1. Universidad del Norte
Departamento de física
EXPERIENCIA NO 6.
CAMPO MAGNETICO EN UN SELENOIDE
Johana Held
Andrea Martínez
Martinezheld1807@gmail.com
OCTUBRE 29 DE 2009
ABSTRACT
The objective of this exercise is to check the validity of the Biot-Savart. This
magnetic field is measured along the axis of a solenoid with a teslámetro (Hall
probe) and explores the relationship between the value of the magnetic field in
the center of the solenoid and the electrical current flowing through it.
RESUMEN
El objetivo de esta experiencia es comprobar la validez de la ley de Biot-Savart.
Para ello se mide el campo magnético a lo largo del eje de un solenoide con un
teslámetro (sonda Hall) y se estudia la relación entre el valor del campo
magnético en el centro del solenoide y la intensidad de corriente eléctrica que
circula por el mismo.
INTRODUCCION
A principios del otoño de 1820, los científicos franceses Biot y Savart miden la
dirección de las oscilaciones de una aguja imantada según la distancia a una
corriente eléctrica rectilínea, comprobando empíricamente que la fuerza
producida por dicha corriente eléctrica es inversamente proporcional al
cuadrado de la distancia y directamente proporcional a la intensidad de la
misma. Basándose en estos resultados, Laplace dedujo matemáticamente la
ley de Biot-Savart, que por lo tanto es conocida también como ley de Laplace, y
que permite calcular el campo magnético creado por un elemento de corriente
de un conductor por el que circula una corriente de una determinada
intensidad, en un punto a una cierta distancia del conductor.
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OBJETIVOS
General:
Determinar la relación entre el campo magnético en el centro de un solenoide
muy largo y la intensidad de corriente que circula a través de él.
Específicos:
1. Comparar los valores experimentales y teóricos del campo magnético.
2. Determinar la dirección del campo magnético en el interior de un solenoide.
3. Explicar las características de la magnitud del campo magnético en el
interior de un solenoide.
MARCO TEORICO
Solenoide
Un solenoide es definido como una bobina de forma cilíndrica que cuenta con
un hilo de material conductor enrollada sobre si a fin de que, con el paso de la
corriente eléctrica, se genere un intenso campo eléctrico. Cuando este campo
magnético aparece comienza a operar como un imán.
La función principal de un solenoide es activar una válvula que lleva su mismo
nombre, la válvula solenoide. Esta válvula opera de acuerdo a los pulsos
eléctricos de su apertura y de su cierre.
Por lo general, este tipo de dispositivo se puede programar según ciertos
horarios y dentro de sus usos más comunes se encuentran los sistemas de
regulación hidráulica y neumática. Dentro de este último campo, es frecuente
utilizarlo para permitir el flujo o realizar la detención de corrientes de alto
amperaje en los motores de arranque. Debido a su funcionamiento, es posible
encontrar solenoides en varias partes de un motor, no sólo en el motor de
arranque.
Para hacer que uno de estos dispositivos cumpla sus funciones, es necesario
aplica corriente positiva a uno de sus terminales. Se aplican cargas positivas y
no negativas ya que esta última está aplicada en el momento en que se instala,
en la tierra. En el único caso en que este principio no es aplicable, es para los
motores de arranque. Estos motores son controlados por un interruptor, o
switch, que impide que el vehículo comience a movilizarse a menos que éste
se encuentre en neutro o en parking. Este interruptor está ubicado en la
transmisión del vehículo y está conectado eléctricamente a fin de que se
mueva junto al movimiento de la palanca de cambios.
Es importante mencionar que existen varios tipos de solenoide, por lo que es
lógico que su instalación y conexión también varíe. No obstante, ya se trate de
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un solenoide u otro, y se le den usos diferentes, todos ellos operan bajo el
mismo principio explicado con anterioridad.
Podemos calcular el modulo del campo magnético dentro del solenoide según
la ecuación:
Donde
 μ0 : el coeficiente de permeabilidad
 n : densidad de espiras del solenoide
 i : corriente que circula.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
4. Procedimiento.
En esta experiencia se mide el campo magnético dentro de un solenoide y se
compara con el campo magnético teórico basándose en el valor de la
intensidad de corriente que circula a través del solenoide.
