Balanza Corriente Exp
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BALANZA DE CORRIENTE María Camila Bolaños, Jhonny Sanchez Facultad de Ciencias, Dep. Física, Universidad del Valle, Cali, Colombia 29 de mayo de 2014 RESUMEN En la presente práctica se espera determinar la dirección de la fuerza magnética ejercida sobre una partícula cargada que se desplaza a una velocidad determinada en un alambre rectilíneo de longitud l, por un campo magnético uniforme, como una función de la corriente y la dirección del campo magnético. 1. INTRODUCCION En la practica de laboratorio se pretendió estudiar la fuerza que ejerce un campo magnético al interior de un solenoide por el que circula una corriente, sobre una espira por la cual se hace circular una corriente distinta, para esto se utiliza la espira como una balanza que se inclina debido a la fuerza ejercida por el campo magnético y se equilibra añadiendo masa al otro extremo. Se toman valores en 4 tablas de la masa requerida para ejercer una fuerza (peso) sobre el otro extremo de la espira, en función de distintos valores tanto de la corriente que pasa por el solenoide como la que pasa a través dela espira. Con estos valores se realiza un análisis que permite comprobar la expresión teórica que describe la Fuerza de Lorentz. 2. MODO TEORICO La fuerza magnética sobre una sección infinitesimal de un alambre de tamaño dl está dado por: Si el alambre es rectilíneo de longitud l, en un campo magnético uniforme, se tiene, En este experimento se medirá la fuerza magnética sobre un alambre rectilíneo de longitud l variable en un campo magnético uniforme creado por dos bobinas como se muestra en la figura 1.c donde lo núcleos dentro de las bobinas son representados por las líneas punteadas. El campo magnético ~B en la región central de una bobina de N vueltas es uniforme y las líneas de campo magnético forman vueltas cerradas a través de los núcleos de hierro. Además, el número de líneas de campo será continuo a través de la interface de aire-hierro y en el espacio de aire. Entonces, la fuerza magnética en el aire debida a estas bobinas será aproximadamente igual a la fuerza magnética en los núcleos de hierro. En presencia de materia con susceptibilidad magnética diferente de cero, la ley de Ampère queda: Donde µ 0 es la permeabilidad magnética del vacío, µ r es la permeabilidad magnética relativa del material de los núcleos del sistema y I Enc es la corriente total encerrada. Aplicando la ley de Ampère en dirección del campo B para un campo producido por un número N de espiras, se tiene entonces: Debido a que los campos son los mismos y no dependen del camino escogido, la solución para el campo magnético dentro del espacio de aire queda: Donde µ 0 = 4π* [N/ ] es la permeabilidad magnética del vacío, N el número de espiras total, L la longitud total de los núcleos del material usado y d la longitud del espacio de Aire. Al colocar un núcleo de hierro ocupando el volumen interior de la bobina como muestra la figura 1.b, las líneas de campo se dirigen a lo largo de éste debido a que la permeabilidad magnética del hierro µ h hierro es mayor que la del aire. Para este caso, la permeabilidad relativa es µ r hierro = 200 adimensional.
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BALANZA DE CORRIENTEMara Camila Bolaos, Jhonny SanchezFacultad de Ciencias, Dep. Fsica, Universidad del Valle, Cali, Colombia29 de mayo de 2014
RESUMEN
En la presente prctica se espera determinar la direccin de la fuerza magntica ejercida sobre una partcula cargada que se desplaza a una velocidad determinada en un alambre rectilneo de longitud l, por un campo magntico uniforme, como una funcin de la corriente y la direccin del campo magntico.
