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7/24/2019 Informe de Fuerza-magnetica
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Universidad del Atlntico.
Laboratorio: Fuerza magntica.
Guio Cervantes Andrea Carolina.
Montes Reino Robert Luis.
Noguera Ribaldo Karina Giselle.
Noguera Ribaldo Giselle Karina.
Ing. Industrial.
Fsica electromagntica.
Gru!o ".
#ocente Nat$alie Montenegro
"%&'("
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I. Resumen
En el presente informe se encuentra plasmado la experiencia realizada en el aula
laboratorio de fsica electromagntica con el fin de tomar mediciones de fuerza
magntica, primero sobre un conductor que transporte de corriente dentro de un
campo magntico como funcin de la intensidad de corriente, luego sobre unconductor que transporte de corriente dentro de un campo magntico como
funcin de la longitud del conductor, y por ltimo sobre un conductor que
transporte de corriente dentro de un campo magntico como funcin del ngulo
entre el conductor. Adems de ello se pretende analizar el campo magntico
generado en cada una de las situaciones anteriormente mencionadas.
II. Introduccin: Marco terico.
Introduccin: Marco terico.
Al ablar de fuerza magntica nos referimos a distribucin de las cargas que se
mantienen en mo!imiento, esta fuerza surge cuando se mue!en partculas cargadas, en
el caso de los imanes el mo!imiento produce lneas de campo magntico que salen y
!uel!en a entrar al cuerpo, generando el magnetismo. "#$
%&a fuerza magntica se dirige de un poloacia otro. 'ada polo es un punto donde
con!ergen las lneas de la fuerza magntica. (or lo tanto, cuando dos imanes se acercan,
esta fuerza genera una atraccin entre ambos siempre que los polos sean opuestos. En
cambio, si los polos tienen la misma polaridad, la fuerza del magnetismo ar que estos
imanes se recacen entre s) "#$
Experimentalmente se demuestra que cuando una partcula cargada q, se mue!e con una
!elocidad !, en el espacio en donde existe un campo magntico *, experimenta una
fuerza de origen magntico +m como se muestra en la figura #.
Figura 2. Fuerza magntica experimentada por una carga en un
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&a fuerza magntica tiene las siguientes caractersticas
&a fuerza magntica sobre una partcula cargada es siempre perpendicular
tanto al !ector campo magntico *, as como al !ector !elocidad -, de la
partcula.
&a magnitud de la fuerza magntica es directamente proporcional a lamagnitud de *, a la magnitud de la !elocidad de la partcula - y a la carga q
que se lle!a la partcula.
&a magnitud de la fuerza magntica es directamente proporcional al seno
del ngulo entre el !ector !elocidad ! de la carga y al !ector campo
magntico *.
&a fuerza magntica depende del signo de la carga puntual m!il.
&a fuerza magntica de una partcula que se mue!e paralelamente con el
campoElctrico es cero /0.
'uando el campo magntico forma un ngulo distinto de cero con la!elocidad de la partcula, entonces se dice que la fuerza magntica acta
perpendicularmente en relacin con la !elocidad y el campo al plano
formado por estos.
&a fuerza magntica e1ercida sobre una carga positi!a tendr una direccin
opuesta a la direccin de la fuerza magntica e1ercida sobre una carga en
la misma direccin pero negati!a. "2$
3uele usarse la regla de la mano dereca para determinar la direccin de la fuerza
magntica que acta sobre una carga q que se mue!e con una !elocidad ! en uncampo magntico *
En resumen la fuerza magntica se modela por la ecuacin
FB=q v B #0
4e la ecuacin anterior se infiere que la magnitud de la fuerza magntica sobre
una partcula cargada seria
FB=|q|vB sin20
4onde es el ngulo menor formado entre v y B
En el caso de que la corriente sea rectilnea la fuerza magntica se modela por la
ecuacin
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Fm=I( l B ) 50
Fm=IlBsin 60
(ero como el !ector del campo magntico es perpendicular al !ector de la
corriente el sin es igual a #
Fm=IlB(5)
&a unidad de fuerza magntica es el 7e8ton 70
III. Detalles experimentales.
'on el fin de obser!ar presencia y efectos de la fuerza magntica en un sistema,
se lle! a cabo en el aula de laboratorio una experiencia relacionada que permiti
la obser!acin no solo la fuerza que acta sobre un conductor, sino tambin
!ariables como lo es el campo magntico. (ara ello se necesit de los siguientes
materiales
+uente de !olta1e de /92/ - 4'.
