OBJETO DE LA EXPERIENCIA	TECNICA OPERATORIA
METODOLOGIA	CUESTIONARIO
FUNDAMENTOS TEORICOS	BIBLIOGRAFIA
MATERIALES A UTILIZAR	HOJA DE DATOS  (MODELO)
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OBJETO DE LA EXPERIENCIA

 

Determinación de la componente horizontal del campo magnético terrestre mediante el método del imán oscilante en el campo de un solenoide.

  METODOLOGIA

 

Consiste en colocar un elemento imanado (brújula) en el eje central del campo creado por un solenoide. El eje central del solenoide se ubica en la posición este-oeste de tal forma que el campo creado por el solenoide y el de la tierra interactúen sumándose o restándose. Midiendo la desviación producida sobre la dirección norte-sur de la brújula se obtiene la información necesaria para calcular el campo magnético terrestre.

Fundamentos teóricos

Muchos instrumentos eléctricos emplean bobinas que gira en un campo magnético como resultado de un momento de giro relacionado con la corriente que circula por la bobina.

Por otro lado, las propiedades de las particular cargadas son estudiadas observando su movimiento bajo la influencia de campos magnéticos. El movimiento de electrones en un microscopio electrónico y tubos de televisión esta controlado por campos magnéticos.

Así, a menudo, el campo magnético de la tierra debe ser considerado cuando se  analiza el movimiento de bobinas y partículas cargadas.

Si hacemos que una bobina sea capaz de girar sobre su eje vertical entonces, la influencia del campo magnético terrestre puede determinarse a partir de la acción que la componente horizontal de este ejerce sobre la bobina.

Dado que la componente horizontal del campo magnético terrestre depende de la latitud geográfica y de la naturaleza de la superficie terrestre, su valor para un punto determinado debe ser obtenido experimentalmente. Por lo tanto, en este experimento se determinara el valor de dicha componente para la ubicación geográfica del laboratorio donde se realiza el ensayo.

Cuando se coloca un cuerpo de momento magnético M en un campo de inducción B, sobre este se ejerce una cupla o par de fuerzas:

                                                                                      [1]

En el caso de nuestra experiencia, este cuerpo es la aguja de una brújula. Ella, estará sometida a dos campos perpendiculares, uno debido a la a la bobina del magnetómetro (solenoide) y el otro debido al campo magnético terrestre. Por lo tanto, en la posición de equilibrio se cumple:

esto implica que:

                                                                                              [2]

donde B_t es el campo magnético terrestre y B_b es el de la bobina. El ángulo de rotación de la aguja es independiente del valor de M. Se hace la suposición de que el campo magnético d la bobina es constante a lo largo de la aguja magnética, ya que esta es de pequeñas dimensiones.

            El campo debido a una bobina circular de radio “a” y N vueltas, en un punto cualquiera a lo largo de su eje es:

                           [3]

definiendo:                                                    [4]

así

                                                    [5]

y como

se tiene

                                               [6]

agrupando las constantes se tiene

                                                                       [7]

con   K = 2 p.10^-7 N a²

Material a utilizar  

1. Fuentes de alimentación de CC.

2. Amperímetro.

3. Reóstato.

4. Bobina.

5. Brújula

6. Rieles soporte.

CONSIDERACIONES EXPERIMENTALES:

El magnetómetro consta de varios elementos montados sobre un par de rieles rectangulares a lo largo de los cuales pueden deslizarse. Uno de estos rieles está graduado en centímetros, mientras que en las bases de los soportes de los instrumentos hay una pequeña escala en milímetros, de modo que es posible conocer la distancia entre los diversos elementos con bastante precisión.

Uno de los elementos es el soporte sobre el cual se ha devanado una bobina. Sobre el mismo están indicados: el número de vueltas de la misma, la corriente máxima que se puede hacer pasar por ella y las dimensiones de la misma.

Otro de los elementos es un soporte universal sobre el cuál se puede sujetar, bajo diversas posiciones, una brújula. El principal elemento del magnetómetro lo constituye la brújula de tangentes. Esta es una aguja magnética o brújula de dimensiones pequeñas.

La experiencia consiste en estudiar el campo de la bobina a lo largo de su eje, deduciendo así el valor de la componente horizontal del campo magnético terrestre.

Para utilizar la brújula de tangentes deben colocarse los rieles en dirección Este-Oeste, de modo que la aguja magnética se oriente naturalmente en la dirección Norte-Sur, quede perpendicular a los rieles (FIG.1).

Técnica Operatoria

Método de la corriente constante:

1. Arme el circuito de la Fig.2.

2. Coloque la brújula lo más cerca posible de la bobina.

3. De corriente al circuito.

FIG.2.- ESQUEMA DE CONEXION ELECTRICA

4. Aumente la distancia x de la brújula, respecto de la bobina, de tal forma que la desviación vaya disminuyendo de a 5° hasta llegar a 15°. Registre en la hoja de datos la posición para cada caso.

5. Para cada posición, invierta la polaridad de la fuente, realice la lectura de la desviación de la aguja y obtenga el promedio de la dos lecturas y calcule el valor de B_t.

6. Al finalizar la serie de mediciones calcule el B_t. promedio.

7. Grafique (1/r³) en función de la tgq para la serie de valores medidos.

8. Mediante la utilización de algún utilitario de PC, ajuste la curva y determine B_t a partir de la pendiente de la misma.

9. Aplique propagación de errores y determine DB_t.

Método de la posición constante:

1. Coloque la brújula lo más cerca posible de la bobina.

2. Variando el reóstato R_L, busque la corriente que produzca una desviación de la aguja de 45°.

3. Registre el valor de X e I  en la hoja de datos y calcule el valor de B_t..

4. Varíe la posición de la brújula y proceda según el paso anterior.

5. Repita los pasos 2 y 3 hasta que llegue al valor de corriente máxima, I_max, admisible por el solenoide.

6. Al finalizar la serie de mediciones calcule el B_t. promedio.

7. Grafique I en función de r³ para la serie de valores medidos.

8. Mediante la utilización de algún utilitario de PC, ajuste la curva y determine B_t a partir de la pendiente de la misma.

9. Aplique propagación de errores y determine DB_t.

 Cuestionario

1. Cual de los dos métodos es más preciso? Explique.

2. Demuestre que de la pendiente de la gráfica 1/r³ = f(tgq) puede determinarse B_t.

3. Demuestre que de la pendiente de la gráfica I = f(r³) puede determinarse B_t.

4. Ahora que conoce el valor de la componente horizontal del campo magnético terrestre para la ubicación del laboratorio, como puede usar este método de medición para determinar la intensidad de algún otro campo magnético no asociado al solenoide? Explique.

BIBLIOGRAFIA

• "Fundamentos de electricidad y magnetismo", A. Kip.

• "Electricidad y magnetismo", Sears.

• “University Physics”, Sears, Zemansky, Young.

• “Curso Superior de Física Práctica” Tomo II, Worsnop, Flint – Ed. EUdeBA .

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ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

Hoja  de datos

 MAGNETOMETRO - BRUJULA DE TANGENTES

DATOS DE LOS ELEMENTOS EMPLEADOS:

Método de la Corriente Constante:

I = .................. Amp

Método De La Posición Constante:

q = ...................