Practico de campo magnético

1. Nataly Montejo
Física II
Balanza de campo magnético
Resumen/Abstract: Se propone una actividad experimental pasible de
realizarse en cursos de física de nivel medio, especialmente en el curso de tercero año de
bachillerato. La actividad permite verificar relaciones entre cuantías vinculadas a la fuerza
de origen magnético que experimenta una corriente eléctrica.
Palabras clave: Física, ciencia, experimental, práctico, campo magnético, fuerza
magnética, conductor recto.
Objetivo: Determinar el valor de la permeabilidad magnética del vacío a partir de la
medición de fuerzas sobre un conductor en un campo magnético.
Introducción: En las actividades experimentales de la formación docente de
segundo año que realiza el Consejo de Formación en Educación (CFE), se recomienda
realizar investigaciones sobre campo magnético. Se ha optado por utilizar materiales
sencillos para realizar este experimento. Este tipo de actividad experimental permite el uso
de herramientas de regresión lineal que se encuentran en programas de acceso regular u
otras aplicaciones para analizar la información recopilada. En este caso, se ha utilizado el
programa Excel para el análisis de datos. Para realizar este análisis práctico se necesita
fundamentos teóricos, sobre Fuerza magnética.

2. Nataly Montejo
Física II
Solenoide
Un solenoide es cualquier dispositivo físico capaz de crear un campo magnético
sumamente uniforme e intenso en su interior, y muy débil en el exterior. Un ejemplo teórico
es el de una bobina de hilo conductor aislado y enrollado helicoidalmente, de longitud
indeterminada.
La bobina está hecha de muchas vueltas de alambre de cobre bien enrollado. Cuando una
corriente eléctrica fluye a través de este cable, se crea un fuerte campo/flujo magnético.
Por otro lado, la carcasa, generalmente de hierro o acero, rodea la bobina concentrando el
campo magnético generado. El émbolo es atraído hacia los topes (en un tira y afloja
continuo) a través de la concentración del campo magnético que proporciona la fuerza
mecánica para realizar el trabajo.
Por lo general, su cuerpo está fabricado en plástico, aluminio, latón o acero inoxidable.
Estos elementos se eligen porque no son magnéticos y pueden trabajar con los fluidos o
gases que regulan. Además, pueden funcionar con corriente alterna (CA) o continua (CC),
lo que los hace versátiles para muchas máquinas. No entraremos en las ecuaciones
detalladas, pero podemos decir grosso modo que, cuanto más pequeño es el solenoide,
menor es la fuerza que pueden operar.
Ley de Laplace
Fuerza sobre corrientes:
 En un hilo conductor la fuerza magnética es la suma de las fuerzas sobre cada
portador.

3. Nataly Montejo
Física II
 Fuerza sobre un conductor:
 Número de portadores en el segmento:
 Fuerza sobre el segmento:
 En un hilo conductor la fuerza magnética es la suma de las fuerzas sobre cada
portador.
 Fuerza sobre el segmento:

4. Nataly Montejo
Física II
Cuando el radio a del solenoide es mucho más pequeño que su longitud L, el campo
magnético es prácticamente uniforme en el interior del solenoide. Un poco más allá de los
extremos del solenoide el campo magnético se reduce a cero.
El solenoide. Ley de Ampere
Si suponemos que el solenoide es muy largo comparado con el radio de sus espiras, el
campo es aproximadamente uniforme y paralelo al eje en el interior del solenoide y es nulo
fuera del solenoide. En esta aproximación, es aplicable la ley de Ampere.
El primer miembro, es la circulación del campo magnético a lo largo de un camino cerrado
y en el segundo miembro, el término i se refiere a la intensidad que atraviesa dicho camino
cerrado.
Para determinar el campo magnético, aplicando la ley de Ampere, tomamos un camino
cerrado ABCD que sea atravesado por corrientes. La circulación es la suma de cuatro
contribuciones, una por cada lado.

5. Nataly Montejo
Física II
Examinaremos, ahora cada una de las contribuciones a la circulación:
1. Como vemos en la figura, la contribución a la circulación del lado AB es cero ya que
bien son perpendiculares o bien, es nulo en el exterior del solenoide.
2. Lo mismo ocurre en el lado CD.
3. En el lado DA la contribución es cero, ya que el campo en el exterior al solenoide es
cero.
4. El campo es constante y paralelo al lado BC, la contribución a la circulación
es Bx, siendo x la longitud de dicho lado.
La corriente que atraviesa el camino cerrado ABCD se puede calcular fácilmente:
Si hay N espiras en la longitud L del solenoide en la longitud x habrá Nx/L espiras. Como
cada espira trasporta una corriente de intensidad i, la corriente que atraviesa el camino
cerrado ABCD es Nx·i/L.
La ley de Ampere se escribe para el solenoide.

