Guia Lab.fisica III

Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física IIIIII

UNIVERSIDAD NACIONA MA!OR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, DECANA DE AMERICA) AMERICA)

FACU"AD DE CIENCIAS F#SICAS A$ORA"ORIO DE EEC"RICIDAD ! MA%NE"ISMO

Decano

Ms. Máximo Poma Torres

Coordinador de DAI

Ms. !"cas Alvarado Pinedo

#e$e del !a%ora&orio de 'sica III

!ic. iviano Miramira Ti"la

Man"al de !a%ora&orio de 'sica III *+ ava Edicin

DAI - C - UNMM

Direcci&n y edici&n general iviano Miramira Ti"la  A"/"rio 0avala Tr"1illo 2il%er&o 3ac&a4o 3ac&a4o  Arn"l$o 2"ill5n 2"evara

6"eda ro7i%ida la rerod"ccin &o&al o arcial de la resen&e o%ra sin consen&imien&o exreso del a"&or, con arre/lo a la le/islacin vi/en&e nacional re sec&o a Derec7os de A"&or 

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Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física IIIIII

Índice Metas de aprendizaje del manual de laboratorio de electricidad y magnetismo

Exeri Exerienc encia ia N8 N8 *

Car/a Car/ass el5 el5c&r c&rica icass 4 c"ero c"eross ele elec&r c&ri9a i9ados dos

Exerien Exeriencia cia N8 N8 :

Uso de ins&r" ins&r"men& men&aci acin n 4 ma&er ma&eriale ialess en elec&r elec&ricid icidad ad

Exe Exeri rien enci cia a N8 N8 ;

Cam Camo o el5 el5c& c&ri rico co

Exeriencia N8 +

!e4 de

Resi Resis& s&en enci cia a varia varia%l %le e

Exeri Exerienc encia ia N8 ? Conde Condensa nsador dores es Exeri Exerienc encia ia N8 @

El "en&e "en&e de 7ea&s 7ea&s&on &one e

Exeri Exerienc encia ia N8 N8 B

Camo Camo ma/n5 ma/n5&ic &ico o &erre &erres&r s&re e

Exerien Exeriencia cia N8 * Ind"ccin Ind"ccin elec&ro elec&roma/n ma/n5&ica 5&ica 4 &rans$o &rans$ormad rmadores ores

!ima, A%ril A%ril del :*?

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+

Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física IIIIII

Metas de Aprendizaje del manual de Laboratorio de Física III !os D. Conec&e la máF"ina de Jan De 2raa$$, a la $"en&e de :=J de C.A. Ten/a c"idado, si &iene d"das cons"l&e al ro$esor. *?. Una ve9 enc encendi endida da,, la $a1a a1a ver&ic &ical comen9ará a /irar, iden&i$iF"e el si/no de la car/a de la es$era, con la a4"da de "n elec&roscoio, ano&e lo o%servado. *@. *@. U&ilic U&ilice e los disos disosi&i i&ivos vos e$ec&" e$ec&"ados ados en los rocesos del B al *?, ano&e lo o%servado.

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Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III

*B. AcerF"e el elec&roscoio len&amen&e a la es$era 4 ano&e el máximo valor del án/"lo F"e se desv'a las 7o1"elas.

$6 9NDUO E9C"RICO6 *. AcerF"e c"alF"iera de las %arras, sin $ro&arla, a la es$era de &ecnoor& F"e es&á s"sendida en el 5nd"lo el5c&rico como m"es&ra la il"s&racin =. Ano&e lo o%servado. :. ro&e la %arra de ace&a&o con el ao de seda, "e/ol ac5rF"ela a la es$era de &ecnoor&. Rei&a la oeracin $ro&ando la %arra de vinili&o. Ano&e s"s o%servaciones. ;. Pon/a $ren&e a $ren&e dos es$eras de &ecnoor& s"sendidas en los 5nd"los el5c&ricos. A con&in"acin $ro&e la %arrade vinili&o con el ao de lana, l"e/o &oF"e a la es$era * 4 a la es$era :. Ano&e s"s o%servaciones.

i/. =. In&eraccin en&re las %arras car/adas 4 la es$era de &ecnoor&.