Se utiliza el sensor de campo magnético para medir el campo magnético dentro
del solenoide cilíndrico.
Se utiliza el DataStudio para registrar y medir la intensidad el campo
magnético en el interior del solenoide. Se compara el campo magnético medido
dentro del solenoide con el campo magnético teórico calculado sobre la base
de la intensidad y al número de espiras de alambre por unidad de longitud.
4.1. Configuración del ordenador
1. Conecte el interfaz al ordenador, encienda el interfaz y el ordenador
2. Conecte un sensor de campo magnético al Canal analógico A.
3. Conecte el Amplificador de potencia al canal analógico B del interfaz.
Enchufe al cable de alimentación la parte posterior del amplificador de
potencia y conecte el cable a una toma de corriente adecuada. Debe ser
configurado para un voltaje DC.
4. Abra el archivo titulado: Data Studio
4.2. Calibración del sensor y montaje del equipo.
1. No se necesita calibrar el Sensor de campo magnético ni el amplificador
de potencia. el sensor de campo magnético produce un a tensión que es
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directamente proporcional a la fuerza del campo magnético : 10
millivoltios = 10 gauss (donde 10000 gauss = 1.0 tesla
2. Utilice el solenoide que se suministra. Emplee los cables de conexión
para conectar la salida del amplificador de potencia a los terminales del
solenoide.
3. Coloque el solenoide y el sensor de campo magnético de manera que el
sensor pueda introducirse dentro del solenoide..
Al amplificador
de potencia
MAGNETIC FIELD
SENSOR
CI-6520A
4.3. Toma de datos
1. Mantenga el sensor de campo magnético alejado de cualquier fuente de
campos magnético y ponga a cero el sensor presionando el botón de
“TARE” en el cuerpo del sensor
2. Seleccione campo AXIAL pulsando el conmutador de selección
RADIAL/AXIAL en el sensor.
3. Vuelva a poner el sensor a la posición próxima al solenoide..
4. Inicie la toma de datos. Manualmente fije un voltaje de 5.0 voltios DC con
el fin que no sobrepase la corriente máxima que suministra el
Amplificador de Potencia (cuando esto sucede se enciende el indicador
de color rojo)
5. Anote el valor de la intensidad de la corriente, que marca el indicador
digital, en la sección 2 del informe de laboratorio.
6. Inserte el extremo del sensor en centro de la bobina. Mueva el sensor
hacia arriba y hacia abajo en este punto de la bobina para determinar si la
lectura del ordenador cambia significativamente.
7. Anote la lectura de la componente axial de campo magnético en el interior
del solenoide.
8. Retire el sensor de campo magnético de la bobina. Seleccione la
dirección RADIAL Mantenga el sensor lejos de cualquier fuente de
campos magnéticos y vuelva a colocarlo en cero presionando el botón de
TARE.
9. Configure el equipo de tal manera que se puedan observar los datos en
modo gráfico: intensidad del campo magnético [B]– tiempo[t].
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10. Coloque el sensor en un extremo del solenoide. Inicie la toma de datos.
Ahora introduzca lentamente el sensor de tal manera que recorra de un
extremo a otro a una rapidez constante. Detenga la medición y guarde la
gráfica obtenida.
11. Configure el equipo de tal manera que se puedan observar los datos en
modo gráfico: intensidad del campo magnético [B]– corriente [ I ]
12. Coloque ahora el extremo del sensor en el centro del solenoide. Configure
la fuente para aumentar el voltaje en pasos de 0.1 voltios partiendo desde
cero. Inicie la toma de datos y aumente el voltaje hasta un máximo de 6.0
voltios. ¡Cuide que el indicador rojo de la fuente no se encienda!. Guarde la
gráfica obtenida.
