Prácticas de laboratorio
Práctica 2.
Magnetismo.
Práctica 2. Magnetismo. Fuerza magnética
1. OBJETIVOS
Esta práctica persigue como objetivos los siguientes:
poner de manifiesto la existencia de los fenómenos magnéticos asociados a corrientes.
determinar y entender los factores que influyen en la fuerza magnética sobre corrientes: la presencia de un campo magnético externo, la intensidad de corriente que circula por el conductor y la orientación el conductor dentro del campo magnético.
estudiar las características de la fuerza magnética, como son su dirección, su sentido y su módulo, analizando cómo pueden cambiar todos ellos en función de la disposición de los distintos elementos del experimento.
2. FUNDAMENTOTEÓRICO
Supongamos un conductor recto de longitud por donde circula una corriente de intensidad
I. Si el conductor se introduce en una región del espacio donde existe un campo magnético , sobre cada carga del conductor actuará una fuerza de Lorentz, dada por:
y si eso lo sumamos para las N cargas que tiene el conductor, nos queda:
pues todas las cargas tienen iguales valores de q, y .
Si llamamos n al número de cargas por unidad de volumen, N = n.V, donde V es el volumen del conductor (supuesto cilíndrico) e igual a , es decir, , con lo que la fuerza total F es igual (en módulo) a:
y como sabemos, , con lo que:
Es decir, cuando introducimos un conductor recto, de longitud , por el que circula una corriente de intensidad I, en el seno de un campo magnético aparece una fuerza de módulo , donde es el valor del ángulo formado por el campo y el conductor. Se observa que dicha fuerza puede ser nula dependiendo de cómo esté orientado el conductor en el interior del campo magnético.
Práctica 2 Magnetismo. Fuerzas magnéticas Página 2
I intensidad de corriente
vector cuyo módulo es la longitud del conductor y cuya dirección y sentido son los de la corriente.
intensidad de campo magnético
ángulo formado por el conductor y
3. MATERIAL
Balanza de corriente, que incluye:
- varilla, con un soporte para acoplar los conductores
- un imán, creador de un campo magnético de pequeña intensidad, pero uniforme - 6 conductores, alojados en marcos de plástico, de longitudes 8-6-4-3-2-1 cm
Fuente de corriente continua, con intensidad de salida de 0 a 5 amperios
Balanza de platillos
Balanza magnética
Masas de distintos valores
4. MONTAJEEXPERIMENTAL
El montaje se encuentra esquematizado en la figura que se adjunta. Aunque en la figura nos da la opción de realizar la práctica en una báscula analógica, nosotros utilizaremos una balanza digital. En vez del plato de las pesas, se utilizará directamente el plato para pesar el imán por el que pasa el circuito.
En la varilla vertical se sujeta el soporte, a una altura tal que luego podamos operar de forma adecuada con el resto de los elementos. El soporte lleva las entradas para conectar el circuito a la fuente de alimentación. En el extremo de dicho soporte están las clavijas donde irán alojados las patillas de los conductores.
Por otra parte, el imán se colocará en uno de los platillos de la balanza (o en la balanza electrónica, depende del caso), compensando su peso en el otro platillo (utilizando las masas adecuadas) o simplemente anotando la medida de la balanza electrónica.
Una vez dispuestos estos elementos, habrá que colocarlos de forma que el conductor quede
completamente alojado en el interior del imán, aunque evitando que exista contacto entre ambos.
Se conectará la fuente de alimentación y se comienza el estudio de los fenómenos magnéticos.
5. REALIZACIÓN
1. Anotar la longitud del conductor que vamos a utilizar en el experimento.
2. Se coloca el imán en un platillo de la balanza (o en la balanza electrónica) y se equilibra su peso.
3. Se dispone el soporte como se indica en el apartado anterior, con el conductor situado entre las armaduras del imán.
4. Se conecta el generador de corriente continua, lo que hace que circule una corriente I por la bobina, y cuyo valor anotamos (lectura en el amperímetro). Debido a esto, aparecerá sobre el conductor una fuerza magnética , de dirección vertical, y cuyo sentido (hacia arriba o hacia abajo) dependerá del sentido de la corriente I y del sentido del campo magnético .
5. Para equilibrar de nuevo la balanza, se deberán colocar nuevas pesas en un platillo o en otro, dependiendo de l sentido de la corriente (o se anota el valor de la balanza electrónica). 6. Midiendo el valor de las pesas añadidas, tenemos el valor de la fuerza desequilibradora, es
decir, el valor de la fuerza magnética, que hemos conseguido compensar con el sobrepeso.
6. OBSERVACIONES
Hay que reseñar que, tal y como está montado el dispositivo del experimento, realmente no medimos directamente la fuerza que se ejerce sobre el conductor, sino que medimos la fuerza que se ejerce sobre el imán. Ello no supone mayor dificultad, ya que ambas son fuerzas de acción y reacción, que cumplen la 3ª Ley de Newton, y, por tanto, sus módulos son iguales.
También conviene señalar que en esta práctica es muy importante el ser extremadamente cuidadoso en el manejo de las pesas y de la balanza, pues cualquier movimiento descontrolado, por pequeño que sea, puede dar al traste con todo el trabajo, además de falsear los resultados.
Por último, insistir en la importancia de que la corriente no sobrepase los 5 A, ya que los conductores son extremadamente sensibles, y un valor excesivo de la corriente los podría inutilizar. La razón por la cual se coloca una resistencia en serie con el resto del circuito es, precisamente, protegerlo de las elevadas corrientes. El valor de dicha resistencia es irrelevante para el estudio de la práctica.
7. CUESTIONES
1. Completa la TABLA 1 referida a las diferentes experiencias realizadas durante la práctica.
Intensidad I (mA) Sobrepeso m (g) Peso añadido P (N)
2. Teniendo en cuenta que el valor de la fuerza magnética debe coincidir con el del sobrepeso añadido, deducir el valor del campo magnético. Para ello, representa gráficamente los valores del sobrepeso frente a la intensidad. La relación debe ser una recta que pase por el origen de coordenadas, y cuya pendiente será el producto de la longitud del conductor por el campo magnético (suponiendo = 90º en la ec. de la pág. 1). Representar todos los casos (los distintos conductores) en la misma gráfica
A continuación escribir todos los resultados obtenidos por métodos gráficos para el campo magnético, realizar la media de todos ellos para el valor práctico del campo del imán y comparar su valor con algún valor de campo magnético que encuentres. Para ello escribir alguno de los errores que se han podido cometer durante la práctica.
3. ¿Cómo influiría un cambio en el sentido de la corriente I en los resultados obtenidos en la práctica?
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Tablas de resultados
Conductor
Intensidad I (mA) Sobrepeso m (kg) Sobrepeso P (N)
Conductor
Intensidad I (mA) Sobrepeso m (kg) Sobrepeso P (N)
Conductor
Intensidad I (mA) Sobrepeso m (kg) Sobrepeso P (N)
Tablas de resultados
Conductor
Intensidad I (mA) Sobrepeso m (kg) Sobrepeso P (N)
Conductor
Intensidad I (mA) Sobrepeso m (kg) Sobrepeso P (N)
Conductor
Departamento de Ciencias Física 2º Bachillerato
