PRCTICA 10:

LABORATORIO FISICA ll

PRCTICA 6: TORQUE MAGNTICO

Nombres:

Daniela Zuluaga M

Nicols Garca PSantiago Ospina GProfesor: Tulio Eduardo Restrepo

Medelln

2015-1

Introduccion

En el siguiente laboratorio se conocern los conceptos de torque magntico y de campo magntico, cmo estos se aplican, cmo se miden y que significado para esto realizaremos experimentos que nos ayudaran a medir el torque que se presenta en una espira y analizar lo que sucede con esto adems estudiaremos la presencia del campo magntico y cul es su orientacin.Objetivo

Medir el torque que se presenta en una espira con corriente ubicada en un campo magntico, y realizar el anlisis de todos sus parmetros.

Identificar la presencia de campos magnticos con ayuda de una brjula. Definir la orientacin del campo magntico producido por bobinas que llevan corriente.

Teora

Si un conjunto de cargas se encuentran en movimiento a travs de un conductor y este est en presencia de un campo magntico que no es paralelo al desplazamiento de las cargas, el conductor experimentar una fuerza.

La corriente en un alambre es transportada por los electrones libres del conductor. Siendo el nmero de electrones que viajan por unidad de volumen en el alambre; la magnitud de la fuerza media que acta en uno de estos electrones est dada por: ; Si el desplazamiento es perpendicular al campo magntico, entonces , siendo la velocidad de arrastre de los electrones. Si n es el nmero de electrones por unidad de volumen, entonces: . El nmero de electrones en el volumen del conductor ser ; donde el producto , es el volumen del conductor. De este modo, la fuerza sobre el conductor es:

(1)donde es la corriente que pasa por el conductor, es el campo magntico externo al cual est sometido. Si el conductor es perpendicular al campo magntico, la fuerza que este experimenta es

(2)1.Momento sobre una espira de corriente

En una espira rectangular de dimensiones , colocada en un campo uniforme , se observarn los siguientes efectos de fuerzas. En un momento dado la normal al plano de la espira forma un ngulo con la direccin del campo magntico . Los lados (1) y (3) son perpendiculares al campo. La fuerza neta sobre la espira es la resultante de las fuerzas sobre los cuatro lados de ella. Ver Figura 1

Figura 1. Espira conductora en presencia de un campo magntico

En los lados (2) y (4) se tiene y se puede ver que tienen la misma magnitud y sentido contrario, su efecto total ser nulo( y tienen la misma lnea de accin).

En los lados (1) y (3) se tiene , pero , es decir tienen direccin y sentido contrario pero no tienen la misma lnea de accin originndose un momento neto que tiende a hacer girar la espira alrededor de la lnea . Este momento ser:

(3)donde , es el rea de la espira. Si hay espiras, el torque ser:

(4)

Esta expresin tambin es vlida para espiras circulares.

EL campo magntico externo producido por las bobinas de Helmholtz, ser aproximadamente homogneo y est determinado por la expresin:

(5)Donde es el nmero de espiras de una de las bobinas de Helmholtz, , es el radio medio de la bobina y , es la corriente que circula por las espiras de las bobinas de Helmholtz ().

PROCEDIMIENTO E INFORME

2.Alineacin del sistema

Familiarizarse con el montaje hecho para este experimento.

Figura 2. Montaje para la medida del torque producido en una espira.

2.1.Ajustar la corriente (de las bobinas de Helmholtz) a . Con ayuda de una brjula notar la presencia de un campo magntico en el interior de la bobina. Con los parmetros fijados y con la expresin de Helmholtz (5) calcular la intensidad del campo magntico.Datos

M = 154

=1.256x10^-6 V.s / A.mR=Radio medio de la bobina 0.2 m

I= Corriente que circula por las espiras de la bobinas de helmholtz 2A

Ecuacin 5

= 1.38x10^-3(T)3. Apagar las fuentes y colocar en la balanza de torsin una bobina de prueba de espiras, tal que el ngulo entre el campo magntico y la normal a la bobina de prueba sea .

Con las dos fuentes apagadas, ajustar la posicin de la balanza de torsin en cero.