1. INTRODUCCIONEn la practica de laboratorio se pretendi estudiar la fuerza que ejerce un campo magntico al interior de un solenoide por el que circula una corriente, sobre una espira por la cual se hace circular una corriente distinta, para esto se utiliza la espira como una balanza que se inclina debido a la fuerza ejercida por el campo magntico y se equilibra aadiendo masa al otro extremo. Se toman valores en 4 tablas de la masa requerida para ejercer una fuerza (peso) sobre el otro extremo de la espira, en funcin de distintos valores tanto de la corriente que pasa por el solenoide como la que pasa a travs dela espira. Con estos valores se realiza un anlisis que permite comprobar la expresin terica que describe la Fuerza de Lorentz.2. MODO TEORICOLa fuerza magntica sobre una seccin infinitesimal de un alambre de tamao dl est dado por:
Si el alambre es rectilneo de longitud l, en un campo magntico uniforme, se tiene,
En este experimento se medir la fuerza magntica sobre un alambre rectilneo de longitud l variable en un campo magntico uniforme creado por dos bobinas como se muestra en la figura 1.c donde lo ncleos dentro de las bobinas son representados por las lneas punteadas. El campo magntico ~B en la regin central de una bobina de N vueltas es uniforme y las lneas de campo magntico forman vueltas cerradas a travs de los ncleos de hierro. Adems, el nmero de lneas de campo ser continuo a travs de la interface de aire-hierro y en el espacio de aire. Entonces, la fuerza magntica en el aire debida a estas bobinas ser aproximadamente igual a la fuerza magntica en los ncleos de hierro. En presencia de materia con susceptibilidad magntica diferente de cero, la ley de Ampre queda:
Donde 0 es la permeabilidad magntica del vaco, r es la permeabilidad magntica relativa del material de los ncleos del sistema y IEnc es la corriente total encerrada. Aplicando la ley de Ampre en direccin del campo B para un campo producido por un nmero N de espiras, se tiene entonces:
Debido a que los campos son los mismos y no dependen del camino escogido, la solucin para el campo magntico dentro del espacio de aire queda:
Donde 0= 4*[N/] es la permeabilidad magntica del vaco, N el nmero de espiras total, L la longitud total de los ncleos del material usado y d la longitud del espacio de Aire. Al colocar un ncleo de hierro ocupando el volumen interior de la bobina como muestra la figura 1.b, las lneas de campo se dirigen a lo largo de ste debido a que la permeabilidad magntica del hierro h hierro es mayor que la del aire. Para este caso, la permeabilidad relativa es r hierro = 200 adimensional.
3. MODO EXPERIMENTALAntes de iniciar cualquier medida, es necesario verificar los lmites mximos permitidos para el paso de corriente sobre los componentes usados, para esta prctica es requerido que las BOBINAS, CABLES, AMPERIMETROS y CABLES METALICOS, soporten independientemente una corriente mayor a I = 5A.Figura 1: Direccin de la induccin magntica B. Si no se utiliza una pieza polar como en a) la direccin de B es perpendicular a la direccin de la corriente I dentro de la bobina. Pero con una pieza polar como en b) se puede dirigir la direccin del campo. Es necesario para utilizar ambos aportes de los campos generados por las bobinas de manera aditiva, asegurarse que las conexiones se hicieron como indica c) como CORRECTO.
Figura 2: Montaje con dos fuentes de voltaje DC, se ilustran las conexionesentre la fuente VDC 2, el ampermetro 2, la barra distribuidora y la espira conductora, en una etapa del circuito, por otro lado se tienen las conexiones de la fuente VDC 1, el ampermetro 1 y las bobinas. La balanza de brazo soporta la espira conductora con su rea transversal perpendicular a la direccin del campo magntico.
Figura 4: Vista en detalle de la espira conductora sujeta a la balanza, con su rea transversal (plano al que pertenece la corriente IL) perpendicular al campo Magntico B
4. ANALISIS Y RESULTADOSLos datos que se obtuvieron en la prctica estn registrados en la siguiente tabla: Tabla de Datos En las tablas de datos que se muestran a continuacin se muestran los datos tanto de las masas que varan con el cambio d corriente, como tambin la diferencia de masa como la masa por la fuerza de gravedad.Tabla No 1
Tabla No 2.
Tabla No 3.
Tabla No 4.
Una vez realizado las tablas nos disponemos a realizar las graficas correspondientes a cada tabla.
Grafica 1.
Grafica 2.
6. CONCLUSIONES-En el experimento se intent comprobar cmo se cumple la ley de la conservacin de energa mecnica, pues las velocidades obtenidas por ambos mtodos fueron cercanas, no obstante mantienen un leve diferencia debido a los errores de medicin y factores externos como la antigedad del resorte y sus posibles consecuencias (distintas fuerzas de lanzamiento) o a la resistencia del aire en la cada de la bola, entre otros.
-La dispersin de los distancias alcanzadas en la determinacin de la velocidad por alcance mximo es mnima, esto nos da la idea de q factores como la friccin del aire tienen una mnima interferencia en el experimento.
-Si el experimento se realizara con un montaje aislado, es decir sin la interferencia de la friccin del aire, un pndulo sin friccin (en su eje) y un resorte en ptimas condiciones, las velocidades obtenidas por ambos mtodos serian idnticas.
-Creemos que el experimento q mayor margen de error podra tener es el del resorte, por las condiciones de este ya mencionadas y por la forma en q el borde dentado detiene el pndulo, haciendo q la altura vare.
7. BIBLIOGRAFIAphysicalab.wikidot.com
personal.us.es/boix/uploads/pdf/tecnicas.../Fuer0304_prot.pdf
www.uam.es/personal_pdi/ciencias/jgr/TE2/pdf/L2-2-balanza.pdf
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