INSTITUTO POLITECNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICAINGENIERIA EN COMUNICACIONES Y ELECTRONICA

ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

PRACTICA 7 CAMPO MAGNETICO CREADO POR LOS CONDUCTORES RECTILINEOSINTEGRANTES EQUIPO 5:

ARRIAGA CASTREJON DIEGOLEON PERALTA JUAN CARLOSOLVERA JUAREZ DIEGO

INTRODUCCIN TERICACampo magnticoUncampo magnticoes una descripcin matemtica de la influencia magntica de lascorrientes elctricas. El campo magntico en cualquier punto est especificado por dos valores, ladirecciny lamagnitud; de tal forma que es uncampo vectorial. Especficamente, el campo magntico es unvector axial. El campo magntico es ms comnmente definido en trminos de lafuerza de Lorentzejercida en cargas elctricas.Esto sera el efecto sobre una regin del espacio, generado por unacorriente elctricao unimn, en la que unacarga elctricapuntual de valor(q), que se desplaza a unavelocidad, experimenta los efectos de unafuerzaque esperpendiculary proporcional tanto a la velocidad(v)como al campo(B). As, dicha carga percibir una fuerza descrita con la siguiente ecuacin.

Campo magnticopuede referirse a dos muy relacionados smbolosByH.Los campos magnticos son producidos por cualquiercarga elctricaen movimiento y el momento magntico intrnseco de laspartculas elementalesasociadas con una propiedad cuntica fundamental, suespin.

En larelatividad especial, campos elctricos y magnticos son dos aspectos interrelacionados de un objeto,llamado el tensor electromagntico. Las fuerzas magnticas dan informacin sobre la carga que lleva un material a travs del efecto Hall. La interaccin de los campos magnticos en dispositivos elctricos tales como transformadores es estudiada en la disciplina decircuitos magnticos.

Fuentes de campo magnticoUn campo magntico tiene dos fuentes que lo originan. Una de ellas es unacorriente elctricade conduccin, que da lugar a un campo magntico esttico, si es constante. Por otro lado una corriente de desplazamientoorigina un campo magntico variante en el tiempo, incluso aunque aquella sea estacionaria.La relacin entre el campo magntico y una corriente elctrica est dada por laley de Ampre. El caso ms general, que incluye a la corriente de desplazamiento, lo da laley de Ampre-Maxwell.

Campo magntico producido por una carga puntualEl campo magntico generado por una nica carga en movimiento (no por una corriente elctrica) se calcula a partir de la siguiente expresin:

Donde esta ltima expresin define uncampo vectorial solenoidal, para distribuciones de cargas en movimiento la expresin es diferente, pero puede probarse que el campo magntico sigue siendo un campo solenoidal.

Determinacin de un campo de induccin magnticoEl campo magntico para cargas que se mueven a velocidades pequeas comparadas convelocidad de la luz, puede representarse por uncampo vectorial. Sea unacarga elctricade pruebaQen un punto P de una regin del espaciomovindose a una cierta velocidad arbitrariavrespecto a un cierto observador que no detecte campo elctrico. Si el observador detecta una deflexin de la trayectoria de la partcula entonces en esa regin existe un campo magntico. El valor o intensidad de dicho campo magntico puede medirse mediante el llamado vector de induccin magnticaB, a veces llamado simplemente "campo magntico", que estar relacionado con la fuerzaFy la velocidadvmedida por dicho observador en el punto P: Si se vara la direccin devpor P, sin cambiar su magnitud, se encuentra, en general, que la magnitud deFvara, si bien se conserva perpendicular av. A partir de la observacin de una pequea carga elctrica de prueba puede determinarse la direccin y mdulo de dicho vector del siguiente modo:

La direccin del "campo magntico" se define operacionalmente del siguiente modo. Para una cierta direccin dev, la fuerzaFse anula. Se define esta direccin como la deB.Una vez encontrada esta direccin el mdulo del "campo magntico" puede encontrarse fcilmente ya que es posible orientar avde tal manera que la carga de prueba se desplace perpendicularmente aB. Se encuentra, entonces, que laFes mxima y se define la magnitud deBdeterminando el valor de esa fuerza mxima:El hecho de que la fuerza magntica sea siempre perpendicular a la direccin del movimiento implica que el trabajo realizado por la misma sobre la carga, es cero.Si una partcula cargada se mueve a travs de unaregin en la que coexisten un campo elctrico y uno magntico la fuerza resultante est dada por:

