1. Experimento: Campo magnético de un conductor 1

Con una brújula se verificará el campo magnético de un conductor por el que circula corriente. Monte el siguiente arreglo experimental: Aleje el imán por lo menos 50 cm de la brújula. Anote la posición de la aguja magnética, la cual se ve determinada básicamente por el campo magnético terrestre. En la animación, pulse el botón STEP2 y complete la última conexión como se indica. De este modo, por el conductor circulará una corriente de aprox. 1 A. ¿Cómo se comporta la aguja imantada cuando se cierra el circuito eléctrico? Anote lo observado. Rpta.- La aguja se mueve hacia la dirección aproximada de las líneas de campo concéntricas al conductor.¿Qué sucede cuando la aguja de la brújula no se coloca debajo sino por encima del cable por el que circula la corriente? Anote lo observado. Rpta.- La aguja se desplaza claramente hacia la otra dirección.

2. Experimento: Campo magnético de un conductor 2

Se averiguará si es mayor el campo magnético de un bucle conductor o el de un conductor si por ambos circula corriente. Además, se analizará si la polaridad de la corriente ejerce alguna influencia. Modifique el arreglo anterior como se muestra a continuación: A) Juzgue la intensidad del campo magnético en el interior de un bucle conductor, comparada con la intensidad del campo en un conductor, si por ambos circula la corriente:

a) En el caso del bucle conductor la deflexión de la aguja es: más fuerte.b) El campo magnético del conductor sin bucle es: más débil.

Permute los terminales del bucle conductor en la alimentación de corriente. Así se modifica la polaridad de la corriente. ¿Qué efecto ejerce este cambio sobre el campo magnético?

Rpta.- El campo magnético al interior del conductor cambia la polaridad.

Explicación: Esto sucede porque el sentido de las líneas de campo concéntricas cambia de dirección por la regla de la mano derecha.

3. Campo magnético de una bobina

En muchos equipos eléctricos y electrónicos se utilizan componentes que constan de conductores eléctricos arrollados. Estos arrollamientos se conocen como bobinas. Como todo conductor por el circula la corriente, las bobinas con corriente también presentan un campo magnético:

4. Verificación del campo magnético de una bobina

Con una brújula se analizará una bobina mientras por ella circula una corriente al igual que cuando no se aplica ninguna corriente. En este caso, se determinarán ciertas propiedades magnéticas y la forma de las líneas de campo.

Monte el siguiente arreglo experimental:

Retire la brújula de su soporte y acérquela lentamente a la bobina.

Observe la orientación de la aguja de la brújula.

Complemente el arreglo experimental. La animación STEP2 muestra la manera de hacerlo.

Mueva de nuevo la brújula alrededor de la bobina por la que ahora circula corriente.

Observe la dirección de la corriente.

¿Qué se puede afirmar acerca de la orientación de la aguja de la brújula cuando se la coloca en diferentes posiciones alrededor de la bobina sin corriente? Anote lo observado

Rpta.- La aguja magnética mantiene la dirección de norte a sur

¿Qué se puede afirmar acerca de la orientación de la aguja de la brújula cuando se la coloca en diferentes posiciones alrededor de la bobina por la que circula corriente? Anote lo observado

Rpta.- La aguja cambia de orientación cada vez que se coloca en una nueva posición sobre la bobina. Cuando en el solenoide se conecta con una fuente de corriente, éste se polariza en sus extremos de esta manera se le puede comparar como un imán de barra, al tener polo norte y polo sur, entonces al pasar una corriente la aguja de la brújula se orientara en diferentes sentidos mientras cuando no haya corriente la aguja mantendrá la misma dirección.

Observe el comportamiento de la aguja de la brújula en diferentes posiciones con respecto a la bobina por la que circula corriente. Por favor, ordene las siguientes afirmaciones:

A) ¿La aguja de la brújula se orienta?

Se orienta en sentido paralelo a las líneas de campo

B) ¿Las líneas de campo describen un arco?

Si describen un arco orientado de polo norte a polo sur en la bobina

La materia en el campo magnético

Intensidad de campo H y densidad de flujo B

Todas las corrientes eléctricas están rodeadas por campos magnéticos. Aquí se diferencia entre dos magnitudes:

La intensidad de campo H, conocida también como excitación magnética, se genera únicamente con corriente eléctrica verdadera (esto es, mensurable con el amperímetro). Caracteriza el origen del campo magnético.