+. ro&e n"evamen&e la %arra de ace&a&o con el ao de seda 4 la %arra de vinili&o con el ao de lana 4 &oF"e la es$era * con la %arra de ace&a&o 4 a la es$era : con la %arra de vinili&o.  Ano&e s"s o%servaciones. =. Asi/ne el nom%re F"e "s&ed desee a las car/as el5c&ricas o%&enidas en los asos ; 4 +. >. ro&e n"evamen&e la %arra de ace&a&o con el ao de seda, l"e/o &oF"e la es$era * 4 la es$era :. Ano&e s"s o%servaciones. ?. ro&e n"evamen&e la %arra de vinili&o con el ao de lana, l"e/o ac5rF"ela a la es$era * 4 es$era :. Ano&e s"s o%servaciones @. AcerF"e sin &ocar la %arra de ace&a&o a la es$era *, sim"l&áneamen&e acerF"e sin &ocar. la %arra de vinili&o a la es$era :. Ano&e s"s o%servaciones. B. !a il"s&racin ; nos m"es&ra "n elec&roscoio, aara&o F"e nos ermi&e o%servar si "n c"ero es&á elec&ri9ado o no lo es&á. AcerF"e la %a rra de ace&a&o reviamen&e $ro&ada con el ao de seda a la es$era me&álica del elec&roscoio. Ano&e s"s o%servaciones. *. Man&eniendo cerca de la es$era me&álica, la %ar ra de ace&a&o, coloF"e "n dedo de s" mano so%re la es$era. Ano&e s"s o%servaciones. **. Man&eniendo cerca de la es$era me&álica la %arr a de ace&a&o, re&ire el dedo F"e 7a%'a colocado so%re ella. Ano&e s"s o%servaciones. *:. Re&ire la %arra de ace&a&o de la vecindad de la es$era me&álica. Ano&e s"s o%servaciones. *;. Rei&a los asos ?, @, B 4 * con la %arra de vinili&o F"e 7a sido reviamen&e $ro&ada con el ao de lana.

167 CUES"IONARIO *. QCmo "ede "s&ed de&erminar el si/no de las car/as de las es$eras de &ecnoor&, exliF"e. :. En las exeriencias e$ec&"adas, Qcmo odr'a alicar el rinciio de s"erosicin ExliF"e. ;. Del exerimen&o reali9ado, Qse "ede ded"cir F"5 &io de car/a se &raslada de "n c"ero a o&ro

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Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III

+. En"ncie los &ios de elec&ri9acin, exliF"e cada caso. =. QPor F"5 el c"ero 7"mano es "n %"en cond"c&or de la elec&ricidad ExliF"e de&alladamen&e. >. En la il"s&racin > considere F"e la %ola * &iene "na car/a 6 4 la %ola : es&á descar/ada. Considere adem ás F"e las %olas &iene i/"al radio r. Q6"5 s"cederá ?. i/"iendo con la il"s&racin >, s"on/a F"e median&e al/ún desli9amien&o del 7ilo la es$era *, F"e con&iene "na car/a 6, se one en con&ac&o con la es$era :, F"e es&á descar/ada Q6"5 es lo F"e se o%servará. QC"ál será la ca r/a F"e adF"iere de la es$era :

*

:

