Electromagnetismo 8

El campo magnético es una región del espacio en la cual una carga eléctrica puntual de valor q que se desplaza a una velocidad , sufre los efectos de una fuerza que es perpendicular y proporcional tanto a la velocidad como al campo, llamada inducción magnética o densidad de flujo magnético. Así, dicha carga percibirá una fuerza descrita con la siguiente igualdad.

(Nótese que tanto F como v y B son magnitudes vectoriales y el producto cruz es un producto vectorial que tiene como resultante un vector perpendicular tanto a v como a B). El módulo de la fuerza resultante será

La existencia de un campo magnético se pone de relieve gracias a la propiedad localizada en el espacio de orientar un magnetómetro (laminilla de acero imantado que puede girar libremente). La aguja de una brújula, que evidencia la existencia del campo magnético terrestre, puede ser considerada un magnetómetro.

1. Investigar cómo son las líneas de inducción del campo magnético B debido a las siguientes configuraciones: a). Un alambre conductor recto. b). Una espira. c). Una bobina circular. d). Una bobina alargada.

1. Una bobina rectangular de 90 vueltas. 2. Veinte agujas magnetizadas, tipo compas. 3. Un solenoide de 50 vueltas. 4. Una fuente de voltaje de 6 Volts y 3 amperes ó su equivalente 1 batería de 6 volts para cada aparato.

1. Seleccione la bobina rectangular de 90 vueltas, la cual servirá para observar el campo magnético que produce un alambre recto. 2. Coloque los alfilerillos magnetizados sobre las agujas del aparato que hacen las veces de punto de apoyo y de eje. 3. Oriente al azar los alfilerillos magnetizados. 4. Presione el botón eléctrico que está en el gabinete del dispositivo, para aplicar una diferencia de potencial de 6 volts a la bobina, lo que producirá una corriente eléctrica en ella.

5.- Observe qué configuración adoptan los alfilerillos y tome nota de ella. Si tiene dudas sobre la misma, vuelva a orientar al azar los alfilerillos y luego presione el botón interruptor para aplicar el voltaje a la bobina.

6.-Seleccione ahora la bobina circular de 50 vueltas. 7. Siga los pasos 2, 3, 4 y 5 para observar las líneas de campo de la bobina circular.

9.-Para la tercera configuración que es el solenoide de 50 vueltas, siga los pasos 2, 3, 4 y 5 para observar las líneas de campo magnético producido por esta disposición.

1. ¿Cuáles son las principales características que observó de las líneas de campo magnético para: a).-El alambre recto. Las Agujas se alinean de forma que forman círculos que envuelven al alambre, aquellas a la misma distancia del alambre corresponden al mismo círculo. Las agujas se colocan por el efecto del campo, de tal forma que son tangentes ala circunferencia antes mencionada. b).-La bobina circular. Las agujas se mueven de forma que al final forman, como se ve en la figura correspondiente, una especie de curvas cerradas que envuelven al alambre, de tal forma que las curvas atraviesan la bobina circular y posteriormente se curvan y vuelven a entrar de nuevo por el circulo del anillo, cerrando finalmente la curva. Las agujas se alinean de forma que son tangentes a las curvas mencionadas. c).-El solenoide. En este caso las agujas se alinean a lo largo de la longitud que caracteriza al solenoide, quedando todas aproximadamente paralelas, como se puede observar en el dibujo. 4. ¿Qué relación existe entre las líneas de campo magnético y el campo magnético en cuanto a su magnitud y dirección? Las líneas son un medio que nos permite en una situación dada decir hacia donde irán dirigidas las fuerzas magnéticas, que pudieran actuar sobre un alambre con corriente o una partícula cargada en movimiento. La magnitud del campo magnético la podemos obtener definiendo la distancia correspondiente del objeto productor del campo magnético, mientras que la dirección del campo magnético, es tangente a las líneas del campo magnético. Siendo las direcciones y las líneas diferentes para cada una de las distintas geometrías estudiadas. 5. ¿Qué tipo de fuerza es la que orienta a los alfilerillos magnetizados? ¿De dónde proviene esta fuerza? Los alfilerillos, poseen entidades que generan campos magnéticos diminutos dirigidos de manera aleatoria. Cuando se expone la aguja al campo, sobre estas entidades se ejercen fuerzas de tal manera que terminan alineando sus líneas de campo con las del campo externo aplicado. Para el caso de las agujas pequeñas, en estas, los diminutos campos se alinean a lo largo de su longitud, y es por eso que su longitud define la dirección del campo magnético externo, en un lugar específico.

6. Si el campo magnético terrestre fueran suficientemente intenso ¿Hacia dónde se orientarían los alfilerillos? Se orientarían de modo que su cabeza o su punta van dirigidos hacia aproximadamente el polo norte terrestre, O el polo sur magnético, es decir quedarían alineados con el meridiano correspondiente que va del polo sur al polo norte de la tierra. 7. ¿Son básicamente similares los alfilerillos a una brújula? Argumente la respuesta. No, Los alfilerillos, no mantiene la configuración interna que adquieren cuando se les aplica un campo externo, es decir su campo magnético no es una propiedad intrínseca del material, sin embargo, existen materiales como el del imán de la brújula que están constantemente magnetizados.

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Durante el experimento se nos prestaron los diferentes artefactos con las geometrías requeridas. Es importante observar que las líneas tuvieron dificultada, para adquirir las alineaciones indicadas, posiblemente, por el desgaste de los dispositivos.

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El alambre recto genera líneas de campo de forma circular que lo envuelven de manera uniforme, y cuya magnitud de campo correspondiente va reduciendo a medida que nos alejamos del alambre.

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El anillo con corriente, genera líneas de campo que entran de manera perpendicular, por el círculo correspondiente, se curvan y vuelven a entrar por el mismo sitio.

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Mientras que el solenoide con corriente, genera en su interior líneas de campo, paralelas y dirigidas a lo largo del solenoide.

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Las direcciones del campo magnético correspondientes en cada punto.

son

tangente

a

las

líneas

8.6 8.7 Cálculos.