fisica ii- lab 4

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Universidad Nacional Tecnológica Del Cono Sur De Lima FÍSICA II LABORATORIO Nº4 ASIGNATURA : FÍSICA II TEMA : CAMPO MAGNÉTICO ALUMNO : POCCO TAIPE JUAN ALBERTO CICLO : IV DOCENTE : SAN BARTOLOMÉ 1

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labo 4 de fisicaII untecs

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Universidad Nacional Tecnolgica Del Cono Sur De LimaFSICA II

LABORATORIO N4

ASIGNATURA: FSICA II

TEMA : CAMPO MAGNTICO

ALUMNO :POCCO TAIPE JUAN

ALBERTO CICLO: IV

DOCENTE : SAN BARTOLOM

EXPERIMENTO 04:CAMPO MAGNTICO

1. OBJETIVOS

Verificar el experimento de Oersted. Medir la componente tangencial del campo magntico terrestre.

2. FUNDAMENTOS TERICOS

CAMPO MAGNTICORegin del espacio sobre un carga puntual que se desplaza a cierta velocidad v, sufre los efectos de una fuerza que es perpendicular y proporcional a la velocidad y al campo. F=qv*B

CAMPO MAGNTICO TERRESTREEXPERIMENTO DE OERSTEDNos dice que el campo generado por una corriente rectilinea infinita a una distancia r se expresa de la siguiente manera:

Aplicacin en un Solenoide muy largo

n=N/L Es el nmero de espiras por unidad de longitud de la bobina. Donde

Fuente:http://fcayqca.blogspot.com/2009/11/campo-magnetico.html

3. MATERIALES

Cables de conexin Fuente de Alimentacin Geregeltes Nettzgerat 0..12v (PHYWE) Multmetro (Lucas Nulle) LM 2330 Multi 135 Sensor de campo magntico Interface 3B NetLab Aguja magntica Bobinas de 120 y 600 vueltas Imanes Cronometro

4.-PROCEDIMIENTO

Experimento de Oersted:

1. Conecte la bobina de 120 espiras a la fuente DC, oriente el eje de la bobina en la direccin este-oeste, coloque una aguja magntica dentro de la bobina, encienda la fuente con una pequea corriente y observe la aguja magntica.

2. Cambie la bobina de 120 por la de 600 espiras, aplique pequeas corrientes (menores a 2A) y mida la intensidad del campo magntico dentro del solenoide utilizando el sensor del campo magntico para diferentes intensidades de corriente elctrica. Llene la tabla1.3. Fijando la corriente en el paso 2 a 1.5 A y el sensor del capo magntico inicialmente a 40cm de la bobina, pulse iniciar en el software 3B NetLab. Acerque lentamente el sensor del campo hacia la bobina. Grafique y realice un ajuste de curvas.4. Suspenda una barra magntica por su centro con un hilo muy delgado y espere que alcance el reposo.5. Haga oscilar con una amplitud pequea la barra magntica en un plano horizontal, alrededor de la que tena en el estado de reposo. Y mida 3 veces el tiempo de 10 oscilaciones completas. Anote en la tabla 2.6. Mida la masa y las dimensiones geomtricas de la barra magntica anote los valores en la tabla 3.

7. Coloque la aguja magntica sobre una hoja grande de papel y trace un eje que coincida con la direccin norte-sur y otro en la direccin este-oeste. El primer eje tendr la direccin de B como se muestra en la figura 4 ( para este procedimiento tenga todos los imanes alejados de la aguja magntica).

8. Sin mover la aguja magntica colocar la barra homognea como muestra la figura siguiente donde D toma valores de 20,25,30,35 y 40cm; en cada caso mida el valor de .

L

L

d

5. DATOS EXPERIMENTALES

1.- Explique sus observaciones del paso 1 del procedimiento respecto al campo magntico producido por una corriente elctrica.

Al conectar el lado este de la bobina con negativo de la fuente (-) y el lado oeste con positivo (+) la aguja magntica apunta de oeste a este. Al conectar el lado oeste de la bobina con negativo de la fuente (-) y el lado este con positivo (+) la aguja magntica apunta de este a oeste. Al medir el campo con el sensor magntico fuera de la espira la medida tomada es de 0.6 mT y dentro es de 0.99mT, en los extremos es 0.37mT y en el centro es 0.66mT.2.-con los datos del paso 2 del procedimiento complete la siguiente tabla.

Grafique la intensidad del campo magntico del solenoide en funcin de la corriente elctrica, ajuste sus datos.

Utilizamos Mnimos Cuadrados para su Ajuste

Y* = a + bX

Entonces por sistemas de ecuaciones:a = -0.087 b = 0.2219 Finalmente la lnea de regresin de Y sobre X es:Y* = a + bX Y* = 0.2219X - 0.087, la cual es un modelo de regresin lineal que permite obtener valores estimados o tericos.