Figura. 6

@. Resec&o a la re/"n&a =, s"on/a a7ora F"e la %ola * &iene "n radio :r 4 la %ola : "n radio r. i la %ola *, F"e con&iene "na car/a 6, se one en con&ac&o con la %ola : QC"ál será la car/a F"e adF"iere de la es$era : B. En "n exerimen&o de elec&ros&á&ica se o%serva F"e la dis&ancia en&re las es$eras id5n&icas * 4 :, inicialmen&e descar/adas es de *: cm, (Il"s&racin >). !"e/o de &ransmi&irles la misma car/a q a am%as es$eras es&as se searan 7as&a *> cm. QC"á l es el valor de es&a car/a, si la masa de cada "na de ellas es de = / 4 la lon/i&"d de los 7ilos en los F"e es&án s"sendidas las es$eras es de ; cm *. Un o%1e&o car/ado osi&ivamen&e se acerca a la es$era de "n elec&roscoio 4 se o%serva F"e las laminillas se cierran 4 c"ando se si/"e acercando, sin &ocar la es$era, de ron&o las 7o1"elas se a%ren. Q6"5 &io de car/a &iene el elec&roscoio **. 6"e $"ncin c"mle las %o&ellas de !e4den en la máF"ina de ims7"rs&, exliF"e de&alladamen&e. *:. D"ran&e el "so del /enerador elec&ros&á&ico s e erci%e "n color carac&er's&ico, inves&i/"e a F"e se de%e. ExliF"e de&alladamen&e. *;. ExliF"e el oder de las "n&as, 4 s"s alicaciones *+. Mencione al menos = alicaciones del eF"io de Jan De 2raa$$.

867 CONCUSIONES ! SU%ERENCIAS.

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'+

Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III

Uso de instrumentacion y materiales en electricidad E3,eriencia N4 *

'6 O$5E"IVOS. *. Conocer el mane1o de ins&r"men&os 4 ma&eriales de "so corrien&e en los exerimen&os de elec&ricidad 4 ma/ne&ismo. :. Conocer el área de oeracin de los ins&r"men&os 4 de&erminar s"s lec&"ras. ;. Arender a mon&ar circ"i&o sencillo 4 medicin de &ensin 4 corrien&e el5c&rica. +. Iden&i$icacin de los valores de resis&encia.

*6 MA"ERIAES6 ITEMA UNITRSIN. En el c"al odemos &ener los Ins&r"men&os Jir&"ales como "na $"en&e de corrien&e con&in"a, vol&'me&ro, amer'me&ro, osciloscoio.

+6 FUNDAMEN"O "EORICO C J

+ Ca%les de conexin.

P"n&a de r"e%a

#"e/o de Elec&rodos de

Co%re

3.-6

FUNDAMEN"O "EJRICO

Cam,o El2ctrico !as $"er9as e1ercidas en&re s' or las car/as el5c&ricas se de%en a "n campo e$ctrico F"e rodea a cada c"ero some&ido a car/a, 4 c"4a in&ensidad es&á dada or la intensidad de campo % . i a7ora se enc"en&ra "na car/a F den&ro de "n camo el5c&rico (rod"cido or o&ra car/a), en&onces ac&úa so%re la rimera "na $"er9a & . Para la relacin en&re in&ensidad de camo 4 la $"er9a es válida la $rm"laG

 F 

 E 

q !a ma/ni&"d de la in&ensidad de la $"er9a el5c&rica, or lo &an&o, es&á dada or la ec"acinG

 F  V q W E 

'(a)a edici&n

'

Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III

!a $"er9a so%re "na car/a el5c&rica den&ro de "n camo el5c&rico es ma4or mien&ras ma4or sea la in&ensidad del camo el5c&rico, 4 ma4or sea la misma car/a. No o%s&an&e, el camo el5c&rico no slo se ve de&erminado or la ma/ni&"d de la $"er9a F"e ac&úa so%re

L

 