7e8tonmetro.
:mn.
3oporte. Espiras conductoras metlicas.
(lantilla para medir los grados sexagesimales.
;egla.
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'on los materiales y dispositi!o anteriormente mencionados, se procedi a realizar
el monta1e que se muestra en la figura 2 con el que se lle! a cabo la experiencia.
'on el fin de lle!ar a cabo las mediciones pertinentes, la experiencia cont con 5
acti!idades o partes diferentes explicadas a continuacin.
Primera Parte:
Medicin en funcin de la corriente:
(rimero se tom una espira metlica de 6 cm, manteniendo la longitud constante
durante esta primera parte de la experiencia, y se posicion el equipo de manera
perpendicular al sentido del campo magntico.
&uego se !ari la corriente de # A a #/ A, lo que pro!oc una !ariacin simultnea
del !olta1e. (ara cada !alor de corriente se realiz la lectura de la fuerza
magntica en el 7e8tonmetro con el fin de lle!ar a cabo la tabulacin de los datos
en el pre informe.
3e debi tener especial cuidado con que a la ora de realizar las mediciones el
7e8tonmetro marcara cero.
Segunda Parte:
Medicin en funcin de la longitud del
conductor:
Fi ura 2. Monta e
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(rimero se tomaron 6 espiras conductoras, se midi la longitud de cada una de
ellas #, 2, 6 y < cm0 y se a1ustaron al equipo, luego se fi1 una corriente de =
amperios y se registraron los !alores de fuerza magntica con cada una de las
espiras conductoras.
Tercera Parte:
Medicin en funcin del ngulo entre el conductor y el campo magntico.
(rimero se coloc la plantilla mostrada en la figura 5 deba1o de la espira
conductora de manera que el centro de la plantilla qued exactamente deba1o del
punto medio de la seccin orizontal del conductor y una lnea de la plantilla se
posicion paralela a esta seccin del conductor, luego se midi el !alor de la
fuerza magntica para cada caso, se fi1 una corriente de = A y se us una espira
con una longitud de 6 cm. En esta parte de la experiencia se !ari el ngulo #/!eces, los ngulos fueron >/?, #2/?, #=/?, #/?0.
Figura 3.Plantilla paravariar el ngulo en el
Figura 3.Plantilla paravariar el ngulo en el
Tabla 1.Corriente I Vs. Fuerzamagntica Fm
Fi ura 2. Monta eFi ura 2. Monta eFi ura 2. Monta eFi ura 2. Monta e
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CorrienteI(A)
Fuerza MagnticaFm(mN0.0)
&)"!" ")'*# +)*,
#!" ')"$!" -)'+%!" )*+& ,)"'
'! &%)*"! &")"""!" &+)+-
% " / - * &% &"%
'
&%
&'
0123 4 &.+'2 ( %.&&
I(A)
Fm(mN)
En la grfica, se obser!a que los datos presentan una relacin proporcional ya que
si uno aumenta el otro tambin y !ice!ersa. Esto se debe a que la intensidad de
corriente que pasa por el imn est expresada matemticamente por la ecuacin
=0 lo que se deduce que existe una relacin lineal entre la fuerza magntica y la
corriente.
En este caso se utiliza la ecuacin =0 ya que se toma como constantes el ngulo
, por ende Sen tambin es constanteB la porcin del conductor que se
encuentra inmersa en el campo tambin permanece constante, lo que de1a como
Grfca 1.Corriente I Vs.Fuerza magntica Fm
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!ariablesFm y B . 4ado que el !ector +uerza Cagntica es perpendicular al
!ector 'ampo Cagntico, el seno del ngulo es #.
'omparando con la ecuacin y=mx+b donde y=Fm, m= lB y b=/
4e la ecuacin de la grfica tenemos que la pendiente corresponde a mD#.5=2 y
recordamos que la longitud de la espira usada es de /./6 m, lo que nos permite
tericamente allar el campo
m=l B
B=m
l
B=0.001352N/A0.04m
= /./56/
Segunda Parte
(ara un !alor fi1o de corriente se toma el !alor de la fuerza !ariando la longitud del
conductor.
