BALANZA DE CORRENTE ELÉCTRICA

I. OBJETIVO

Corroborar que una corriente eléctrica genera un campo magnético.

Verificar experimentalmente que, dentro de nuestro modelo de interpretación, la regla de la mano derecha permite determinar la dirección del campo magnético generado y la fuerza ejercida por el mismo.

II. FUNDAMENTO TEORICO

MAGNETISMO

El magnetismo es uno de los aspectos del electromagnetismo, que es una de las interacciones fundamentales de la naturaleza (junto con la gravedad, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil).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 manifestación más conocida del magnetismo es la fuerza de atracción o repulsión que actúa entre los materiales ferromagnéticos como el hierro. Desde la antigüedad se ha constatado la interacción entre el hierro o minerales como la magnetita con el campo magnético terrestre, de forma que el polo norte de un imán tiende a apuntar al polo sur de otro.

CAUSA DEL CAMPO MAGNÉTICO

En 1820 Hans Christian Oersted, descubre que una corriente eléctrica provoca la deflexión de la aguja de una brújula en sus inmediaciones. Fue André-Marie Ampère quien descubrió la ley que describe la relación entre una corriente eléctrica estacionaria y el campo magnético. Adelantándose a su época, supuso que la causa del magnetismo de los materiales se debe a pequeñísimas partículas cargadas en rotación.

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LEY DE AMPERELa ley de Ampere nos permitirá calcular el campo magnético producido por una distribución de corrientes cuando tienen cierta simetría.

Circulación de B:

CAMPO PRODUCIDO POR UN SOLENOIDEUn solenoide es una corriente compuesta de varias espiras circulares coaxiales y del mismo radio, todas con la misma intensidad de corriente:

L = longitud del solenoide. N = número de espiras del solenoide.

= número de espiras por unidad de longitud.

= número de espiras que hay en una sección de longitud dR.

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Teniendo en cuenta el resultado anterior, y considerando que a una distancia R de

P, tengo, en , espiras circulares, el campo debido a ellas es:

Quedando:

APLICACIONESLas aplicaciones más comunes de las bobinas y que forma parte de nuestra vida diaria es la bobina que se encuentra en nuestros autos y forma parte del sistema de ignición. En los sistemas de iluminación con tubos fluorescentes existe un elemento

adicional que acompaña al tubo y que comúnmente se llama balastro. En las fuentes de alimentación también se usan bobinas para filtrar

componentes de corriente alterna, y solo obtener corriente continua en la salida.

APLICACIÓN EN EL TREN MAGNETICO

Principio de Levigación

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En la figura se muestra la forma en la que se colocan las bobinas en las paredes laterales. Cuando el superconductor pasa a centímetros de estas bobinas a muy altas velocidades, una corriente eléctrica es inducida en la bobina la cual actúa como campo electromagnético temporalmente. Como resultado de estos campos, existen fuerzas que empujan al superconductor hacia arriba, teniendo así la levitación del tren.

Principio de Guía Lateral:

Las bobinas de levitación están conectadas de frente entre ellas en la parte baja del riel, generando un anillo magnético. Cuando el tren, el cual es un superconductor magnético, se desplaza lateralmente, una corriente es inducida en el anillo, resultando una fuerza repulsiva actuando en las bobinas de levitación del lado más lejano del tren. Por lo tanto el tren siempre esta situado en el centro de los rieles.

Principio de Propulsión:

Una fuerza repulsiva y una de atracción son inducidas entre los imanes para propulsar al tren (superconductor magnético). Las bobinas de propulsión están localizadas el las paredes laterales en ambos lados del riel, las cuales están energizadas por una corriente alterna trifásica de una estación, creando un campo magnético en el riel.

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Los superconductores magnéticos son atraídos y empujados por el campo magnético, elevando el tren.

Vehículos experimentales

III. PROCEDIMIENTO

Primero, nivelar la base del equipo con ayuda del nivel, luego equilibrar el puntero en posición cero.