la car/a, sino &am%i5n or s" sentido. Por &an&o, los camos el5c&ricos se reresen&an en $orma de !neas de campo, F"e indican el sen&ido del camo. !a $orma de "n camo el5c&rico es&á aF"' de&erminada or la $orma /eom5&rica de las car/as F"e /eneran el camo, al i/"al F"e or la osicin F"e ado&en en&re ellas. !as l'neas de camo indican, en cada "n&o del mismo, el sen&ido de la $"er9a el5c&rica. Al resec&o, las si/"ien&es imá/enes m"es&ran el ca mo el5c&rico de "na car/a "n&"al osi&iva (i9F"ierda) 4 el de "na car/a "n&"al ne/a&iva (derec7a). !as l'neas de camo se desla9an en es&e caso en $orma de ra4os F"e salen 7acia el ex&erior a ar&ir de la car/a. El sen&ido de las l'neas de camo (indicado or las $lec7as) seala, de ac"erdo a la convencin es&a%lecida, el sen&ido de la $"er9a de "na car/a osi&iva (en cada caso eF"eas car/as "n&"ales en las imá/enes) es&o si/ni$ica F"e las l'neas de camo  ar&en cada ve9 de "na car/a osi&iva (o del in$ini&o) 4 &erminan en "na car/a ne/a&iva (o en el in$ini&o). !a densidad de las l'neas de camo indica corresondien&emen&e la in&ensidad del camo el5c&rico aF"', 5s&a decrece al ale1arse de la car/a "n&"al. i se enc"en&ran car/as osi&ivas 4 ne/a&ivas rear&idas "ni$ormemen&e so%re dos lacas de me&al colocadas $ren&e a $ren&e, en aralelo, como es el caso del condensador de pacas lanas aralelas, en&re am%as s"er$icies se /eneran l'neas de camo el5c&rico aralelas, como se m"es&ra en la $i/"ra si/"ien&e. Es&as l'neas de camo ar&en de la laca con car/a osi&iva 4 &erminan en la laca con car/a ne/a&iva. Dado F"e la densidad de las l'neas de camo, al in&erior del condensador, es i/"al en &odas ar&es, la in&ensidad de camo el5c&rico %  de las lacas es &am%i5n i/"al en &oda la s"er$icie. Un camo el5c&rico de es&a na&"rale9a reci%e el nom%re de campo e$ctrico "omog$neo .

X X X X X X

 Y 

 Y   Y   Y   Y   Y 

No&aG Tam%i5n en el ex&erior del condensador circ"lan l'neas de camo en&re las lacas, las mismas F"e, no o%s&an&e, se c"rvan 4 no se &omará n en c"en&a en lo s"cesivo. Por es&a ra9n, se rescindi de s" reresen&acin. Un c"ero car/ado el5c&ricamen&e ca"sa alrededor de 5l "n camo elec&ros&á&ico. Para de&erminar 4 medir dic7o camo en "n "n&o c"alF"iera es necesario in&rod"cir en las vecindades de dic7o medio o&ro c"ero car/ado, F"e llamaremos car/a r"e%a, 4 medir la $"er9a F"e ac&úe so%re 5l. !a car/a r"e%a q0 se considera lo s"$icien&emen&e eF"ea de manera F"e la dis&orsin F"e s" resencia ca"se en el camo de in&er5s sea desrecia%le. !a $"er9a F"e ac&úa la car/a q0 en reoso en el "n&o  en "n camo el5c&rico esG

 F  q0 E  Para vis"ali9ar la in&ensidad 4 la direccin de "n camo el5c&rico se in&rod"ce el conce&o de l'neas de $"er9a. Es&as son l'neas ima/inarias F"e son &ra9adas &ales F"e s" direccin 4 s" sen&ido en c"alF"ier "n&o serán los del camo el5c &rico en dic7o "n&o. Es&as l'neas de $"er9a

'(a)a edici&n

'G

Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III

de%en di%"1arse de &al manera F"e la densidad de ellas sea roorcional a la ma/ni&"d del camo.

Elec&rodo +

+

+

+

+

+ +

+

E

E

 __ 

 _

_

__ 

_ 

Elec&rodo Dos "n&os A 4  en "n camo elec&ros&á&ico &ienen "na di$erencia de o&encial ZJ, si se reali9a &ra%a1o ara mover "na car/a de "n "n&o a o&ro, es&e &ra%a1o es indeendien&e de la &ra4ec&oria o recorrido esco/ido en&re es&os dos "n&os. E E

*

E

X

J A

J E

F

:

L

E

6

E E E 

ea "n camo el5c&rico E  de%ido a la car/a 6. . QPor F"5 las l'neas de $"er9a de%en $ormar "n án /"lo rec&o con las l'neas eF"io&enciales c"ando las cr"9an ?. El &ra%a1o reali9ado ara &ransor&ar la "nidad de car/a de "n elec&rodo a o&ro esG @. iendo E 

V  B

V   A

, el error a%sol"&o de E esG

d  B. El error rela&ivo de la medida de E esG

*. Q6"5 seme1an9a 4 di$erencia exis&e en&re "n camo el5c&rico 4 "n camo /ravi&a&orio **. i el o&encial el5c&rico es cons&an&e a &rav5s de "na de&erminada re/in del esacio. Q6"5 "ede decirse acerca del camo el5c&rico en la misma ExliF"e.

