Este documento presenta los resultados de un experimento realizado en el laboratorio para 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. Los estudiantes midieron el campo magnético dentro de un solenoide utilizando un sensor de campo magnético y variando la intensidad de corriente. Determinaron que el campo magnético es directamente proporcional a la intensidad de corriente, y sus mediciones concuerdan con la teoría dentro de un margen de error del 2.

1. Octubre 30, 2009 Departamento de Física
Código: Ciencias Básicas
Laboratorio de Física Eléctrica Universidad del Norte-Colombia
CAMPO MAGNÉTICO DE UN SOLENOIDE
DIANA CASTAÑO MARCO MAZO
Email: dbustos@uninorte.edu.co email: mazom@uninorte.edu.co
Ingeniería Electrónica Ingeniería Eléctrica
ABSTRACT
With the completion of this new experience in the laboratory about the magnetic field in a
solenoid specific, we will determine the relationship between the magnetic field in the center
of a very long solenoid and intensity of current flowing through it.
RESUMEN
Con la realización de esta nueva experiencia en el laboratorio sobre el campo magnético,
específico en un solenoide, determinaremos 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.
1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS
El hecho de que las fuerzas magnéticas sean fuerzas de acción a distancia permite recurrir a la
idea física de campo para describir la influencia de un imán o de un conjunto de imanes sobre
el espacio que les rodea. Al igual que en el caso del campo eléctrico, se recurre a la noción de
líneas de fuerza para representar la estructura del campo. En cada punto las líneas de fuerza
del campo magnético indican la dirección en la que se orientará una pequeña brújula
(considerada como un elemento de prueba) situada en tal punto. Así las limaduras de hierro
espolvoreadas sobre un imán se orientan a lo largo de las líneas de fuerza del campo
magnético correspondiente y el espectro magnético resultante proporciona una
representación espacial del campo. Por convenio se admite que las líneas de fuerza salen del
polo Norte y se dirigen al polo Sur.
Con el presente trabajo, queremos explicar las características de la magnitud del campo
magnético en el interior de un solenoide, determinaremos su dirección por medio de la
experiencia en el laboratorio y así compararemos los valores experimentales con los teóricos
del campo magnético obtenidos por medio del cálculo.

2. 2. MARCO TEÓRICO
Un solenoide es en esencia un conjunto de espiras iguales y paralelas dispuestas a lo largo de
una determinada longitud que son recorridas por la misma intensidad de corriente. Su forma
es semejante a la del alambre espiral de un bloc. El espectro magnético del campo creado por
un solenoide se parece más aún al de un imán recto que el debido a una sola espira. La regla
que permite relacionar la polaridad magnética del solenoide como imán con el sentido
convencional de la corriente que circula por él es la misma que la aplicada en el caso de una
sola espira. El estudio experimental de la intensidad del campo magnético B debido a un
solenoide en un punto cualquiera de su interior pone de manifiesto que una mayor proximidad
entre las espiras produce un campo magnético más intenso, lo cual se refleja en la expresión
de B a través del cociente N/ L, siendo N el número de espiras y L la longitud del solenoide.
Dicha expresión viene dada por la ecuación: B = ; donde representa el número de
espiras por unidad de longitud, siendo su valor tanto mayor cuanto más apretadas están las
espiras en el solenoide.
El hecho de que B dependa del valor de , y por tanto de las características del medio, sugiere
la posibilidad de introducir en el interior del solenoide una barra de material de elevado y
conseguir así un campo magnético más intenso con la misma intensidad de corriente I. Este es
precisamente el fundamento del electroimán, en el cual una barra de hierro introducida en el
hueco del solenoide aumenta la intensidad del campo magnético varios miles de veces con
respecto al valor que tendría en ausencia de tal material. Los timbres, los teléfonos, las
dinamos y muchos otros dispositivos eléctricos y electromecánicos utilizan electroimanes
como componentes. Sus características de imanes temporales, que actúan sólo en presencia
de corriente, amplía el número de sus posibles aplicaciones.
Un solenoide esbelto (más largo que ancho) se usa generalmente para crear campos
magnéticos intensos y uniformes dado que el campo magnético en el interior de los solenoides
tiene estas características. En este sentido, el solenoide juega el mismo papel respecto al
campo magnético que el condensador plano para el campo eléctrico.
Dado que una determinación teórica de la forma de las líneas de B producido por un solenoide
es relativamente complicado, las formas de estas líneas puede deducirse experimentalmente.
Los experimentos demuestran que las líneas de campo son aproximadamente líneas restas
paralelas al eje del solenoide en el interior de éste cerrándose por el exterior, de modo que la
intensidad del campo magnético se reduce a medida que el solenoide se hace más esbelto.
Para el caso de un solenoide infinitamente largo, que puede ser un modelo aproximado de un
solenoide esbelto, el campo magnético será nulo en el exterior. Dado que las líneas de campo
son paralelas al eje del solenoide y por simetría no pueden variar a lo largo de la dirección a lo
largo de la dirección paralela al eje.
Figura 1. Campo magnético en un solenoide

