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Objetivos

a) Detectar la presencia de campo magnético e identificar los polos magnéticos de un imán.

b) Expresar en un enunciado las interacciones entre dos polos magnéticos de iguales y

diferentes nombres.

c) Validar experimentalmente la ley de la fuerza magnética que actúa sobre una carga móvil .

d) Validar experimentalmente la ley de la fuerza magnética que actúa sobre un conductor con

corriente dentro de un campo magnético.

e) Medir el campo magnético producido por una corriente eléctrica en un solenoide, en uno de

sus extremos.

f) Detectar la influencia de los materiales en los fenómenos magnéticos.

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Equipo Utilizado y Materiales

1 caja con limadura de hierro

1 brújula

2 imanes de barra [extremadamente frágiles]

1 imán de herradura [extremadamente frágil]

1 fuente de alimentación de 0 a 10 [V]

1 base

1 varilla de 70 [cm]

1 soporte de conductor

2 cables largos

1 conductor en forma de U

1 bobina de inducción con accesorios

3 núcleos: uno de aluminio, uno de hierro y otro de cobre

1 teslámetro con punta axial

0.5 [m] de hilo de cáñamo

1 flexómetro

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Desarrollo de actividades

Actividad 1

Con ayuda de la brújula se identificaron los cuatro puntos cardinales en el laboratorio. (Ver

figura 1 en apéndice).

Actividad 2

Se suspendió al imán, atado en su parte media con el hilo de cáñamo, dejándolo girar, se

identificó como polo norte N al extremo del imán que apunte al norte geográfico y similarmente

identifique el polo sur S.

Actividad 3

Se analizaron las fuerzas de interacción entre los polos de igual nombre y entre los polos de

nombre diferente, concluyendo con que:

Polos iguales se repelen, polos diferentes se atraen

Actividad 4

Con el empleo del osciloscopio, el profesor hizo incidir el haz electrónico en la pantalla. Acercó

lo más posible un polo del imán y se observó la desviación del haz electrónico; de donde se

dedujo la dirección de la fuerza magnética sobre el electrón la fuerza que desvía al haz

electrónico.

Se estableció entonces el sistema de referencia siguiente de las direcciones de: el campo

magnético aplicado B, la velocidad de los electrones v y la de la fuerza magnética F.

Actividad 5

4

Se Armó el dispositivo experimental indicado en la figura siguiente y se hizo circular una

corriente constante I = 4 [A], se detectó si la interacción entre el conductor y el imán de

herradura, cuyos polos se identificaron de antemano.

.

Más tarde se invirtió la polaridad de los cables de alimentación en la fuente y observando la

interacción entre el conductor y el campo magnético B del imán. Se obtuvieron entonces estos

resultados:

Con la polaridad normal se atraen cuando se coloca el imán en cierta posición, cuando

se invierte la polaridad de la fuente se repelen aunque el imán no se haya movido de

lugar.

Actividad 6

Se calibró el teslámetro, con la punta de prueba axial, se varió la corriente en la fuente, se

registró la lectura en el punto E (extremo) del solenoide con núcleo de aire y se capturaron los

datos en una tabla (ver tabla 1 en apéndice ).Se midió y anotó el valor de la longitud (l) del

solenoide.

l = 0.137 [m]

Actividad 7

5

Se midió la magnitud del campo magnético | BE| con la corriente máxima empleada, ahora con

los núcleos de otros materiales:

i) con aluminio (material paramagnético) |BE |p = 0.005 [T ]

ii) con cobre (material diamagnético) |BE| d = 0.005 [T ]

iii) con hierro (material ferromagnético) | BE| f = 0.076 [T ]

(ver tablas 2, 3 y 4 en apéndice).

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Cuestionario

1.- Trace un dibujo de nuestro planeta en el que se indiquen sus polos magnéticos y sus polos

geográficos.

2. De acuerdo con el sistema de referencia de la actividad 4 y con las mismas condiciones de B

y de v de las partículas, ¿cambiaría la dirección de la fuerza magnética F si las partículas

móviles fuesen protones en lugar de electrones? Explique.

Cambiaría el sentido cuando se le aplicara el campo magnético, ya que con el polo

negativo se atraería y con el polo positivo se repelería, pero conservaría su dirección.

3. Ilustre, a través de dibujos, la interacción entre conductor e imán en cada caso de la

actividad 5. En el sistema de referencia tridimensional mostrado en dicha actividad, dibuje las

direcciones de: el campo magnético del imán , el vector del conductor , cuyo sentido está

asociado con la corriente I y la dirección de la fuerza magnética , sobre el conductor.

7

En este dibujo podemos observar como al colocarlo de forma normal, se atraen hacia el imán

En esta al invertir las cargas repelen al objeto.

4. Proponga el modelo matemático que determine el vector fuerza magnética F, en función de

las cantidades físicas involucradas en la pregunta anterior.

= i

5. Con el método de mínimos cuadrados encuentre la ecuación, en el SI, de la mejor recta que

pasa por los puntos experimentales obtenidos en la actividad 6.

B aire = I + 1

B aluminio= I + 1

B cobre = I + 1

B hierro = 17.9 I + 5.5

6. Trace la gráfica BE = f ( I ) que corresponde al modelo matemático de la pregunta anterior.

8

7. Si se sabe que la magnitud del campo magnético en el extremo de un solenoide largo (l>>a)

se obtiene con la expresión

donde μ0 = permeabilidad magnética del vacío con valo 4π x 10−7 [Wb/A⋅ m]≈ μ aire, deduzca

el

significado físico de la pendiente del modelo obtenido en la pregunta 5.