867 SU%ERENCIAS ! CONCUSIONES

'(a)a edici&n

**

Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III

A.ustes del Am,erímetro A

E! DE O=M E3,eriencia N4 (

167 O$5E"IVOS -Jeri$icar exerimen&almen&e la le4 de _C a X: _C. !a deendencia en $"ncin de la &emera&"ra o%edece a la si/"ien&e ec"acinG

.  G Temera&"ra en H .  G Temera&"ra de re$erencia ) G Cons&an&e deendien&e del ma&erial

'(a)a edici&n

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Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III

!a &emera&"ra de re$erencia 4 la cons&an&e deendien&e ) del comonen&e se "eden &omar  de la corresondien&e 7o1a de da&os. !as &emera&"ras se de%en exresar en Helvin. !a &rans$ormacin de la &emera&"ra a /rados Helvin se reali9a or medio de la ec"acinG T V ( X :?;8C). !as resis&encias NTC oseen "na sensi%ilidad esencialmen&e ma4or F"e los &ermme&ros de resis&encia me&álica. En&re los camos de alicaci n se enc"en&ra &odo &io de medicin 4 con&rol a"&omá&ico de &emera&"ra. !a desven&a1a de m"c7as alicaciones, no o%s&an&e, radica en F"e la c"rva de la resis&encia no es lineal sino exonencial. Por &an&o, se de%e llevar a ca%o "na lineali9acin de dic7a c"rva. !a &a%la si/"ien&e m"es&ra, a manera de e1emlo, los valores %ásicos de "na resis&encia NTC, con "na &emera&"ra de re$erencia de .  V :=8C 4 "n valor de resis&encia corresondien&e d e # := V = ^. Ta%la *G Jalores %ásicos de "na resis&encia NTC. (R := V =^) Temera&"ra

de medicin



:

:=

+

>

@

*

*:

en 8C

Jalores

%ásicos en o7mios

*>;:= >:+= = :>>; *:++ >:?,= ;;B *B+,?

!a ima/en si/"ien&e m"es&ra la carac&er's&ica corresondien&e (c"rva ro1a) 1"n&o con la carac&er's&ica de "na resis&encia F"e &iene "n valor de re$erencia de * ^ (c"rva a9"l).

'(a)a edici&n

+*

Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III

(67 ROCEDIMIEN"O Característica estBtica de resistencia En el exerimen&o si/"ien&e se de%e anali9ar la res"es&a de las resis&encias NTC. Para ello se re/is&rará la carac&er's&ica de "na resis&encia de es&e &io 4 se disc"&irán los osi%les ran/os de alicacin de es&e &io de resis&encias. Mon&e el circ"i&o exerimen&al F"e se reresen&a a con&in"acin en la seccin II de la &ar1e&a de exerimen&acin . Ano&e &odos los valores de medicin en la &a%la :. medida

TA!A : "abla */

$7 '

$7*

Di)isor I-Huierdo

U$  V

U'  V

U* V

Di)isor   DerecIo

U'  V

U* V

UD  V

COMRO$ACIJN ANAJ%ICA DE UEN"E DE . Comle&e la &a%la *. TABLA & Caa !e Res"stenc"a R 1 ()*+,

Porcentae !e Error  

Res"stenc"a Lon#"t$! !e% &"%o

'e!"!a ()*,

 E   E  t 

e

100/



 E t 

L 2

(c,

L 4

(c.,

Con e% E$"o

C!"#o !e Co%ores

167 CUES"IONARIO6 *. #"s&i$iF"e la exresin (+) "&ili9ando las le4es de Hirc77o$$. :. QC"áles cree F"e 7an sido las osi%les $"en&es de error en la exeriencia reali9ada ;. QCmo cree F"e odr'a evi&ar es&as $"en&es de error +. ExliF"e Ud. F"5 condiciones $'sicas exis&en c"ando no asa corrien&e or el

