Diego_lab_5[1].docx

ESTADO PLURINACIONAL DE BOLIVIA UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA AREA DE FISICA

MATERIA: LABORATORIO DE FISICA BASICA III NIVEL:

BASICA “A”

GRUPO: GESTION ACADEMICA:

I - 2019

N° DE EXPERIMENTO:

5

TITULO DEL EXPERIMENTO: GALVANOMETRO TANGENTE ESTUDIANTE: UNIV. ROJAS CONDORI DIEGO EDWIN DOCENTE:

ING. HUMBERTO MURGUIA

AUXILIAR:

UNIV. MIGUEL POMA

CARRERA:

INGENIERIA PETROLERA

FECHA DE REALIZACION: 25 / 03 / 2019 FECHA DE ENTREGA:

01 / 04 / 2019

LA PAZ - BOLIVIA

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA LABORATORIO DE FISICA BASICA III (FIS-200L)

CURS0S BASICOS GRUPO A UNIV. ROJAS CONDORI DIEGO E.

INDICE: 1. OBJETIVOS 1.1. OBJETIVOS GENERALES 1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS 2. JUSTIFICACION 3. HIPOTESIS 4. VARIABLES 5. LIMITES Y ALCANCES 6. MARCO TEORICO 7. MARCO CONCEPTUAL 8. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 9. DATOS OBTENIDOS 10. ANALISIS DE TRATAMIENTO DE DATOS 11. CONCLUSIONES 12. CUESTIONARIO 13. BIBLIOGRAFIA 14. ANEXOS

SEMESTRE I /2019

GALVANOMETRO TANGENTE Doc. Ing. Humberto Murguía

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GALVANOMETRO TANGENTE 1. OBJETIVOS 1.1. OBJETIVOS GENERALES Verificar la interacción de una brújula con el campo magnético terrestre y un campo magnético creado por una corriente eléctrica. Realizar un amperímetro muy básico. Determinar el campo magnético terrestre (componente horizontal).

1.2.

OBJETIVOS ESPECIFICOS



Comprobar la interacción de una brújula con el campo magnético terrestre.



Comprobar que la corriente genera un campo magnético inducido, a través de la bobina, mediante la interacción con la brújula.



Comprobar que la aguja de la brújula gira en sentido opuesto a las agujas del reloj, cuando se cambia del sentido de polaridad de la fuente al ingresar a la bobina.

2. JUSTIFICACION Esta práctica es importante porque con esta práctica reforzamos los conceptos de campo magnético y la fuerza magnética generada por el movimiento de cargas en un conductor eléctrico., y en esta práctica también podemos verificar la baja magnitud del campo magnético terrestre.

3. HIPOTESIS El campo magnético terrestre (también llamado campo geomagnético), es el campo magnético que se extiende desde el núcleo interno de la Tierra hasta el límite en el que se encuentra con el viento solar; una corriente de partículas energéticas que emana del Sol. Su magnitud en la superficie de la Tierra varía de 25 a 65 µT (micro teslas). Nuestra hipótesis para este laboratorio seria verificar que el campo magnético terrestre experimental hallado en el laboratorio sea igual al campo magnético teórico. SEMESTRE I /2019

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4. VARIABLES En este laboratorio las únicas variables serian el ángulo ɸ y la I que circula por la bobina de Helmholtz.

5. LIMITES Y ALCANCES En el presente el límite que tienen nuestras variables esta dado esencialmente por la corriente ya que en el experimento no puede pasar una corriente de 200 [mA] y los ángulos ya están dados por la guía de laboratorio.

6. MARCO TEORICO La declinación magnética es el ángulo formado entre la meridiana geográfica (o norte geográfico) y la meridiana magnética (o norte magnético). Cuando ese ángulo se presenta al oeste del norte geográfico, se habla de declinación oeste y en el caso opuesto se habla de declinación este.

Dado el carácter dinámico del campo magnético terrestre, la declinación también es voluble, y para un mismo lugar E superficie terrestre. Esta variación se mide en una tasa anual, que establece en qué magnitud angular la declinación variará y en qué sentido será el giro (hacia el este o el oeste). ¿Significa esto que el norte no es un único norte? ¿Significa que existen varios tipos de norte? En efecto, existen varios tipos de norte, según el criterio elegido para su establecimiento.

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TIPOS DE NORTE Y DECLINACIÓN MAGNÉTICA En cualquier punto de la superficie terrestre si sostenemos una brújula nos dará una dirección de la orientación de su norte. Ese norte es el norte magnético y está determinado por el campo magnético terrestre que hace que la aguja imantada se alinee con él. Sin embargo, el norte magnético no coincide con el norte verdadero (también llamado norte geográfico), esa diferencia angular entre norte geográfico y norte magnético es lo que conocemos como declinación magnética. Pero esto no es todo. Como la declinación magnética es cambiante en el tiempo, el norte magnético es distinto para cada fecha y varía históricamente. Eso implica que para un mismo punto, tenemos múltiples nortes magnéticos en función de la fecha de medición elegida. Por eso es muy importante que cuando hablamos de declinación magnética o de mapas magnéticos conozcamos muy bien la fecha de referencia de la medición o mediciones. A la declinación magnética se la suele denominar con la letra griega delta, a la convergencia de cuadrícula con la letra omega (o con la theta), y a la diferencia entre el norte magnético y la convergencia de cuadrícula se la suele denominar delta prima.

