Por Isra Kong FI UNAM

1. UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
FACULTAD DE INGENIERÍA
DIVISIÓN DE CIENCIAS BÁSICAS
ASIGNATURA:
“LABORATORIO DE PRINCIPIOS DE TERMODINÁMICA Y ELECTROMAGNETISMO”
PRÁCTICA NÚMERO 10: “CAMPO MAGNÉTICO”
PROFESORA: ING. MARÍA ELIZABETH ESQUIVEL RODRÍGUEZ.
BRIGADA: 004.
INTEGRANTES:
a) CARBALLO GONZÁLEZ LUIS GERARDO.
b) NARVAEZ JUÁREZ ISRAEL.
c) PÉREZ RODRÍGUEZ BERNARDO.
GRUPO: 0008.

2. Lab. de Principios de Termodinámica y Electromagnetismo
Gámez L. Rigel, Jaramillo M. Gabriel A., López T. Edgar R. 46
Práctica número 10
Campo magnético
Objetivos
a) Detectar la presencia de campo magnético B¯Ԧ en una región del espacio.
b) Validar experimentalmente la ley de la fuerza magnética que actúa
sobre un conductor con corriente, dentro de un campo magnético.
c) Medir el campo magnético producido por una corriente eléctrica en un
solenoide, en uno de sus extremos y determinarlo en su centro.
d) Detectar la influencia de los materiales en los fenómenos magnéticos.
e) Determinar el número de vueltas que tiene un solenoide midiendo la
magnitud del campo magnético producido por su corriente.
f) Validar experimentalmente la ley de la fuerza magnética que actúa
sobre una carga eléctrica móvil.
Conceptos antecedentes necesarios
• Campo magnético.
• Fuerza magnética sobre cargas y corriente eléctricas.
• Corriente eléctrica.
• Manejo de un teslámetro.
Equipo y materiales necesarios
1 brújula
1 imán de barra [extremadamente frágil]
1 imán de herradura [extremadamente frágil]
1 fuente de alimentación de 0 a 10 [V]
1 base
1 varilla de 70 [cm] de longitud
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
1 osciloscopio

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osciloscopio teslámetro
fuente de poder punta axial
Actividad 1
Con ayuda de la brújula y con sus nociones sobre orientación geográfica,
identifique los cuatro puntos cardinales en el laboratorio, trace un croquis.
Actividad 2
Suspenda el imán de barra atado en su parte media con el hilo de cáñamo
y dejándolo girar observe en qué dirección se orientan los polos marcados
en el imán con relación a la orientación de la brújula obtenida en la
actividad anterior. Recuerde la fragilidad de la barra magnética; no la
golpee, ni la deje caer.
Actividad 3
Identificando previamente los polos del imán de herradura, arme el
dispositivo experimental indicado en la figura siguiente y haga circular
una corriente constante I = 4 [A], y observe el efecto en el conductor.

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Invierta la polaridad de los cables de alimentación en la fuente y observe
como cambia la interacción entre el conductor en forma de U y el campo
magnético B¯Ԧ del imán.

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Actividad 4
Calibre el teslámetro con la punta de prueba axial y conecte la bobina de
inducción a la fuente de poder. Coloque la punta axial en el punto E
(extremo) del solenoide tal como lo muestra la figura y mida la magnitud
del campo magnético utilizando una corriente de 4 [A] tanto para núcleo de
aire como para los núcleos de materiales indicados; registre las mediciones
y anote el valor de la longitud (l) del solenoide.
i) con núcleo de aire |BE |a = 0.014 [T]
ii) con aluminio (material paramagnético) |BE |p = 0.0015 [T]
iii) con cobre (material diamagnético) |BE |d = 0.0018 [T]
iv) con hierro (material ferromagnético) |BE |f = 0.078 [T]
l = 15.5 [cm]
Actividad 5
Coloque la punta axial con el dispositivo indicado para que quede
aproximadamente en el centro de la bobina. Mida el campo magnético
utilizando la misma intensidad de corriente de la actividad anterior y
registre la lectura.

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cv) con núcleo de aire |B¯Ԧ | = 0.016[T]a
también mida el radio interno de la bobina
r = 2 [cm]
Actividad 6 (realizada por el profesor)
Con el empleo del osciloscopio, haga incidir el haz electrónico en el centro
de la pantalla y que quede fijo, eliminando el barrido interno del aparato.
Previamente identificada la dirección del campo magnético generado por el
imán de herradura, deduzca la dirección de la fuerza magnética sobre el
electrón así como la dirección en que se desviará éste.
Acerque el imán a la pantalla de manera que su campo magnético quede
perpendicular a la velocidad de los electrones y observe la desviación del
haz electrónico. ¿Fue correcta la predicción?
Indique en el sistema de referencia, que
se muestra a continuación, las
direcciones de: el campo magnético
aplicado B¯Ԧ, la velocidad de los
electrones v¯Ԧ y la fuerza magnética ¯FԦ.