6. Nataly Montejo
Física II
Permeabilidad Magnética
Del mismo modo que el campo eléctrico creado por una carga es inversamente
proporcional al cuadrado de la distancia y a la constante de proporcionalidad K, el valor del
campo magnético creado por un elemento de corriente también es inversamente
proporcional al cuadrado de la distancia y la constante de proporcionalidad es:
Donde es lo que se llama permeabilidad magnética y es una constante que
depende del medio.
En el vacío su valor es:
En el aire el valor de esta es prácticamente el mismo que en el vacío.

7. Nataly Montejo
Física II
Metodología/Procedimiento
Procedimiento: 1- Armar el sistema de tal modo que siga el circuito mostrado en fotos y
que la balanza quede perfectamente montada dentro del solenoide y pueda “balancearse”
sin obstáculos.

8. Nataly Montejo
Física II
2- Asegurarse que, sin corriente, la balanza quede perfectamente equilibrada.
3- Hacer circular una corriente conocida por el solenoide y por el conductor de la balanza,
que están en serie, produciéndose un desequilibrio en la balanza.
4- Colocar en el extremo de la balanza pesas suficientes para volver a equilibrar la
balanza, de modo que el momento del peso sea igual al momento de la fuerza magnética.
5- Calcular el 𝜇 a partir del valor del campo calculado y de la ecuación del campo interno
del solenoide.

9. Nataly Montejo
Física II
Tabla de datos
Balanza Magnética
mg (kg) x10 e-6 Peso (N) x 10 e -5 Int bobina (A) Int cond (A) Int cond (A) Int bobina (A) N espiras Largo (m)
20 20 4,00 0,52 4,00 0,53 540 0,15
50 50 4,00 1,23 4,00 1,31 540 0,15
70 70 4,00 1,75 4,00 1,85 540 0,15
100 100 4,00 2,46 4,00 2,66 540 0,15
110 110 4,00 3,10 4,00 2,93 540 0,15
120 120 4,00 3,28 4,00 3,18 540 0,15
130 130 4,00 3,91 4,00 3,81 540 0,15
160 160 4,00 4,40 4,00 4,39 540 0,15
y = 33.744x + 7.898
R² = 0.9835
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
F
(N)
IC (A)
Fuerza - intensidad del conductor

10. Nataly Montejo
Física II
y = 35.308x + 3.8162
R² = 0.9927
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
F
(N)
I bob (A)
Fuerza - I bobina

11. Nataly Montejo
Física II
Cálculos:
Calculando error: Valor esperado – valor obtenido
-------------------------------------------
Valor esperado * 100
12.5 -9.26 / 12.5*100 = 0.00259 % Porcentaje de error

12. Nataly Montejo
Física II
12.5 – 8.33/12.5*100= 0.00333 % porcentaje de error

13. Nataly Montejo
Física II
12.5 - 7.40 / 12.5* 100 = 0.00408 % porcentaje de error

14. Nataly Montejo
Física II
Conclusiones:
A través de las gráficas lo primero que podemos verificar es qué campo e intensidad
son directamente proporcionales.
La constante de vacío tiene un valor aproximado de 12 x10 e -7, a través de este
experimento llegamos a un resultado allegado por medio de analizar las pendientes de las
dos gráficas armadas, nos dio el mismo orden, pero no exactamente el mismo valor
numérico, esto se debe a que hubo errores en el experimento, las pesas utilizadas talvez
no eran exactas en sus pesos descriptos y el hecho de que para equilibrar nuestra balanza
se realizó un estimativo a ojo, no con un instrumento preciso.
Bibliografía
http://www.unet.edu.ve/gilbpar/images/LIBROS_FISICA/Sears_Zemansky_LIBRO-
signed.pdf
https://educalingo.com/es/dic-
es/solenoide#:~:text=Un%20solenoide%20es%20cualquier%20dispositivo,enrollado%20hel
icoidalmente%2C%20de%20longitud%20infinita.
https://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Laplace