó tomamos el punto (0.05, 17) el cual corresponde a una corriente de 0.05 Amperios y un campo magnético de 17 Gauss. Entonces se tiene que: I = 0.05 Amperios = 1.7 x 10-4 Tesla Uo = 4π x 10-7 T m,A

B = 17 Gauss L = 0.108

Metros Basándonos en la ecuación: B= Uo NL I

En donde N corresponde al número de espiras que contiene el solenoide, despejamos la incógnita N y reemplazamos por los valores correspondientes:

N= BLUoI = 1.7x10-4Tesla 0.108Metros4π x 10-7 T m,A 0.05 Amperios =2922.08

N= 2922.1

Comparamos este valor experimental con el valor teórico hallamos el error porcentual:

N = 2920 y

%E= Nteorico - Nexperimental Nteorico x 100%

%E= 2920 – 2922.1 2920 x 100%

%E=0.08%

3. ANALISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS De acuerdo a los datos y gráficos obtenidos en las mediciones conteste las siguientes preguntas: Pregunta 1: Comparar las lecturas axial y radial del campo ¿qué dirección tiene el campo magnético en el interior del solenoide?

Solución: Al comparar las lecturas observamos que la radial es igual a cero y la axial toma un valor aproximado de 40 Gauss. Lo que nos lleva a concluir que el campo en el interior del solenoide tiene dirección axial.

Pregunta 2: ¿Cómo es la magnitud del campo magnético en el interior del solenoide en relación a la posición? Solución: La ecuación B= Uo NL I describe el campo en el interior del solenoide, como podemos observar el campo magnético no depende de la posición, sino de la corriente I, del numero de espiras N y de la longitud L.

Pregunta 3: ¿Qué relación existe entre la magnitud del campo magnético en el interior de un solenoide y la intensidad de la corriente que circula por ella? Solución: Basándonos en la misma ecuación de la pregunta 2, podemos observar que al aumentar la corriente aumenta el campo magnético, dado que N y L permanecen constantes. Entonces es correcto afirmar que el campo magnético en el interior de un solenoide es directamente proporcional a la corriente que pasa por dicho solenoide.

Pregunta 4: ¿Qué relación existe entre la magnitud del campo magnético en el interior de un solenoide y el número de espiras del solenoide? Solución: En caso de que I y L permanezcan constantes, el campo magnético es proporcional a N, es decir, que entre mas espiras tenga el solenoide mayor será el campo magnético en el interior de él.

4. CONCLUSION

Al finalizar es posible concluir que factores como el número de espiras que tenga el solenoide y la corriente que pasa por este son los directos responsables de variar la magnitud del campo magnético. Este caso hace posible asemejarlo con una bobina. Ademas de esto la intensidad del campo dentro de selenoide es contante por lo tanto tampoco depende de la posición dentro de este.

BIBLIOGRAFIA http://www.solociencia.com/fisica/carga-electrica-formacargar-cuerpo.htm http://www.babylon.com/definition/Ley_de_conservaci %C3%B3n_de_la_carga_el%C3%A9ctrica/Spanish