3. 3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
En esta experiencia se midió el campo magnético dentro de un solenoide y se comparará con
el campo magnético teórico basándose en el valor de la intensidad de corriente que circula a
través del solenoide. Se utilizará el sensor de campo magnético para medir el campo
magnético dentro del solenoide cilíndrico. De igual forma, se utilizará el DataStudio para
registrar y medir la intensidad el campo magnético en el interior del solenoide, comparando 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.
Para la experiencia se utilizó el solenoide que el laboratorio tiene para estas clases de
experimentos didácticos. Se empleó cables de conexión para conectar la salida del
amplificador de potencia a los terminales del solenoide. Luego, se procedió a colocar 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
Figura 2. Montaje del experimento
4. DATOS OBTENIDOS
Como primera instancia se procedió saber como era el sentido del campo usando el
medidor de campo, el sensor de campo posee dos tipos de modos ( axial y radial) por
lo que se procede a introducir el sensor de campo dentro del solenoide, al introducirlo
primero de forma raidal y nos damos cuenta que el campo el campo medido es
prácticamente 0 por lo que procedemos a medirlo de forma axial y obtuvimos la
siguiente grafica

4. Figura 3.Grafica de la lectura axial del campo
Ahora porcedemos a realizar una grafica de campo vs corriente, introduciendo en
sensor de campo dentro del selenoide y luego cambiando el la corriente con alluda de
el aplificador de potencia conectado a la interfaz.
La grafica obtenida fue la siguiente:
Figura 4 , grafica de campo vs corriente en el solenoide

5. 5. ANÁLISIS DE DATOS
De acuerdo a los datos y gráficos obtenidos en las mediciones, se responde los siguientes
interrogantes:
Pregunta 1: Comparar las lecturas axial y radial del campo ¿qué dirección tiene el campo
magnético en el interior del solenoide?
Gracias al experimento pudimos determinar que la dirección del campo magnético en el
interior del solenoide es paralela al eje de este, y esto lo pudimos comprobar por la lectura
axial que realizamos.
Pregunta 2: ¿Cómo es la magnitud del campo magnético en el interior del solenoide en
relación a la posición?
Por medio de la experiencia y teoría previamente estudiada, la magnitud del campo magnético
es uniforme en el interior del solenoide con respecto a la posición, debido a que este tipo de
bobina tiene estas características particulares. Además, al momento de introducir el sensor de
campo notamos que en el centro del solenoide tiene mayor intensidad el campo magnético y
al ir arrastrándolo hacia fuera del solenoide en forma longitudinal, es decir, por medio de su
eje, esta se iba disminuyendo. Esto es debido a que en los extremos del solenoide el campo se
reduce.
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 relación que existe entre estos dos parámetros es que son directamente proporcionales, y
esto lo corroboramos en la experiencia. Además, por la esta relación la podemos deducir por
la fórmula que nos relaciona estos dos parámetros: B = .
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 relación que existe es que son directamente proporcionales, ya que a mayor número de
espiras, mayor será la intensidad del campo magnético.
a. Calcule el valor teórico del campo magnético dentro de la bobina utilizando la
corriente medida, su longitud, y el número de espiras del solenoide.
Corriente medida: 0.13 A
Longitud: 10.8 cm
Número de espiras del solenoide: 2920
4π x Tm/A
B=
B = 4π x Tm/A 0.13A
B = 4.416 x T

6. b. Determine la pendiente de la recta del campo magnético en función de la intensidad
de corriente para cada gráfica.
La pendiente que nos arrojó la gráfica fue de 0.033
• Al hallar el número de vueltas experimental con el campo magnético y la
corriente:
B=
4.2 x T = 4π x Tm/A
N = 2776
• Al hallar el número de vueltas experimental con la pendiente:
B=
0.033 = 4π x Tm/A
N = 2836
B=
B = 4π x Tm/A
B = 4.289 x T
Tomamos el segundo valor del número de espira, ya que es el ajuste lineal de la
gráfica, por lo tanto más precisa.
c. Compare este valor con el valor teórico.
Valor teórico: 2920; 4.416 x T
Valor experimental: 2836; 4.289 x T
Pregunta 5: Calcule el error en el valor del campo magnético. ¿A qué factores cree usted
que se debe la diferencia obtenida?
% error porcentual = ((valor teórico – valor experimental) / valor teórico) x 100%
% error porcentual = ((4.416 x –4.289 x ) /4.416 x ) x 100%
% error porcentual = 2.87 %
La diferencia en el valor del campo magnético, puede ser error de fábrica en el número de
vueltas de las espiras, error en la toma de datos al hallar la magnitud del campo magnético y
por ende la corriente que circula a través de las espiras.

7. 6. PREGUNTAS PROBLEMATOLÓGICAS
1. ¿Es el campo magnético uniforme en el interior del solenoide? Explique.
El campo magnético en el interior del solenoide es uniforme, y esto lo pudimos observar en la
experiencia en el laboratorio. Esto es debido a que las líneas de campo en el interior del
solenoide son paralelas a su eje y a medida que se va acercándose a sus extremos estas líneas
van curvándose cerrándose por el exterior.
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.
La conclusión sobre el campo magnético es que en el centro del solenoide el campo es más
intenso y uniforme; mientras que en sus extremos el campo va reduciéndose.
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?
Esto nos permite tomar con precisión los datos, ya que al “tarar” el sensor esta se coloca en
cero y en forma equilibrada; y lejos de toda fuente de campo magnético, ya que al estar cerca
el sensor puede detectar este campo y por lo tanto medirlo.
7. BIBLIOGRAFÍA
I1I. Dario Castro Castro y Antalcides Olivero Burgos, Física Electricidad para
estudiantes de ingeniería, notas de clase,Ed Uninorte.