&a corriente ser igual a = A
ongitud(cm)
FuerzaMagntica
Fm(mN0.0)
&)+ +)'+$ -)'+' &+)-+
Tabla 2.Longitud L Vs. Fuerzamagntica Fm
Grfca 2.Longitud L Vs. Fuerzamagntica Fm
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% & " + / ' - * ,%
'
&%
&'
0123 4 &.-,2 5 %.%&
(cm)
Fm(mN)
4e la grfica se puede !er que la longitud es proporcional a la fuerza. Esto se
debe a queFm=IlBSen en donde & es la longitud del conductor. Entonces si
se aumenta la longitud, de1ando la corriente y el ngulo constante, aumenta la
fuerza magntica.
4ado que el !ector fuerza magntica y el campo magntico son perpendiculares,
entonces el sin=sin 90= # utilizamos nue!amente la ecuacin =0.
'omo la corriente es constante, de esta ecuacin tenemos que mD IB
4e la ecuacin de la grfica tenemos que la pendiente corresponde amD#.>#m7Fcm, y recordamos que la corriente utilizada a la ora de realizar lasrespecti!as mediciones fue de = A.
Entonces obtenemos el campo tericamente
mD IB
B=m
I
B=0.1691N/m
5A =0.0338T
Tercera Parte
(ara una corriente y longitud del conducto fi1a, se !ara el ngulo entre el campo y
el conductor y se mide la fuerza.
Tabla 3.ngulo 6 Vs. Fuerzamagntica Fm.
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Angulo*
Fuerza MagnticaFm(mN0.0)
"0 -)'+0 ')+%0 +)'+
'0 %0 (+)'+$0 (')*+&0 (-)'+#00 (')+##0 (+)++#+0 %
'% &%% &'% "%% "'% +%% +'% /%%
(&%
('
%
'
&%
*
Fm(mN)
4e los datos anteriores, !ariando el ngulo, se obtu!o una funcin senoidal que
describe el comportamiento oscilatorio de la fuerza magntica, el !alor mximo
Grfca 3.ngulo 6 Vs. Fuerzamagntica Fm.
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que toma la fuerza es cuando el ngulo entre el campo magntico del imn y la
espira conductora es >/ grados, y su mnimo es cuando el ngulo formado entre
los dos es #
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Aora que la grfica nos muestra una tendencia lineal y la pendiente de sta,
podemos allar el campo.
'omparando la ecuacin yD mxGb con la ecuacin 60
3e tiene que yD+m mDIlB xD 3en y bD/6
4e mDIlBdespe1amos * para obtener el !alor del campo.
B=m
Il
4e la ecuacin de la grfica tenemos que la pendiente corresponde a
mD.65m7, recordamos que la corriente usada fue de =A y la longitud de la
espira fue /./6m.
Entonces
B= 0.00643N
(5A )(0.04m )=0.032T
. !onclusiones.
Al lle!ar a cabo el anlisis de los datos obtenidos sobre corriente y fuerzamagntica tabla #0 se pudo obser!ar en la grfica # como los datos seguan una
tendencia lineal, lo que permiti establecer con ayuda de la ecuacin = un primer!alor para el campo magntico generado por el imn de /./56 .
En el anlisis de los datos recopilados en la tabla 2, se pudo obser!ar nue!amenteen la grfica 2 una tendencia lineal en el comportamiento de los datos lo quepermiti calcular un segundo !alor el campo magntico generado por el imncomparando la funcin de dica grfica con la ecuacin =. El resultado obtenidofue de /./55< .
'on los datos recopilados en la tabla 5, se pudo obser!ar en la grfica 5 uncomportamiento senoidal en la !ariacin de los datos, esto se debe a que alcambiar los ngulos durante las mediciones de la fuerza magntica, sta secomporta de acuerdo a la ecuacin 6.
(ara obtener el !alor del campo magntico con stos datos se linealiz la grficala grfica por medio de la funcin seno. El resultado obtenido de dico proceso sepuede obser!ar en la grfica 6, y comparando la funcin que describe esa grficacon la ecuacin 6, se obtu!o un tercer !alor del campo magntico generado por elimn de /./52 .
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7otamos que el !alor del campo magntico obtenido !ari entre los /./52 y los/./56 .