Segundo, armar el circuito según el modelo dado (figura 1), regular los voltajes al mínimo y la resistencias variables al máximo.

Tercero con una regla medir la longitud de la bobina, contar el número de vueltas y medir el ancho de la lámina de circuito.

Cuarto, al alimentar la bobina esta produce un campo en su interior; al mismo tiempo alimente el alambre conductor de la balanza .Se observara que el puntero se desvía para establecer el equilibrio coloque cuantos hilos sea necesario para equilibrar la fuerza; de esta forma se lograra medir directamente la fuerza que produce el campo magnético.

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Figura 1

Fije y registre valores para la corriente IB en el solenoide e IC en la balanza y observe como se reflecta. Ahora equilibre la balanza colocando pesos conocidos (pequeños trozos de hilo) en el borde externo de la tablilla. Registre este valor.

IV. CALCULOS Y RESULTADOS

Cuadro de datos

N y Longitud de la Bobina (m)

Longitud de los trozos de cuerdas (m)

1.0 1.5

85x5 = 425

0.15

1.0 2.0 0.20

1.0 2.5

0.096

0.20

1.5 2.0 0.25

2.0 2.0 0.35

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Haciendo los cálculos de campo y fuerza magnética y pesos de la cuerdas.

F=mg (N) (N) % de Error

1.0 1.5 8.345x10-3 3.234x10-4 3.630x10-4 12.24%

1.0 2.0 1.113x10-2 4.312x10-4 4.841x10-4 12.26%

1.0 2.5 1.391x10-2 4.312x10-4 6.051x10-4 40.33%

1.5 2.0 1.113x10-2 5.390x10-4 7.262x10-4 34.73%

2.0 2.0 1.113x10-2 7.546x10-4 9.6831x10-4 28.32%

¿Qué relación se obtiene ente y F(N) para D?

Relación entre IC y FC

0,0003630

0,00048410,0006051

0,0007262

0,0009683y = 0,0001x + 0,0002

0,0000000

0,0002000

0,0004000

0,0006000

0,0008000

0,0010000

0,0012000

1.0 1.0 1.0 1.5 2.0

IC

FC Serie1

Lineal(Serie1)

¿Qué relación se obtiene ente e ?

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Relación entre IB y B

0,0003630,0004841

0,00060510,0007262

0,0009683y = 0,0001x + 0,0002

0,000000

0,000200

0,000400

0,000600

0,000800

0,001000

0,001200

1.5 2.0 2.5 2.0 2.0

IB

B

Serie1

Lineal(Serie1)

¿se cumple ?

De acuerdo a porcentaje de error de la experiencia se puede concluir que esta relación es aceptable, debido a que el margen error es aceptable.

V. CONCLUSIONES

A través de la experiencia realizada comprobamos que el campo magnético obtenido es producido por la intensidad de corriente que se mueve a través de la bobina.

Para obtener la fuerza de manera experimental se realizo en la balanza de corriente en la cual al desnivel causado por el troqué que genera la intensidad de corriente se tendrá que nivelar colocando trozos de una cuerda del cuan se conocía la densidad lineal.

Se demuestra que la corriente que circula en la bobina genera un campo magnético al interior y además esta depende del número de espiras y de la longitud de ellas.

A pesar de los márgenes de error marcados, en esta experiencia no afectaron mucho en comprobación de la existencia de una fuerza magnética que actúa perpendicular a los vectores que la componen; lo cual se aprecia factiblemente en las relaciones obtenidas entre la fuerza magnética (Fm)y cada una de sus componentes como lo son: intensidad de corriente por el conductor de la balanza de corriente(I’), la longitud del mismo material(l) y el campo magnético obtenido mediante la incursión del solenoide.

VI. BIBLIOGRAFÍA

http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/teoria/A_Franco/elecmagnet/magnetico/cMagnetico.html

http://html.rincondelvago.com/balanza-de-corriente_1.html http://www.sociedadelainformacion.com/departfqtobarra/magnetismo/lorenz/

lorenz.html

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