Esta frmula es conocida comoRelacin de LorentzCampo magntico creado por un conductor rectilneoUna corriente rectilnea crea a su alrededor un campo magntico cuya intensidad se incrementa al aumentar la intensidad de la corriente elctrica y disminuye al aumentar la distancia con respecto al conductor.En 1820 el fsico dans Hans Christian Oersted descubri que entre el magnetismo y las cargas de la corriente elctrica que fluye por un conductor exista una estrecha relacin.Cuando eso ocurre, las cargas elctricas o electrones que se encuentran en movimiento en esos momentos, originan la aparicin de un campo magntico tal a su alrededor, que puede desviar la aguja de una brjula.Campo magntico creado por una espira:El campo magntico creado por una espira por la que circula corriente elctrica aumenta al incrementar la intensidad de la corriente elctricaCampo magntico creado por un solenoide:El campo magntico creado por un solenoide se incrementa al elevar la intensidad de la corriente, al aumentar el nmero de espiras y al introducir un trozo de hierro en el interior de la bobina (electroimn).

Bobina solenoide con ncleo de aire construida con alambre desnudo de cobre enrollado en forma de espiral y protegido con barniz aislante.OBJETIVO

El alumno:

Comprobar la distribucin espacial del campo magntico creado por un conductor lineal opor dos conductores paralelos. En el segundo caso verificara las dos posibilidades: de que la corriente circule por los conductores en el mismo sentido, o en sentidos opuestos.

MATERIAL Y EQUIPO

1 Fuente de alimentacin externa1 Transformador de corrientes, para amplificar la corriente que circula por los conductores.1 Conjunto de espiras rectangulares para simular los conductores rectilneos.1 Tesla metro digital, con su correspondiente sonda Hall (axial).1 RegIa graduada, sobre la cual se monta la sonda Hall.1 Fijador Angulo recto.2 Dos fijadores de tornillo.1 Adaptador de gancho para corriente alterna.2 Cables de conexin de 50 cm.1 Base cnica pass.

1 Varilla cuadrada 25 cm x 11 mm de ancho1 Multmetro digital No. 07134.00.

PROCEDIMIENTO

Montaje:

a) Conecte la salida de la fuente de alimentaci6n (0-15 A CA) a las terminales 1 y 6 del primario del transformador.

b) En el secundario del transformador conecte la espira No.1. Como conductor rectilneo se usara el lado de la espira que est ms alejado del transformador.

c) Verifique que la regIa graduada este paralela al plano de la espira, para que el extremo de la sonda se mueva exactamente en dicho plano.

d) La altura de la sonda se ajustara a la mitad de la longitud del conductor, para que el campo magntico que se mida se acerque al de un conductor rectilneo.

e) Sin corriente elctrica circulando por la espira, encienda el tesla metro, coloque el selector encampo magntico de corriente alterna, elija el rango menor (20 mT) y ajuste la indicacin lo ms cercano posible a cero, en caso de que quede algn residuo deber restarlo de todas las mediciones.

f) Solicite instrucciones sobre cmo medir la corriente en los conductores.

g) Al incidir la sonda perpendicularmente al plano de la espira, se mide la magnitud de B en el extremo de la sonda y el valor terico de la magnitud de B esta dado par la expresin 1, donde r es la distancia del centro del conductor rectilneo al centro del extrema de la sonda.

Experimento 1. Establecer la dependencia del campo magntico con la intensidad de la corriente.

a) Coloque el extremo de la sonda a una distancia de 1 cm del conductor rectilneo.

b) Encienda la fuente de alimentacin y haga circular por la espira una corriente de 20 a 59 A con intervalos de 3 A. Anote los resultados en la tabla No. 1 y construya una recta utilizando el mtodo de mnimos cuadrados suponiendo que la dependencia es lineal (B = a +b I), calcule a y b y dibuje la recta (IBI vs I).

I (A)2024283236404448525660

B (mT).32.38.45.50.58.64.70.78.89.95.98

Por los datos experimentales sabemos que se trata de un fenmeno con tendencia lineal;Podemos expresar el fenmeno a travs de una ecuacin lineal de la forma y = mx +b.Dnde:m = 0.02529.b = -0.0102.Experimento 2.Establecer la dependencia del campo magntico con la distancia al conductor rectilneo

a) Haga pasar por la espira No.1 una corriente de 22 A valor que se mantendr fijo en todo el experimento.

b) Iniciando con una posicin del extremo de la sonda a 5 cm del conductor rectilneo, mida la magnitud del campo magntico (IBI). Vaya acercando, la sonda, en intervalos de 0.5 cm hacia el conductor y tome la medicin en cada etapa, pase por el conductor y ahora incremente sus mediciones, de 0.5 en 0.5 cm hasta llegar a una posicin que este a 6 cm del lado opuesto a donde comenz a medir. Con los datos obtenidos llene la tabla No. 2.X [cm]-5-4.5-4-3.5-3-2.5-2-1.5-1-0.5