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Cuestionario y análisis de resultados.
1. Comente sus conclusiones con respecto a lo observado en las
actividades 1 y 2.
Los polos de magnéticos del imán de barra y de la brújula son atraídos por los
polos magnéticos de la Tierra (planeta) que tienen signos contrarios a ellos.
2. Describa lo que observó en la actividad 3.
Al hacer circular corriente por el conductor este sufrió una fuerza de
interacción al ponerse en contacto con el campo magnético del imán de
herradura, dicha fuerza de interacción siguió una dirección que obedeció la
regla de la mano derecha. En el primer caso el conductor fue atraído por el
imán y en el segundo caso fue repelido.
3. ¿Qué sucedería si en lugar de invertir la polaridad de los cables de
alimentación de la fuente, se invierte la posición del imán de
herradura?
Sucedería lo mismo que con lo que sucedió con el cambio de polaridad de los
cables de alimentación. En un caso el conductor sería atraído y en otro sería
repelido, siguiendo la regla de la mano derecha.
4. Describa cómo se comporta el campo magnético en cada uno de los
núcleos utilizados en la actividad 4.
En el aluminio como es un material paramagnético, los materiales
paramagnéticos sufren el mismo tipo de atracción y repulsión que
los imanes normales, cuando están sujetos a un campo magnético.
En el cobre como es un material diamagnético su comportamiento consiste en
ser repelido por los imanes.
Y en el hierro un material ferromagnético, los dominios tienden a alinearse con
éste, de forma que aquellos dominios en los que los dipolos están orientados
con el mismo sentido y dirección que el campo magnético inductor aumentan
su tamaño. Este aumento de tamaño se explica por las características de las
paredes de Bloch, que avanzan en dirección a los dominios cuya dirección de
los dipolos no coincide; dando lugar a un monodominio. Al eliminar el campo,
el dominio permanece durante cierto tiempo.
5. Obtenga la expresión para obtener la magnitud del campo magnético
en el extremo del solenoide considerando la ecuación general para
cualquier punto P sobre el eje del solenoide:

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6. Si se considera que el punto P está en el centro del solenoide obtenga
la expresión correspondiente dada por:
l
cosθ1 =
l2
+ 4r2

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7. Conocidos el radio del solenoide y su longitud, en el que l > 10 r,
demuestre que
|B¯ԦP| = μ0 N I
l
Particularmente nos interesa hallar el valor del campo en puntos típicos del
eje del solenoide. Uno de ellos es el punto medio del solenoide que, nos
damos cuenta, es donde el campo B adquiere su mayor valor sobre el eje.
Otros puntos interesantes de calcular son los dos puntos extremos del
solenoide. Para el punto medio del eje del solenoide, Xp = L/2 por lo que la
ecuación se reduce a:
Al decir que L>10R siempre estamos cumpliendo esa característica en donde,
nos referiremos a un solenoide largo, pero si lo observamos analíticamente si
“L” crece infinitamente “R” crecerá a una tasa de (1/10) de lo que “L” ya creció
por lo que desde el punto de vista del cálculo, si tomamos el siguiente límite:
‫ܕܑܔ‬
ࡸ→ஶ
૚
ට૝ ൬
ࡾ૛
ࡸ૛ ൰ ൅ ૚
ൌ
૚
ඥ૝ሺ૙ሻ ൅ ૚
ൌ ૚
Y sustituyendo esto en la ecuación obtenida al principio queda simplemente:
8. Con la expresión para obtener la magnitud del campo magnético en el
centro del solenoide, obtenga el número de vueltas del mismo.
࡮ࡱ ൌ
ࣆ૙ࡺࡵ
࢒
ࡰࢋ ࢊ࢕࢔ࢊࢋ:
ࣆ૙ ൌ ૝࣊࢞૚૙ିૠ
൤
ࢀ ∗ ࢓
࡭
൨
࡮ࡱ ൌ ૙. ૙૚૟ሾࢀሿ
ࡵ ൌ ૝ሾ࡭ሿ
࢒ ൌ ૙. ૚૞૞ሾ࢓ሿ