Ahora hallamos a) Coeficiente de Correlacin:

b) Coeficiente de Determinacin:

Explique sus resultados obtenidos

A medida que la intensidad de corriente elctrica aumenta de la misma manera sucede con el campo magntico pues ambos son directamente proporcionales, la grafica nos muestra que los puntos se aproximan bastante a una recta es decir una funcin lineal, para cual haremos un ajuste para tener una mayor precisin en la grafica.

3.- Escriba la ecuacin de ajuste encontrado en el paso 3 del procedimiento:

Ecuacin de Ajuste

Coeficiente de Correlacin

Coeficiente de Determinacin

Explique sus resultados obtenidos

Es necesario siempre hacer un ajuste, en este caso realizamos un ajuste en una funcin lineal para que as la grafica sea ms precisa, por lo cual obtendremos una nueva ecuacin en la cual tabulando lo datos que tenamos obtendremos ms exactitud en la grafica.

Tambin hallamos el coeficiente de correlacin que nos indica que como r es muy cercano a uno existe una afinidad o relacin entre la intensidad de corriente elctrica y el campo magntico es por eso que son directamente proporcionales.

El coeficiente de determinacin nos indica que el 99.67% de la variacin del campo magntico se explica por la variabilidad de la corriente elctrica. Es decir que la recta de regresin explica bastante bien el comportamiento de la corriente respecto al campo magntico.

4. Con los datos obtenidos en el paso 5 del procedimiento complete la siguiente tabla.

Tabla 2

t1t2t3t promedioPeriodo T

34.335.235.635.0333.5 seg

5. Con los datos del paso 6 del procedimiento complete la siguiente tabla.Tabla 3

MasaAnchoLargoAltura

32.9 g2.3cm8cm1cm

Busque en los libros y escriba la frmula del momento de inercia del imn (barra)

Demostracin del Momento de InerciaVamos a calcular el momento de inercia de un paraleppedo de masaMy de ladosa,bycrespecto de un eje perpendicular a una de sus caras.

Dividimos el paraleppedo en placas rectangulares de ladosayby de espesordx.Elmomento de inercia de cada una de las placasrespecto de su eje de simetra es

Aplicando elteorema de Steiner,calculamos el momento de inercia de esta placa respecto de un eje paralelo situado a una distanciaxes

El momento de inercia del slido en forma de paraleppedo es L.q.q.d Usando los datos de la tabla 3 determine el momento de inercia del imn.

6. Con los datos del paso 8 del procedimiento complete la siguiente tabla. Usando el periodo T y el momento de inercia calculados en los pasos anteriores determine B por medio de la ecuacin.

2025303540

921334860

B(mT)0.0330.0510.0670.0880.110

Obtenga un valor promedio del campo magntico

6. CUESTIONARIO

1. En qu lugares de la tierra el campo magntico terrestre es mximo, porqu? Como otros cuerpos del Sistema Solar, la Tierra tiene un campo magntico, cuyo origen parece estar en su interior generado por las corrientes del ncleo interno. La componente ms importante de este campo es como la de un dipolo, como el de un imn de barra; sin embargo, el dipolo que mejor aproxima el campo que observamos no se encuentra en el centro de nuestro planeta sino desplazado de l 486 km en la direccin 6.5oN, 161.8oE. El eje magntico est inclinado alrededor de 11.5orespecto al eje de rotacin terrestre; es decir, los polos magnticos difieren ligeramente de los polos geogrficos. Actualmente el norte geogrfico corresponde al sur magntico y viceversa.

Para describir al campo se usan dos ngulos: la declinacin que es la variacin respecto al norte geogrfico, que depende del lugar y fue observada por primer vez por los chinos; y la inclinacin que es la variacin con respecto a la horizontal y fue descubierta en 1544.El campo es ms intenso cerca de los polos, alrededor de 0.630 gauss, que en el ecuador, 0.315 gauss, y presenta variaciones en muy diversas escalas de tiempo, desde dcimas de segundos asociadas a variaciones en el Sol, hasta de millones de aos como las inversiones de polaridad. Las causas de las variaciones pueden ser muy distintas: por ejemplo, tormentas magnticas (variaciones accidentales) o la electrizacin de las capas superiores de la ionosfera por rayos solares (diurnas). Otras caractersticas de la evolucin temporal del campo son: su deriva hacia el oeste, las zonas de campo inverso (en relacin con el campo dipolar), las excursiones magnticas y las inversiones polares. Cmo ya hemos dicho se presume que el origen del campo geomagntico se encuentra en el ncleo terrestre; sin embargo, las altas temperaturas del interior de nuestro planeta impiden a cualquier material conservar sus propiedades magnticas, por eso las caractersticas magnticas de Tierra no son slo como las de un imn gigante.El ncleo terrestre es una esfera de fluido metlico con radio de 3,485 km, que constituye la sexta parte del volumen y la tercera de la masa total de la Tierra; pero hacia el centro tiene una esfera slida llamada ncleo interno con radio de 1,220 km. Su densidad no es uniforme, aumenta hacia el interior con un valor mximo 12 g/cm3mientras que en la parte ms externa, la frontera con el manto, tiene 9 g/cm3. Los principales componentes del ncleo son el hierro y el nquel aunque tambin se encuentran cobre, azufre y oxgeno. La temperatura alcanza 5 800oC y la presin ms de un milln de atmsferas. El fluido que rodea al ncleo interno se mueve a una velocidad de 90 m/da y podra ser el responsable del origen del campo va las corrientes de material altamente ionizado.