13. Repita el procedimiento anterior para un número de espiras diferentes en el
solenoide
14. Mida la longitud de la bobina solenoide
DATOS OBTENIDOS
N=29020 (numero de espiras)
L=10.8 cm
I=0.13 A
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graf 1 campo vs corriente
graf 2 campo en el interior del selenoide
ANALISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS
Pregunta 1: Comparar las lecturas axial y radial del campo ¿qué dirección
tiene el campo magnético en el interior del solenoide?
El campo es axial y viene dado de la siguiente forma:
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Pregunta 2: ¿ Cómo es la magnitud del campo magnético en el interior del
solenoide en relación a la posición? Si observamos la figura anterior,
notamos que el campo magnetico en el centro del selenoide es mas intenso
que en los extremos, asi que el campo magnetico es mayor en la mitad del
selenoide que en sus extremos.
Pregunta 3: ¿Qué relación existe entre la magnitud del campo magnético
en el interior de un solenoide y la intensidad de la corriente que circula
por ella?
La circulación de corriente genera el campo magnetico y estas son
directamente proporcionales, es decir a mayor corriente se genera un mayor
campo magnetico.
Pregunta 4: ¿Qué relación existe entre la magnitud del campo magnético
en el interior de un solenoide y el número de espiras del solenoide?
La magnitud del campo magnético en un selenoide es:
Donde i es la corriente que circula y n es el nuemro de espiras, asi que a
mayor numero de espiras mayor sera la magnitud del campo.
1. Calcule el valor teórico del campo magnético dentro de la bobina
utilizando la corriente medida , su longitud, y el número de espiras del
solenoide.
N
B = uo I
L
Uo= 4 π x10 -7 Tm/A
2. Determine la pendiente de la recta del campo magnético en función de
la intensidad de corriente para cada gráfica.
La pendiente es 327 Gauss, que es equivalente a 0.0312 T
Con esto podemos hallar el numero de espiras del selenoide mediente la
relación:
N
B / I =B = uo I
L
M=μo N/L
M= 0.0312 tesla
N= M L / μo
N= 2681.44
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3. Compare este valor con el valor teórico obtenido de la fórmula que
usted investigó.
El valor teórico es de 2920 y el obtenido fue practico fue de 2681, el
numero de vueltas dadas por el fabricante es mayor que el obtenido
del experimento
Pregunta 5: Calcule el error en el valor del campo magnético. ¿A
qué factores cree usted que se debe la diferencia obtenida?
%error = ___teórico – experimental__ = ((2920-2681) / 2920) .100= 8,18%
Teórico
Esta diferencia obtenida puede ser que el que fabrico, se acogió a unas normas
que no comprobó experimentalmente, lo que significa que no son 2920 vueltas,
sino 2681 que fue lo demostrado
PREGUNTAS PROBLEMATOLOGICAS
1. ¿Es el campo magnético uniforme en el interior del solenoide?
Explique.
No es uniforme, este aumenta a medida que nos acercamos al centro del
selenoide como lo apreciamos en la grafica 2
2. ¿ Qué conclusión puede deducir acerca de las características del
campo magnético en el solenoide?. Dibuje un gráfico de B contra X
que ilustre su respuesta.
El campo magnetico es mayor en el centro.
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3. ¿Qué efecto tiene en los resultados de la medición “tarar” el sensor
lejos de toda fuente de campo magnético antes de la toma de datos?
Evita que el sensor sea afectado por el campo magnético del selenoide
CONCLUSIONES
Con esta experiencia se comprobó la veracidad de la ley de Biot-Savart en
este caso de un solenoide uniformemente arrollado de una determinada
longitud, radio y número de vueltas.
Además, El campo magnético para una bobina está relacionado con la
intensidad de corriente y de no de espiras proporcionalmente; siendo el campo
total la suma de todos los db.
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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
• FISICA ELECTRICIDAD para estudiantes de ingeniería notas de clase
Darío castro castro
Antalcides olivo Burgos
Ediciones Uninorte
• Recursos virtuales:
Wikipedia la enciclopedia libre
http://www.dfists.ua.es/experiencias_de_fisica/index12.html#video
• Laboratorio de física electricidad: campo magnetico en un selenoide
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