'(a)a edici&n

(1

Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III

/alvanme&ro. =. QC"áles son los $ac&ores F"e in$l"4en en la re cisin del "en&e de 7ea&s&one al &ra&ar  de conocer el valor de "na resis&encia desconocida QPor F"5 >. QC"ál ser'a la máxima resis&encia F"e se odr' a medir con el "en&e de 7ea&s&one !a máxima resis&encia F"e "ede medirse con e l circ"i&o &io "en&e es

?. QPor F"5 circ"la corrien&e or el /alvanme&roc"ando el "en&e no es&á en condiciones de eF"ili%rio ExliF"e de&alladamen&e. @. QC"áles son las ven&a1as 4 desven&a1as de "sar el "en&e QPor F"5

'(a)a edici&n

(8

Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III

Cam,o Magn2tico "errestre Com,onente =ori-ontal E3,eriencia No G MA%NE"ISMO El ma/ne&ismo es "n $enmeno $'sico carac&eri9ado or el 7ec7o de F"e, los c"eros F"e oseen es&a roiedad, e1ercen $"er9as de a&raccin 4 re"lsin so%re o&ros o%1e&os. De&erminados ma&eriales oseen carac&er's&icas ma/n5&icas 4 se conocen or &an&o como imanes o ma/ne&os. Todo imán &iene dos olosG el ,olo norte  4 el ,olo sur  (diolo ma/n5&ico). e/"ramen&e, "s&ed conoce las si/"ien&es $ormas de imanesG  Am%os olos a&raen o%1e&os F"e, or lo menos arcialmen&e, es&án cons&i&"idos or ma&eriales $er roma/n5&icos.

Materiales magn2ticos Materiales diamagnéticos

Pla&a, co%re, %ism"&o, a/"a. Os&os a&enúan m"4 oco el camo, es decir, no son ma/n5&icos. Materiales ferromagnéticos

Kierro, co%al&o, n'F"el. Os&os in&ensi$ican el camo considera%lemen&e. Materiales paramagnéticos

Pla&ino, al"minio, aire. Os&os in&ensi$ican el camo m"4 levemen&e.

Cam,o magn2tico de la "ierra Kaciendo "na simli$icacin, la Tierra se "ede considerar como "n imán de %arra, F"e e1erce "na $"er9a de a&raccin 4 re"lsin so%re o&ros imanes . Por es&a ra9n, como %ien se sa%e, la a/"1a iman&ada de "na %rú1"la se orien&a 7acia los olos de la &ierra, a lo lar/o de las l'neas de camo. Tam%i5n arece F"e al/"nos animales, como las alomas, "&ili9an el camo ma/n5&ico de la &ierra ara orien&arse. El olo nor&e de "na %rú1"la indica aroximadamen&e la direccin del olo nor&e /eo/rá$ico. En es&e caso, aaren&emen&e, exis&e "na con&radiccin con la re/la de los olos (olos o"es&os V a&raccin). En realidad, el imán de %arra &erres&re se enc"en&ra olari9ado inversamen&e, es&á con&enido en el núcleo l'F"ido ex&erior de la &ierra 4 &iene "na inclinacin de "nos *:8 con resec&o al e1e de ro&acin de la Tierra.

Origen del campo magnético terrestre El núcleo in&erno de la &ierra es slido 4 el núcle o ex&erno es l'F"ido. En el núcleo l'F"ido ex&erior se rod"ce la conveccin (movimien&o circ"lar) de la me9cla l'F"ida de 7ierro, n'F"el 4 a9"$re, lo F"e ca"sa "na corrien&e el5c&rica de ma/ni&"d inima/ina%le. Es&o ori/ina "na ind"ccin elec&roma/n5&ica en el núcleo de la Tierra, F"e rod"ce, a s" ve9, "n /i/an&esco camo ma/n5&ico.