Representa el flujo magnético que hay en cada unidad de intensidad de corriente, puesto

que tiene unidades de [T/A].

8. Con base en la pregunta anterior, determine el número de vueltas (N) del solenoide.

N = (B2l)/(Iμ0)

N=[(5x10-3[T])(0.274[m])]/[(4[A])(4π 10−7 [Wb/A⋅ m] )]= 272.5528 vueltas

9. Emita sus conclusiones con base en los resultados obtenidos en la actividad 7.

Podemos ver que el flujo magnético en el aluminio, el cobre y el aire son muy similares

mientras que en el hierro hay mucho más flujo magnético, por lo mismo que al ser

ferromagnético genera un mayor campo.

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Conclusiones

Con ayuda de los dos imanes de la práctica logramos detectar la presencia de campo

magnético , y con ayuda de un imán con los polos marcados identificamos los polos

magnéticos de los imanes de la práctica.

Logramos experimentar las fuerzas que se producen cuando interactúan los polos de los

imanes, consiguiendo así expresar el enunciado: “polos iguales se repelen y polos diferentes se

atraen”

Con ayuda del profesor, se logró validar experimentalmente la ley de la fuerza magnética que

actúa sobre una carga móvil en la actividad 4.

En la actividad 5 se logró validar experimentalmente la ley de la fuerza magnética que actúa

sobre un conductor con corriente dentro de un campo magnético.

Se logró medir el campo magnético producido por una corriente eléctrica en un solenoide, en

uno de sus extremos.

Finalmente, se observó la influencia de diversos materiales en los fenómenos magnéticos.

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Comentarios

En muchas ocasiones, estamos cerca de algún campo magnético, sin embargo, no siempre es

fácil detectar con nuestros sentidos la presencia de este tipo de campos; para poder detectarlos

es necesario tener otro campo magnético, ya sea producido por un imán o alguna corriente

aplicada para conocerlo.Si utilizamos un imán debemos saber identificar los polos magnéticos

de este. Podemos saberlo mediante el uso de otro imán, ya que al juntarlo podemos ver si se

atraen o se repelen siguiendo el principio de que dos polos iguales repelen y dos diferentes se

atraen; con esto y con el empleo de una brújula, podemos saber de que polo se trata.

En un imán, cada polo tiene un nombre específico, dependiendo hacia donde apunten se le

llamará norte o sur. Esto es importante conocerlo para poder evitar confusiones con el campo

eléctrico, ya que el hablar de cargas magnéticas positivas y negativas puede llegar a generar

cierta confusión a la hora de la práctica.

Cuando actúa una fuerza magnética sobre un móvil, podemos observar que en realidad esta

fuerza es perpendicular tanto a la dirección de la velocidad como a la dirección del campo

magnético aplicado. En el caso de la velocidad, es importante recalcar que el tamaño de este

vector va a depender de la carga que tenga el objeto, por lo cual es imprescindible conocer

dicha carga para poder trabajar correctamente el fenómeno presentado.

Podemos observar que también se presenta un comportamiento similar la fuerza magnética

que actúa sobre un conductor con corriente dentro de un campo magnético, sólo que ésta no

va a depender de la velocidad, sino que de la dirección en que se mueve la carga a lo largo de

su trayectoria. Es importante decir que la fuerza magnética nuevamente es perpendicular a los

vectores de campo magnético y al de la trayectoria de la carga; el tamaño de ésta última tiene

relación con la intensidad de la corriente, ya que esta hace que crezca o disminuya el tamaño

de dicho vector.

El campo magnético no solo se presenta en materiales que poseen naturalmente esta

característica, sino que también se pueden producir al pasar corriente eléctrica en un

dispositivo que se conoce como solenoide. Este dispositivo puede producir campos magnéticos

cuya magnitud dependerá del material con el que se trabaje, por lo cual es necesario calibrar

bien el equipo para reducir los errores posibles en cada medición.

En el solenoide se producen flujos magnéticos dentro de él, los cuales se comportan como si

giraran alrededor del núcleo colocado en medio del solenoide y por lo tanto la mayoría se

concentran dentro de este sistema; sin embargo, también se producen fuera de éste, pero

estos conforme se alejan del solenoide van perdiendo energía, por lo cual se van haciendo más

chicos y cada vez más acercándose a cero, lo cual nos lleva a considerarlos despreciables.

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Apéndice

Figura 1.

I[A] B[mT]

1 2

2 3

3 4

4 5

Tabla 1. Flujo magnético del aire

I[A] B[mT]

1 2

2 3

3 4

4 5

Tabla 2. Flujo magnético del cobre

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I[A] B[mT]

1 2

2 3

3 4

4 5

Tabla 3. Flujo magnético del aluminio

I[A] B[mT]

1 22

2 43

3 60

4 76

Tabla 4. Flujo magnético del hierro

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Gráfica 1. Flujo magnético del aire contra la intensidad de corriente

Gráfica 2. Flujo magnético del cobre contra la intensidad de corriente

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Gráfica 3. Flujo magnético del aluminio contra la intensidad de corriente

Gráfica 4. Flujo magnético del hierro contra la intensidad de corriente

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Referencias

Aguirre, Gámez y Jaramillo. Cuaderno de Prácticas de Principios de Termodinámica y

Electromagnetismo. Facultad de Ingeniería. UNAM, 2006,