El documento describe una práctica de laboratorio sobre la producción de campos magnéticos. La práctica incluye tres experimentos: 1) demostrar el campo magnético alrededor de un conductor con corriente usando una brújula, 2) observar la fuerza magnética sobre un conductor en un campo magnético, y 3) visualizar las líneas de campo magnético de una bobina. El objetivo es observar la interacción entre campos magnéticos a través de estas demostraciones prácticas basadas en los principios de electromag

1. ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL
FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y MATEMÁTICAS
DEPARTAMENTO DE FÍSICA
LABORATORIO DE FÍSICA C
PRÁCTICA #11
PRODUCCIÓN DE CAMPOS MAGNÉTICOS
Objetivos

Observar la interacción entre campos magnéticos.
Fundamento teórico
En 1819, durante una demostración Hans Oersted encontró que una corriente eléctrica en
un alambre desviaba la aguja de una brújula próxima al mismo. Esta el punto de partida
para unificar los conceptos del ahora conocido como electromagnetismo.
En la figura 11.1(a) se observa que al ubicar un grupo de brújulas alrededor de un alambre
conductor, estas apuntan al norte geográfico en ausencia de corriente. En cambio, cuando se
tiene una corriente en el alambre estas se alinearan en una trayectoria circular apuntando
tangencialmente en dicha circunferencia como se puede observar en (b).
Figura 11. 1
Esta experiencia muestra que existe un campo magnético cercano que altera las brújulas, de
tal manera que siguen la dirección de dicho campo magnético ⃗ .
Se puede determinar la orientación del campo magnético mediante la regla de la mano
derecha, mostrada en la figura 11.2:
Figura 11. 2: regla de la mano derecha
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2. Por simetría, los puntos equidistantes al alambre dentro de la trayectoria circular tendrán
igual magnitud de campo magnético ⃗ . Si se modificara la corriente o la distancia respecto
al alambre la magnitud de ⃗ se vería afectada proporcionalmente a la corriente e
inversamente proporcional a la distancia. Por tanto, la magnitud de un campo ⃗ a una
distancia r alrededor de un conductor por el que pasa una corriente I se expresa de la forma:
|⃗ |
[
⁄ ]. Esta
Donde
es la constante de permeabilidad de espacio libre (
expresión fue trabajada por el científico francés André-Marie Ampère para los conductores
que producían campos magnéticos alrededor de estos. Es por eso que la ecuación
anteriormente presentada se conoce como Ley de Ampère.
Además, si se dobla un alambre recto y largo en forma de lazos o espiras circulares muy
próximos entre sí, se forma un solenoide, también conocido como electroimán mostrado en
la figura 11.3. Al estar unidas, las espiras “reúnen” sus campos magnéticos que lograrían
individualmente formando un campo magnético ⃗ con sus respectivos polos Norte y Sur.
Figura 11. 3: Campo en el solenoide
Las líneas de campo ⃗ dentro de un solenoide son casi paralelas y muy unidas, por tanto la
intensidad es mayor respecto a las líneas de campo fuera de este, ya que se dispersan en su
trayectoria desde el polo norte hacia el polo sur. Podemos extender la regla de la mano
derecha para los solenoides, la cual es mostrada en la figura 11.4.
Figura 11. 4: Regla de la mano derecha para un solenoide
En la regla de la mano derecha para el solenoide, el pulgar apuntara en dirección y sentido
del campo magnético resultante por la inducción, mientras los demás dedos deberán seguir
el sentido de la corriente a través de las espiras.
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3. La expresión para determinar la magnitud de un campo magnético ⃗ producido por un
solenoide de N espiras conjuntas y longitud L por el cual atraviesa una corriente I, esta
descrito como:
|⃗ |
Procedimiento
1. Experimento de Oersted
a. Arme el circuito mostrado en la figura 11.5, de tal manera que la brújula quede en el
centro de la espira en reposo.
Figura 11. 5
b. Cierre el switch, varíe el voltaje en la fuente y haga las observaciones
correspondientes.
c. Abra el switch.
d. Cambie la polaridad de la fuente, cierre el switch. Realice las observaciones
respectivas.
