Laboratorio

Universidad del norte

Stefee Agudelo Ing. Industrial Email: [email protected]

Daniela Hernández Ing. Industrial Email: [email protected]

Barranquilla – Atlántico Octubre del 2009

Resumen: En esta experiencia de laboratorio buscamos inicialmente comprobar cual es la dirección que tiene el campo magnético en el interior del solenoide, comparando si es axial o radial. Se comprueba también el número real de espiras que tiene la bobina, con la ayuda del software DataStudio.

Abstract: In this laboratory experiment we initially see is the direction which has the magnetic field inside the solenoid, comparing whether axial or radial. It also checks the actual number of turns that have the coil, with the help of software DataStudio.

Introducción: El solenoide está formado por una serie de espiras iguales colocadas de forma paralela por las que circula una corriente. El solenoide permite crear campos magnéticos importantes en su interior. En esta experiencia de laboratorio queremos saber la dirección del campo magnético y el número de espiras que hay en el solenoide y además mostrar la relación entre el campo y la corriente.

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:

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

Marco teórico:

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, en realidad un electroimán. Se utiliza en gran medida para generar un campo magnético uniforme, Podemos calcular el modulo del campo magnético dentro del solenoide según la ecuación: B = NIμ0, en donde N es igual al numero de espiras del solenoide, I es la corriente que circula y μ0 es el coeficiente de permeabilidad. Este tipo de bobinas o solenoides es utilizado para accionar un tipo de válvula, llamada válvula solenoide, que responde a pulsos eléctricos respecto de su apertura y cierre. Eventualmente controlable por programa, su aplicación más recurrente en la actualidad, tiene relación con sistemas de regulación hidráulica y neumática. El mecanismo que acopla y desacopla el motor de arranque de los motores de combustión interna en el momento de su puesta en marcha es un solenoide.

Solenoide

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.

Análisis de Datos Pregunta 1: Comparar las lecturas axial y radial del campo ¿qué dirección tiene el campo magnético en el interior del solenoide? Rta: según las lecturas hechas en el laboratorio se comprobó que la dirección del campo magnético en el interior del solenoide es de tipo axial debido a la distribución de la corriente en el sistema, en la siguiente grafica se observa mejor esta afirmación.

En la figura se observa que en el intervalo que va de (0,10) no esta ocurriendo nada, el comportamiento del campo magnético es muy reducido este hace referencia cuando la lectura se hace de tipo radial, mientras que desde el inérvalo (10,20) observamos un gran comportamiento en la grafica, el campo magnético dentro del interior del solenoide esta siendo medido ya que se ha cambiado la lectura a axial.

Pregunta 2: ¿Cómo es la magnitud del campo magnético en el interior del solenoide en relación a la posición? Rta: El campo magnético en el interior del solenoide es mucho mas 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. 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? Rta: la relación existente entre la magnitud del campo magnético en el interior del solenoide y la intensidad de la corriente es una proporcionalidad directa, ya que cuando se aumenta la corriente mayor es el campo. Pregunta 4: ¿Qué relación existe entre la magnitud del campo magnético en el interior de un solenoide y el número de espiras del solenoide? Rta: la relación existente entre la magnitud del campo magnético en el interior del solenoide y el numero de espiras es una proporcionalidad directa, ya que al aumentar el numero de vueltas en una longitud x, el campo magnético se incrementa.

1. Calcule el valor teórico del campo magnético dentro de la bobina utilizando la corriente medida, su longitud, y el número de espiras del solenoide. Rta: B= μ0NLI

B= 4πx10-7TmA∙29200.108m∙0.13A= 4.41x10-2 T 2. Determine la pendiente de la recta del campo magnético en función de la intensidad de corriente para cada gráfica. Rta: la pendiente m, según la grafica campo versus corriente, es de 0.0312T medido en tesla; se observa además en la figura la relación de proporcionalidad directa entra la distribución del campo magnético y la corriente, que al aumentar una la otra asimismo lo hace, mostrando una pendiente positiva.

Pregunta 5: Calcule el error en el valor del campo magnético. ¿A qué factores cree usted que se debe la diferencia obtenida? Rta: el porcentaje de error es aproximadamente del 8,17%, ya que según el fabricante el solenoide tiene 2920 vueltas y experimentalmente hallamos que tenía 2681 vueltas. TABLAS, RESULTADOS Y GRAFICAS (imprímelas y adjúntalas)

Intensidad medida

= 0.13 amperios

Longitud de la bobina primaria Campo magnético teórico

= 0.108 m = 4.41x10-2 Tesla

Campo magnético medido (Tesla)

Axial (T) =

Radial (T)

4.41x10-2 Aprox. cero Tesla

Cálculos: Calculo del campo magnético B

B= 4πx10-7TmA∙29200.108m∙0.13A= 4.41x10-2 T Calculo del número de espiras N en donde haciendo relación la pendiente puede tomar el siguiente valor: B= μ0NLI

M=μ0NL

,

Entonces despejando N tenemos lo siguiente N= Mμ0L N= 0.0321T 4πx10-7TmA0.108m=2681,4

3.2 Responda las siguientes “preguntas problematológicas” 1. ¿Es el campo magnético uniforme en el interior del solenoide? Explique. Rta: El campo en el interior esta dirigido a lo largo del eje de la bobina y es uniforme excepto en las proximidades de sus extremos. 2. ¿Qué conclusión puede deducir acerca de las características del campo magnético en el solenoide? Dibuje un gráfico de B contra X que ilustre su respuesta. Rta: El solenoide permite crear campos magnéticos importantes en su interior. Un solenoide se comporta como un imán,

3. ¿Qué efecto tiene en los resultados de la medición “tarar” el sensor lejos de toda fuente de campo magnético antes de la toma de datos? Rta: cuando taramos el sensor lejos del campo magnético su lectura inicial es cero y el valor de referencia que toma también es cero, entonces cuando acercamos el sensor en el interior del solenoide la medición va a ser exacta.

Conclusión: En este informe se aprecio el numero real de espiras en la bobina, N, también conocimos la dirección de la magnitud del campo magnético dentro del solenoide, que según lo hecho en el laboratorio se comprobó que era axial.