La densidad de flujo B es responsable de la inducción, de la fuerza de Lorentz al igual que de la atracción y repulsión de los imanes (permanentes). Por esta razón, caracteriza el efecto del campo magnético.

La materia en el campo magnético

Si una bobina se encuentra en el vacío (o lo suficientemente cercana al campo magnético, en la atmósfera), es válido lo siguiente:

B = µ0 · H

Se puede comprobar con facilidad que, con igual corriente I (y, por tanto, con igual intensidad de campo H), la densidad de flujo magnético B varía si se introduce materia en el interior de una bobina.

Para la descripción de este fenómeno, dependiente de la materia, se introdujo la constante de permeabilidad magnética relativa µr :

µr = B (materia) / B (vacío)

De acuerdo con la permeabilidad magnética relativa, los materiales se pueden clasificar en tres grupos principales:

Diamagnéticos: µr < 1

Paramagnéticos: µr > 1

Ferromagnéticos: µr >> 1 µ

En los dos primeros grupos, µr se aleja de 1 de forma poco significativa. En el caso de los ferro magnetos, se da el caso contrario puesto que µr puede alcanzar valores 100.000 veces mayores.

Bobina con núcleo de hierro

Si se coloca un núcleo de hierro dentro de una bobina, aquél se verá magnetizado por ésta. Así se produce un electroimán:

El campo magnético resultante es mucho más fuerte que el de la bobina sin núcleo de hierro.

5. Efecto del núcleo de hierro

Con una brújula se analizará una bobina con núcleo de hierro, por la que circula corriente. Se compararán las propiedades magnéticas de la bobina con y sin núcleo de hierro. Monte el siguiente arreglo experimental:

¿Qué puede afirmar acerca del comportamiento de la brújula frente a una bobina con núcleo de hierro si se realiza una comparación con lo que sucede cuando el núcleo se encuentra ausente? Rpta.- La aguja se desvía más fuertemente, pues el campo magnético se refuerza con el núcleo de hierro y las líneas de campos salen por los polos. Esto sucede debido a

que cundo introducimos un núcleo de hierro el campo magnético se ve reforzado y esto hace que la aguja de la brújula se desvíe mucho más que antes de introducir el núcleo de hierro.

Efecto dinámico magnético

Se verificará si una fuerza actúa sobre un imán que se introduce en una bobina. Monte el siguiente arreglo experimental:

Introduzca y saque repetidamente el imán del devanado de la bobina con corriente. ¿Qué se siente?

Rpta.- Dependiendo de la polaridad del imán permanente, este es empujado al interior de la bobina o expelido del mismo. Se siente la presencia de fuerzas.

6. Experimento 1 de inducción

En una bobina sin núcleo se generará una tensión con el movimiento de un imán permanente.

Dicha tensión se medirá con un voltímetro.

Monte el siguiente arreglo experimental: Abra el instrumento v irtual voltímetro A del menú de instrumentos de medición o pulse sobre la imagen del instrumento. Realice los siguientes a justes:

Rango: 0,5 V, DC

Display análogo Conmutador giratorio en AV (visualización de valor medio)

Conecte la bobina a un voltímetro. Introduzca y retire varias veces el imán permanente del devanado de la bobina. ¿Qué se puede observar en el voltímetro? (Anote lo observado)

7. Experimento 2 de inducción

Se variará el campo magnético sin realizar ningún movimiento, encendiendo y apagando la corriente en una "bobina de campo". Se observará la tensión inducida en una segunda bobina y se medirá esta

tensión con un voltímetro. Monte el siguiente arreglo experimental. Abra el instrumento virtual voltímetro y realice los siguientes ajustes:

Rango: 0,5 V, DC

Display análogo Conmutador giratorio en AV (visualización de valor medio)

Dos bobinas se encuentran arrolladas alrededor del núcleo de hierro. La bobina 1 está conectada al voltímetro. En la bobina 2 se conecta y desconecta una corriente. ¿Qué se puede observar en el voltímetro? (Anote lo observado)