2. Fuerza magnética sobre un conductor con corriente dentro de un campo
magnético constante.
a. Coloque un alambre de manera templada entre las pinzas aislantes de tal manera
que pase justo por la mitad del imán de alnico.
b. Conecte los extremos a la fuente. Use un switch para conectar el alambre.
c. Identifique el sentido de la corriente que atravesará el cable.
d. Cierre el switch y realice las observaciones respectivas.
e. Cambie la polaridad de la fuente. Cierre el switch y realice las observaciones
respectivas.
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4. 3. Líneas de campo magnético en una bobina o solenoide.
a. Realice el circuito mostrado en la figura 11.6
Figura 11. 6
b. Coloque una lámina de acetato sobre la bobina.
c. Esparza las limaduras de hierro sobre el acetato de tal manera que quede una fina
capa sobre este.
d. Cierre el switch S y realice las observaciones respectivas.
e. Abra el switch S y acerque una aguja de brújula a la bobina. Cierre el switch y
realice las observaciones requeridas.
f. Con el switch abierto, ingrese el núcleo de ferrita en la bobina.
g. Cierre el switch S y coloque el acetato con limaduras de hierro sobre la bobina.
Complete las actividades del reporte de la práctica.
Materiales
 Brújula de bolsillo
 Fuente de voltaje DC
 Cables de conexión
 Interruptores
 Bobinas
 Núcleo en forma de U
 Imán permanente de alnico
 Limaduras de hierro
 Papel acetato
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5. Banco de Preguntas:
1. Una varilla de cobre delgada de 10 [cm] de largo tiene una masa de 75 [g].
Determine la magnitud y sentido de la corriente a través de esta para que se
mantenga levitando en un campo magnético uniforme de magnitud 0,1 [T] que se
encuentra saliendo de la página.
2. Si una carga eléctrica se desplaza en línea recta dentro de una región del espacio,
¿se puede asegurar que el campo magnético en esta zona es cero? Explique su
respuesta.
3. Consulte por que se forman las auroras en los polos terrestres
4. Explique en qué condiciones dentro del experimento de Oersted la brújula no giraría
en un circuito alimentado.
5. Ciertos electricistas llevan una brújula para detectar los cableados caseros. Explique
bajo que concepto físico esta práctica es correcta.
6. ¿Es posible que un campo magnético pueda poner en movimiento un electrón en
reposo? Explique su respuesta
7. Si se colocara una diferencia de potencial entre los extremos de un resorte, cuyas
vueltas tienen espaciamiento relativamente grande, ¿se expande o se contrae el
resorte? Explique su respuesta.
8. Se tienen 2 alambres perpendiculares entre sí e iguales en longitud, por los cuales
pasan corrientes iguales con sentido positivo en cada una de ellas según un eje
cartesiano. Determine:
a. Los cuadrantes en el cual ambos campos se junten
b. Los cuadrantes en el cual ambos se separan
c. La dirección de campo magnético en cada cuadrante.
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6. ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL
FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y MATEMÁTICAS
DEPARTAMENTO DE FÍSICA
LABORATORIO DE FÍSICA C
REPORTE DE PRÁCTICA
PRODUCCION DE CAMPOS MAGNÉTICOS
Nombre:
Paralelo:
Prueba de entrada:
Actuación:
Reporte de práctica:
Prueba de Salida:
TOTAL:
Fecha:
1. Experimento de Oersted
a.
Antes de cerrar el switch ¿cuál era la orientación de la aguja?
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___________________________________________________________________
b. Explique por qué gira la aguja cuando hay corriente en el conductor
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___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
c. Realice un dibujo de la orientación del campo magnético al energizar el
circuito antes y después de cambiar la polaridad de la fuente. Además
especifique si el giro de la aguja fue horario o anti horario.
Polaridad en figura 11.5
Polaridad invertida
Sentido de giro de la
aguja:
Sentido de giro de la
aguja:
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7. 2. Fuerza magnética sobre un conductor con corriente dentro de un campo
magnético constante.
a. Explique lo sucedido al cerrar el switch
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______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
b. Explique lo sucedido al cambiar la polaridad de la fuente
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
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c. Realice un dibujo especificando la dirección del campo magnético, corriente y
fuerza magnética en ambas configuraciones.
3. Líneas de campo magnético en una bobina o solenoide.
a. Realice un dibujo de las líneas de campo magnético formadas por la bobina
Sin núcleo
Con núcleo
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8. b. ¿En qué partes de la bobina hay una mayor concentración de líneas de
campo? Explique por qué sucede esto.
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CONCLUSIONES
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RECOMENDACIONES
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