'(a)a edici&n

(?

Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III

a brQ.ula Una %rú1"la cons&a %ásicamen&e de "n imán ao4ado s o%re el cen&ro del e1e, lo F"e le ermi&e ro&ar li%remen&e. Por lo /eneral, la %rú1"la &iene "na $orma eF"ea 4 s"s ex&remos &erminan en "n&a. Por es&a ra9n se 7a%la de la a/"1a iman&ada de la %rú1"la. a1o el e $ec&o del camo ma/n5&ico de la Tierra, la a/"1a se orien&a si/"iendo el sen&ido de las l'neas de camo. Es decir, el olo nor&e de la %rú1 "la seala aroximadamen&e en la direccin del olo nor&e /eo/rá$ico U%icacin /eo/rá$ica de los olos En realidad, el olo ma/n5&ico s"r de la Tierra F"eda cerca del olo /eo/rá$ico nor&e. En el maa se "ede "%icar exac&a men&e el olo ma/n5&ico a ?+8 de la&i&"d nor&e 4 *8 de lon/i&"d oes&e. El olo ma/n5&ico nor&e F"eda en el lano exac&amen&e a ?:8 de la&i&"d s"r 4 *==8 de lon/i&"d es&e. e de%e &ener en c"en&a F"e los olos ma/n5&icos se desla9an len&amen&e. !os valores mencionados se re$ieren a mediciones de los aos ?.

CÁLCULO

DEL CAMPO MAGNÉTICO DE LA TIERRA

ColoF"e la %rú1"la so%re la mesa 4 o%serve la direc cin F"e indica la a/"1a. 2ire la %rú1"la ree&idamen&e en di$eren&es direcciones. QCmo se comor&a la a/"1a Conse1oG Man&en/a la %rú1"la ale1ada lo s"$icien&e de los imanes de %arra. A ,= m de dis&ancia, la in$l"encia es &odav'a clara, mien&ras F"e a * m, or lo /eneral, es s"$icien&emen&e escasa . !a a/"1a se orien&a cada ve9 en o&ra direccin. !a a/"1a se orien&a siemre en la misma direccin. En la /rá$ica, la %rú1"la es&á ro&"lada con los "n

&os cardinales. QC"ál es la ro&"lacin correc&a

QC"ál es la olaridad del lado de la a/"1a ma/n5&ic a F"e se orien&a 7acia el olo nor&e /eo/rá$ico

*6

O$5E"IVOS · · ·

De&erminar las carac&er's&icas del camo ma/n5&ico de la Tierra. De&erminar la comonen&e 7ori9on&al del camo ma/n5&ico &erres&re en el la%ora&orio.  Anali9ar el comor&amien&o de "na %arra ma/n5&ica en "n camo ma/n5&ico.