-B [mT]0.230.250.260.290.310.350.370.470.600.74

X [cm]0.511.522.533.544.55B [mT]1.25.82.63.50.40.35.32.29.27.25

Experimento 3: Establecer la densidad de campo magntico causado por corrientes antiparales.

a) Con la fuente apagada, se cambi a la espira No. 2 para obtener corrientes antiparales.

b) Se encendi la fuente de alimentacin para que sta fuese de 24 a, siendo constante en el prosceso.

c) Se midi la magnitud de su densidad de flujo magntico, emezando de 5 cm de uno de sus conductores y , posteriormente, se fue acercando la en intervalos de 0.5 cm, se obtuvo:

Tabla No. 3

X(cm)B(mT)

-5-4-3-2-112345+1+2+3+4

0.02.07.23.432.261.19.92.861.2.41.16.16.09.03

CUESTIONARIO

1) Describa regla o ley de la mano derecha o del sacacorchos.

Es un mtodo para determinar direcciones vectoriales, y tiene como base los planos cartesianos. Se emplea en dos maneras: para direcciones y movimientos vectoriales lineales y para movimientos y direcciones rotacionales. En electromagnetismo, la regla de la mano derecha establece que si se extiende la mano derecha sobre el conductor en forma de que los dedos estirados sigan la direccin de la corriente, el pulgar en ngulo recto con los dems dedos indicar el sentido de desplazamiento del polo norte de una aguja imantada. El campo creado por la corriente elctrica a travs de un conductor recto como todo campo magntico, est integrado por lneas que se disponen en forma de circunferencias concntricas dispuestas en planos perpendiculares al conductor.

As,cuando se hace girar un sacacorchos o un tornillo "hacia la derecha" (en el sentido de la agujas de un reloj) el sacacorchos o el tornillo "avanza", y viceversa, cuando se hace girar un sacacorchos o un tornillo "hacia la izquierda" (contrario a las agujas del reloj), el sacacorchos o el tornillo "retroceden".2) Enuncie la ley de ampere para campo magntico.

Ley de AmpereLa ley de Ampere establece que para cualquier trayecto de bucle cerrado, la suma de los elementos de longitud multiplicada por el campo magntico en la direccin de esos elementos de longitud, es igual a la permeabilidad multiplicada por la corriente elctrica encerrada en ese bucle.La ley que nos permite calcular campos magnticos a partir de las corrientes elctricas es la Ley de Ampere. Fue descubierta por Andr - Marie Ampere en 1826 y se enuncia:

La integral del primer miembro es la circulacin o integral de lnea del campo magntico a lo largo de una trayectoria cerrada, y: 0 es la permeabilidad del vaco dl es un vector tangente a la trayectoria elegida en cada punto IT es la corriente neta que atraviesa la superficie delimitada por la trayectoria, y ser positiva o negativa segn el sentido con el que atraviese ...a la superficie.

3) A qu cantidad fsica hace referencia la unidad denominada tesla?

El tesla (sT), es la unidad de induccin magntica (o densidad de flujo magntico) del Sistema Internacional de Unidades (SI). Se define como una induccin magntica uniforme que,repartida normalmente sobre una superficie de un metro cuadrado, produce a travs de esta superficie un flujo magntico total de un weber. Fue nombrada as en 1960 en honor al fsico e inventor Nikola Tesla.1 T = 1 Wbm2 = 1 kgs2A1 = 1 kgC-1s-1Un Tesla tambin se define como la induccin de un campo magntico que ejerce una fuerza de 1 N (newton) sobre una carga de 1 C (culombio) que se mueve a velocidad de 1 m/s dentro del campo y perpendicularmente a las lneas de induccin magntica. Lo que es: 1 T = 1 Nsm 1C1

CONCLUSIONES

Finalmente despus de haber concluido la prctica satisfactoriamente, se lleg a la conclusin de que pudimos cumplir nuestro objetivo previamente asignado, ya que se comprob cmo reaccionaba la distribucin espacial en los campos magneticos obtenidos de diferentes tipos conductores ( tanto el lineal como los paralelos).

De igual manera se observo cmo reaccionaban las corrientes tanto en el mismo sentido como en sentidos opuestos y sto como influyo en nuestra obtencin de datos, devido a que nuestros A (Amperios) eran constantes pero nuestros resultados finales dependiendo de la posicion de la sonda con respecto a la espira variaban un poco.

BIBLIOGRAFAMartinez,J.(1959) Electricidad y magnetismo (2. ed.). Madrid: Espasa-Calpe.Serway,R.A,&,Jewett,J.W.(2005) Electricidad y magnetismo(6a ed.) Mexico:McGraw-HillLaboratorios de Mecnica y Electromagnetismo, IPN y Universidad de Sevilla, Mxico, Ocubre 1992