La declinación magnética en la actualidad es de 11º.

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Una brújula se orienta según la dirección del campo magnético existente en el lugar donde se encuentre. Lejos de campos magnéticos creados por imanes permanentes o por corrientes eléctricas, la brújula se orientará según la dirección del campo magnético terrestre. En la Figura 1. se muestra una situación particular: una brújula está colocada en un punto donde existe un campo magnético de inducción B, perpendicular al campo magnético terrestre, BT. La brújula queda orientada en la dirección de la inducción magnética resultante, BR, entonces puede escribirse: B

B

Figur

B

B tg  BT

(1)

B  BT  tg

(2)

Donde: En la Figura 2. se muestra un arreglo práctico en el que el campo magnético de inducción B, es el existente en el centro de la bobina circular al ser recorrida por la corriente i; esta corriente es generada por la fuente de voltaje DC y puede leerse en el medidor. La bobina está orientada de manera que, en ausencia de corriente, su diámetro horizontal está en la dirección de la brújula (de esta manera B es perpendicular a BT). Con la corriente i circulando por la bobina, el módulo de la inducción magnética, B, estará dado por: B

0 N i D

(3)

donde N es el número de vueltas de la bobina y D, su diámetro. Igualando (2) y (3) resulta: 0 N i D

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 BT tg

(4)

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donde puede escribirse: i

BT D

0 N

tg  K tg

(5)

Siendo K una constante: K

BT D

0 N

(6)

Lo anterior muestra que la corriente por la bobina es proporcional a la tangente del ángulo de desviación de la brújula y que, sise conociera K, la combinación bobina-brújula de la Figura 2. Podría usarse para medir corrientes; en virtud de ello, tal combinación se conoce como galvanómetro tangente.

7. MARCO CONCEPTUAL Una técnica de laboratorio útil para conseguir un campo magnético bastante uniforme es usa un par de bobinas circulares sobre un eje común con corrientes iguales fluyendo en el mismo sentido. Para un radio de bobina dada, se puede calcular la separación necesaria para conseguir el mas uniforme campo central. Esta separación es igual al radio de las bobinas. Abajo se ilustra las líneas de campo magnético para esta geometría. Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrica entre dos de sus puntos (llamados polos, terminales o bornes) transformando la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada también estator). Si se produce mecánicamente un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generará una fuerza electromotriz (F.E.M.). Este sistema está basado en la ley de Faraday. Un amperímetro es un instrumento que se utiliza para medir la intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico. Un micro amperímetro está SEMESTRE I /2019

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calibrado en millonésimas de amperio y un miliamperímetro en milésimas de amperio. En términos generales, el amperímetro es un simple galvanómetro (instrumento para detectar pequeñas cantidades de corriente), con una resistencia en paralelo, llamada "resistencia shunt". Disponiendo de una gama de resistencias shunt, se puede disponer de un amperímetro con varios rangos o intervalos de medición. Los amperímetros tienen una resistencia interna muy pequeña, por debajo de 1ohmio, con la finalidad de que su presencia no disminuya la corriente a medir cuando se conecta a un circuito eléctrico.

8. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Ubicar las bobinas de Helmholtz sobre una masa de madera y lejos de probables fuentes de campos magnéticos extraños como ser objetos de fierro o acero, teléfono celular, etc. Orientar las bobinas de manera que sus diámetros horizontales estén en la dirección norte-sur. Esto se puede verificar colocando la brújula sobre la mesa y pegando uno de sus lados rectos a una de las bases de las bobinas y la brújula debe marcar 0 grados 0 180 grados. 2. Verificar que la fuente de voltaje a usar este apagada, con sus controles de voltaje al mínimo (totalmente en sentido contrario ala agujas del reloj) y sus controles de corriente al máximo. El medidor debe disponerse para medir corriente continua en el rango de [mA]. La brújula debe colocarse en el centro de las bobinas y apuntando en una dirección de referencia que corresponderá a una desviación de 0 grados. 3. Llenar la tabla 1 de la hoja de datos haciendo que la corriente I aumente de manera que la desviación de la brújula se incremente en pasos de 10 grados. La corriente I no debe exceder 200 [mA].

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9. DATOS OBTENIDOS TABLA 1 𝜙 [°]

𝑖 ⌈𝑚𝐴⌉

0

0,00

10

4,60

20

9,08

30

14,71

40

21,80

50

30,70

60

43,80

70

66,30

80

119,9

Bobinas de Helmholtz: R=0,1475(M) N=124

DEDUCCION DE FORMULAS PARA EL TRATAMIENTO DE DATOS Relación entre 𝑖 − tan 𝜙 Aplicando regresión lineal de la forma: 𝑦 = 𝐴𝑥 + 𝐵

𝑖 = 𝐾 tan 𝜙 Donde:

𝑦=𝑖;

Por lo tanto,

𝐴 = 𝐾𝑒𝑥𝑝 ; 𝐴 = 𝐾𝑒𝑥𝑝

𝑥 = tan 𝜙 ;

𝐵=0 (8)

Para las diferencias porcentuales

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10.