Uno de los cambios que el campo geomagntico experimenta en el tiempo, es un ligero movimiento de deriva hacia el oeste cuyo origen est an a discusin.

Que el campo sea dipolar implica que cada uno de sus hemisferios tiene la misma polaridad; sin embargo, en ambos se observan zonas (manchas) de campo inverso con evolucin temporal. Se piensa que las manchas podran seguir un patrn general en cuanto al lugar de su origen, el aumento en su tamao y su desplazamiento: se originan cerca de Indonesia y avanzan hacia el oeste a 0.3 grados de longitud por ao. En el sur de frica su intensidad aumenta considerablemente y su velocidad disminuye a 0.1 grados por ao hacia el sur.Sin duda, la caracterstica ms impresionante del campo es la inversin de polaridad de la cual sabemos gracias a los registros histricos conservados en lavas volcnicas, sedimentos marinos, o en los hielos de los polos. En 1906 Bernard Brunhes fue el primero en sugerir la posibilidad de una inversin de campo pero hasta 1960 se tuvo evidencia contundente gracias al registro de lavas africanas hecho por J. S. B. Van Zijil y sus colaboradores. Posteriormente se encontr evidencia de 9 inversiones ms ocurridas en los ltimos 3.6 millones de aos, la ms reciente hace 730,000 aos documentada por J. Hillhouse y A. Cox en el Lago Tecota en California.Evidentemente el campo no se invierte instantneamente, se calcula que el 98% del tiempo es estable (dipolo) y slo es inestable el 2% restante. En general antes de una inversin el campo decae en intensidad durante unos 1000 aos, si embargo hay evidencia de periodos de debilitamiento a los cuales no sigue una inversin. Se han propuesto varias teoras acerca del origen y comportamiento de las inversiones de polaridad, pero no todos los registros estudiados se comportan igual y cada uno de ellos le da validez a una teora diferente.Los registros indican la variacin en la posicin de los polos magnticos en el tiempo. A estos viajes del polo que no culminan en una inversin se les llama excursiones magnticas; en ellas el polo puede alejarse tanto de su posicin original que incluso cambia de hemisferio (sin que esto implique una inversin). Una explicacin para las curvas obtenidas en los registros puede ser no slo el movimiento del polo sino adems el cambio de posicin de los continentes, del cual tambin existe evidencia.

7. CONCLUSIONES

En esta prctica hemos estudiado el componente tangencial del campo terrestre, para ello nos hemos basado en dos relaciones, primero en la fuerza que hace que un imn tienda a su posicin de equilibrio, por lo que poniendo uno en un pndulo y desvindolo un cierto ngulo hemos podido hallar una relacin entre el momento magntico del imn y la componente tangencial del campo en el que se mueve, que en este caso es el terrestre. Despus hemos calculado otra relacin gracias a las posiciones de gauss, que nos relacionan la desviacin de la aguja conforme vamos acercado el imn a esta, una vez tenemos las dos relaciones podemos hacer un sistema de ecuaciones y hallar cada una por su parte. Con esto hemos obtenido unos valores.

8. BIBLIOGRAFA

Fsica, Tipler, Paul A., Edit. W. H. Freedman; 6ta edicin (2007) Fsica Universitaria, F. Sears, Y M. Zemanski, Edit, Addison - Wesley Pearson 12 Edicin (2007) Introduccin a la Ingeniera Electrnica y Mecatrnica. Textos de instruccin bsicos (TINS) UTP. http://www.cienciorama.unam.mx/index.jsp?pagina=planeta&action=vrArticulo&aid=124 http://fcayqca.blogspot.com/2009/11/campo-magnetico.html

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Hoja1Tabla 1.123456789I(A)0.40.60.811.21.41.61.82B (mT)2.23.14.14.65.76.67.58.79.5