3.1. Encender y ajustar las fuentes para que circule una corriente por la bobina de prueba de tres vueltas y establecer por las bobinas de Helmohltz.3.2. Vuelva a equilibrar la balanza y mida este desplazamiento; esto es, la fuerza aplicada en el brazo del dinammetro , donde y es la lectura del dinammetro (en milinewton). 3.3. Repita los pasos anteriores con corrientes de

0.51.01.52.02.53.0

0.30.1mN0.50.1mN0.70.1mN0.90.1mN1.10.1mN1.40.1mN

3.3x10-55.5 x10-57.7 x10-59.9 x10-51.21 x10-41.54 x10-4

2.35 x10-54.7 x10-57.04 x10-59.39 x10-51.17 x10-41.41 x10-4

Datos de la tabla

F= fue la lectura que nos arroj el dinammetro para las diferentes corrientes la hallamos con la siguiente ecuacin ,sabiendo que la distancia es 0.11 m

3.4. Graficar vs , terico y prctico en un mismo plano cartesiano y encuentre la pendiente. Adems, diga el significado fsico de esta pendiente. En la grfica, la lnea de tendencia muestra como los puntos se ajustan a una funcin lineal de pendiente 5x10-5. Este valor tiene como significado fsico , donde es el nmero de espiras, es el rea de la espira, es el campo magntico y es el ngulo entre el campo magntico y la normal de la bobina.

4.Fijar la corriente , ,

Apague las fuentes y ajuste la balanza a su posicin de cero.

4.1 Variar la corriente ( para

0.51.01.52.02.53.0

0.30.10.40.10.60.10.80.11.00.11.30.1

3.3x10-54.4 x10-56.6 x10-58.8 x10-51.10 x10-41.43 x10-4

2.35 x10-54.69 x10-57.06 x10-59.38 x10-51.17 x10-41.40 x10-4

3.46 x10-46,91 x10-41.04 x10-31.38 x10-31.73 x10-32.07 x10-3

4.2 Calcular el campo magntico con cada valor de corriente y Graficar vs , tanto terico como prctico, en un mismo plano cartesiano y encuentre la pendiente. Adems, diga el significado En la grfica, la lnea de tendencia muestra como los puntos se ajustan a una funcin lineal de pendiente 0,0657. Este valor tiene como significado fsico , donde es el nmero de espiras, es la corriente, es el rea de la espira y es el ngulo entre el campo magntico y la normal de la bobina.

5. Ajustar y .Apagar las fuentes y conectar bobinas de prueba de 3, 2, 1 espiras de igual rea y en cada caso hacer medidas de torque.

321

0.90.10.60.10.30.1

9.9 x10-56.6 x10-53.3 x10-5

9.38 x10-56.26 x10-53.12 x10-5

Nota: Al colocar cada espira y con las fuentes apagadas se debe ajustar la balanza en la posicin de cero.

a. Graficar ( vs N terico y prctico en un mismo plano cartesiano, obtenga la pendiente y diga su significado fsico.

En la grfica, la lnea de tendencia muestra como los puntos se ajustan a una funcin lineal de pendiente 3x10-5. Este valor tiene como significado fsico , donde es la corriente, es el rea de la espira, es el campo magntico y es el ngulo entre el campo magntico y la normal de la bobina.

6. Similar al literal anterior conecte bobinas de 1 espira y diferente rea, en cada caso calcule el rea y mida el torque.Ajustar , y .

1.1x10-25.5 x10-32.8 x10-3

0.30.10.20.10.10.1

3.3 x10-52.2 x10-51.1 x10-5

3.12 x10-52.17 x10-51.03 x10-5

a. Graficar ( vs rea, terico y prctico sobre un mismo plano cartesiano, obtenga la pendiente y diga su significado fsico En la grfica, la lnea de tendencia muestra como los puntos se ajustan a una funcin lineal de pendiente 0,0025. Este valor tiene como significado fsico , donde es el nmero de espiras, es la corriente, es el campo magntico y es el ngulo entre el campo magntico y la normal de la bobina.

7. Agregue en su informe comentarios, sugerencias, causas de error y conclusiones. el campo magntico en un crculo se toman pequeos tramos rectilneos, siendo entonces un diferencial de rea, puesto a que teniendo un eje X y Y, el cuadrante I y II se cancelan con los cuadrantes III y IV, hacindolo con la mano derecha. Pero puesto que en el centro de las bobinas estaba presente una espira de N se observ.

La relacin entre la polaridad magntica de una espira y el sentido de la corriente que circula por ella la establece laregla de la mano derechade la que se deriva esta otra: una cara es norte cuando un observador situado frente a ella ve circular la corriente (convencional) de derecha a izquierda y es sur en el caso contrario.

EMBED PBrush

Balanza de torsin

13

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