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ANALISIS DE TRATAMIENTO DE DATOS

1. A partir de la tabla 1 de la hoja de datos, elaborar una tabla 𝑡𝑔𝜙 − 𝑖. Mediante un análisis de regresión, determinar y dibujar la relación experimental 𝑖 = 𝑓(𝑡𝑔𝜙) y, por comparación teórica, determinar el valor experimental de K. TABLA 1 ϕ [°] 0 10 20 30 40 50 60 70 80

i ⌈mA⌉ 0,00 4,60 9,08 14,71 21,80 30,70 43,80 66,30 119,9

tgϕ 0 0,176 0,364 0,577 0,839 1,192 1,732 2,748 5,671

tg o vs i(Am)

y = 24.314x + 0.6906 R² = 0.9986

80 70 60

i (Am)

50 40

30 20 10 0 0

0.5

1

1.5

2

2.5

Tg o

𝐼 = 24,314𝑇𝑔𝜙 + 0,6906 𝐾 = 24,314

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2. Con el valor de k, realizar los cálculos necesarios y dibujar un cuadrante con una escala que, colocada en el lugar del trasportador, permita utilizar el aparato de la experiencia como un amperímetro. las marcas de la escala deben corresponder a los siguientes valores dados en amperios 0,000, 0,010, 0,020, 0,050, 0,10 y 0,20. Usando la ecuación:

3.

𝑖−0,6906

𝜙 = 𝐴𝑟𝑐𝑡𝑔 (

24,314

)

i ⌈A⌉

0

0.010

0.020

0.050

0.1

0.2

ϕ [°]

-1.677

16.512

31.889

57.984

72.788

81.234

Con el valor obtenido de K y la ecuación (7) calcular 𝐵𝑇 y comparar el resultado con el valor de 𝐵𝑇 en la La Paz obtenida de alguna fuente especializada (indicar la fuente).

Calculando él: Bt  K * k 3 3 4  N 4 4 *  *10 -7 124 BT  K ( ) 2 0  BT  0.0307( ) 2  23.2067[ T ] 5 R 5 0.1475

11.

CONCLUSIONES

Se pudo verificar y comprobar el comportamiento de una brújula con el Campo Magnético Terrestre y un Campo Magnético creado por una corriente, se pudo observar detalladamente el comportamiento de dicho fenómeno. De igual forma se pudo verificar y sobre todo validar en base a la teoría las diferentes relaciones de igualdad que están descritas en el experimento. Una vez determinado el campo magnético terrestre en su componente horizontal, en función del procedimiento de laboratorio, los resultados obtenidos por el procedimiento realizado, no son precisos a causa de la susceptibilidad de errores.

12.

CUESTIONARIO

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1. Para un galvanómetro tangente, indicar el valor de la corriente que sería necesaria para que la brújula se desvíe 90 [º]. Para obtener ese angulo en la brújula la corriente tendría que tender a infinito es decir ser demasiado grande 2. Con los resultados del experimento, ¿puede afirmarse que el valor experimental de 𝐵𝑇 es equivalente al valor esperado? Explicar. Se puede decir que si es equivalente una prueba clara de ello es nuestra diferencia porcentual la cual esta dentro de un rango aceptable. 3. Si no existieran campos magnéticos extraños, ¿cambiarían los resultados del experimento si se realizara en otro punto del globo terrestre? Explicar. Eso dependería de la magnitud del campo magnético extraño tal vez si cambiarian los resultados si los experimentos se los realiza en los polos magnéticos 4. En relación con el campo magnético terrestre, ¿qué es la inclinación magnética? ¿Qué es la declinación magnética? La inclinación magnética es el angulo que forma el eje geográfico de la tierra con el eje magnético y la declinación es el angulo que forma el campo magnético terrestre con el que indica la brújula en otras palabras es la diferencia entre el norte geográfico y el indicado por la brújula. 5. Si no existieran campos magnéticos extraños, ¿Podría realizarse el experimento en cualquier parte del globo terrestre sin problema alguno? Explicar. El experimento se puede realizar en cualquier punto del globo terrestre, con excepción de los polos donde el campo magnético es máximo y no tiene componente horizontal. Para cualquier otro punto de la tierra se podría, solo que la constante K que determinaríamos, sería una equivalente a la componente horizontal del campo magnético existente en el lugar donde se realiza el experimento

13.

BIBLIOGRAFIA

http://documents.tips/documents/galvanometro-tangente.html webdelprofesor.ula.ve/nucleotrujillo/caceres/práctica_osciloscopio.pdf www.buenastareas.com/materias/laboratorio...fisica-iii-osciloscopio

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