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ࡺ ൌ
࡮ࡱ ∗ ࢒
ࣆ૙ ∗ ࡵ
=
(૙. ૙૚૟ሾࢀሿ)(૙. ૚૞૞ሾ࢓ሿ)
(૝࣊࢞૚૙ିૠ ቂ
ࢀ ∗ ࢓
࡭
ቃ)(૝ሾ࡭ሿ)
= ૝ૢ૜. ૜ૡ
9. ¿Qué puede concluir con relación al número de vueltas obtenido con la
expresión de B en el extremo y para la expresión de B en el centro del
solenoide, si se tiene como dato que el N = 800 vueltas
aproximadamente?
a) Para el interior tenemos:
࡮ࡱ =
ࣆ૙ࡺࡵ
࢒
ࡰࢋ ࢊ࢕࢔ࢊࢋ:
ࣆ૙ = ૝࣊࢞૚૙ିૠ
൤
ࢀ ∗ ࢓
࡭
൨
ࡺ = ૡ૙૙
ࡵ = ૝ሾ࡭ሿ
࢒ = ૙. ૚૞૞ሾ࢓ሿ
࡮ࡱ =
ࣆ૙ࡺࡵ
࢒
=
ቀ૝࣊࢞૚૙ିૠ
ቂ
ࢀ ∗ ࢓
࡭
ቃቁ (ૡ૙૙)(૝ሾ࡭ሿ)
(૙. ૚૞૞ሾ࢓ሿ)
= ૙. ૙૛૞ૢ૝ሾࢀሿ
b) Para el Exterior tenemos:
࡮ࡱ =
ࣆ૙ࡺࡵ
࢒
ࡰࢋ ࢊ࢕࢔ࢊࢋ:
ࣆ૙ = ૝࣊࢞૚૙ିૠ
൤
ࢀ ∗ ࢓
࡭
൨
ࡺ = ૡ૙૙
ࡵ = ૝ሾ࡭ሿ
࢒ = ૙. ૚૞૞ሾ࢓ሿ
࡮ࡱ =
ࣆ૙ࡺࡵ
࢒
=
ቀ૝࣊࢞૚૙ିૠ
ቂ
ࢀ ∗ ࢓
࡭
ቃቁ (ૡ૙૙)(૝ሾ࡭ሿ)
૛(૙. ૚૞૞ሾ࢓ሿ)
= ૙. ૙૚૛ૢૠሾࢀሿ
Se puede concluir que el solenoide alcanza su máximo valor en cuanto a
campo magnético en el eje central, o sea, en el interior como se pudo observar
en los resultados.

11. Lab. de Principios de Termodinámica y Electromagnetismo
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10. Describa las observaciones que se hicieron con respecto a la actividad
6 si se sabe que la fuerza magnética para una carga eléctrica móvil
r r r
está dada por F = q v × B .
Sobre una carga eléctrica en movimiento que atraviese un campo
magnético aparece una fuerza denominada Fuerza Magnética. Está modifica
la dirección de la velocidad, sin modificar su módulo. El sentido se calcula
por medio de la regla de la mano derecha (índice= velocidad, medio= campo
magnético, pulgar= Fuerza). El sentido de la fuerza es para cargas positivas.
Si las cargas son negativas el sentido es opuesto al obtenido con la regla de
la mano derecha.

12. Lab. de Principios de Termodinámica y Electromagnetismo
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CONCLUSIONES
1.-
El estudio del campo magnético es de gran utilidad, ya que nos ayuda a
comprender el comportamiento de las partículas eléctricamente cargadas
cuando son expuestas a dichos campos; y también nos ayuda a determinar
datos cuantificados como la carga, magnitud del campo magnético, fuerza de
repulsión o atracción, entre otras.
CARBALLO GONZÁLEZ LUIS GERARDO.
2.-
Como pudimos observar los campos magnéticos actúan sobre muchas cosas,
por ejemplo en la brújula pasando el imán por encima de el cambiabas
completamente el sentido de la brújula. Y en la actividad seis, pasando el imán
de herradura a un lado del osciloscopio pudimos ver como actúa su campo
electromagnético.
NARVÁEZ JUÁREZ ISRAEL.
3.-
Lo que pudimos observar fue que en un dispositivo en particular por decirlo
así, en este caso el solenoide, pudimos medir lo que fue la intensidad del
campo magnético generado por una corriente eléctrica, a través del flujo de
diferentes materiales, que si bien es cierto, en el análisis pudimos observar
que la forma, y condiciones del solenoide pueden alterar dichos resultados,
otra de las cosas que se aprendió fue a relacionar ese aspecto de la
Electricidad con el Magnetismo, la variación de la “polaridad” dependiendo del
flujo de energía que se le suministraba.
PÉREZ RODRÍGUEZ BERNARDO.