'(a)a edici&n

(

Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III

*6

MA"ERIAES

+6 FUNDAMEN"O "EJRICO Es m"4 conocido F"e la a/"1a de "na %rú1"la se orien&a de s"r a nor&e de%ido al camo ma/n5&ico &erres&re. !a Tierra se comor&a como "n /i/an&esco imán. !a a/"1a ma/n5&ica de la %rú1"la se orien&a se/ún las l'neas del camo ma/n5&ico de la Tierra, las c"ales no coinciden exac&amen&e con las l'neas del meridiano /eo/rá$ico. i/. * El án/"lo F"e $orma el Meridiano Ma/n5&ico resec&o de la direccin del meridiano /eo/rá$ico se llama declinaci&n magn2tica D0 4 "ede es&ar osicionado a la i9F"ierda () o a la derec7a (E) del meridiano /eo/rá$ico. Por c onvencin se es&a%leci F"e las declinaciones ma/n5&icas osicionadas al  (oes&e) del meridiano /eo/rá$ico F"e asa or el l"/ar serán Negati)as (D ) 4 las F"e es&5n a la derec7a o E (es&e) será n ositi)as D L06 Es&"dios reali9ados d"ran&e m"c7os aos ermi&ieron es&a%lecer F"e la D (declinacin ma/n5&ica) man&iene "n sen&ido de crecimien&o o a"men&o de s" valor en /rados 7as&a lle/ar a "n valor máximo F"e man&iene d"ran&e "n er'odo con sidera%le ara comen9ar a decrecer (dismin"cin de s" valor en /rados). !as l'neas de $"er9a salen e in/resan al núcleo de la Tierra a&ravesando la cor&e9a &erres&re, son &an/enciales al meridiano ma/n5&ico. El meridiano ma/n5&ico descri%e "n arco F"e rovoca F"e al in/resar en el olo nor&e ma/n5&ico lo 7a/an en $orma ver&ical a la s"er$icie &erres&re. C"ando la inclinacin es 7ori9on&al las l'neas de $"er9a es&án "%icadas en el Ecuador  Magn2tico 4 a medida F"e se ale1an 7acia los olos se inclinan 7as&a lle/ar a la ver&icalidad en los olos, saliendo del olo s"r e in/resando en el olo nor&e ma/n5&ico. !a in&ensidad del camo ma/n5&ico &erres&re  en "n "n&o dado deende de s"s olos ma/n5&icos 4 es &an/en&e a la l'nea de $"er9a F"e asa or dic7o "n&o. C"ando "na %arra ma/n5&ica s"sendida median&e "n 7ilo m"4 del/ado $ormando "n án/"lo  con la comonen&e 7ori9on&al del camo ma/n5&ico &erres&re, inicia "n movimien&o oscila&orio de%ido al &orF"e rod"cido or la $"er9a ma/n5&ica, como se m"es&ra. i el án/"lo  f *=_ en&onces el movimien&o de la %arra ma/n5&ica se odrá considera r como armnico simle, en es&e caso s" eriodo de oscilacin es&a dado orG

T



2  

 I    B  x

'(a)a edici&n

.

(*)

(G

Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III

Donde, I es el momen&o de inercia de la %arra con resec&o al e1e de ro&acin,  es el momen&o ma/n5&ico de la %arra 4 \ es la comonen&e 7ori9on&al del camo ma/n5&ico &erres&re. Por  de$inicin, el momen&o ma/n5&ico de la %arra es&á dado orG Vm.! (:) donde, m es la  la car/a ma/n5&ica  o &am%i5n llamada masa ma/n5&ica 4 ! es la dis&ancia en&re las masas ma/n5&icas. De la ec"acin (*) se ded"ce F"eG 2

 B x



4   I   T

(;)

2

El momen&o de inercia de "n aralele'edo rec&an/"lar de masa M F"e /ira alrededor de "n e1e, es&á dado orG

 I   M  (a 12

a  

 

2



2

b  ,

(+)

"#$ra 2

Por o&ro lado, la ma/ni&"d del camo ma/n5&ico  de la %arra ma/n5&ica, en el "n&o P, &al como se m"es&ra, se enc"en&ra a ar&ir de la le4 de Co"lom% ara el camo ma/n5&ico, 4 viene dada orG

 B  P 

32kmLd   (4d 2  L2 , 2 ,

(=)

donde, d es la dis&ancia desde el "n&o medio de la %arra al "n&o P (ver i/"ra ;) 4 m es la Wb  masa ma/n5&ica. En el I k  10   Am

B L

Bt 

B 

 5 P !



-

6 "#$ra 3

i la %arra ma/n5&ica se orien&a erendic"larmen&e al camo ma/n5&ico &erres&re, se enc"en&ra F"e, en el "n&o P, el camo ma/n5&ico &o&al,  T, es&á en la direccin como el F"e se m"es&ra en la i/"ra ;. C"ando el án/"lo   V +=_ en&onces el camo ma/n5&ico de la %arra es i/"al a la comonen&e 7ori9on&al del camo ma/n5&ico &erres&re, es decir,  V 7. C"ando es&o oc"rre la ec"acin (=) se &rans$orma enG

'(a)a edici&n

1

Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III

 B x

8  2kId  2 2 T (4d  L ,

(>)



(67 ROCEDIMIEN"OS +.* Examine 4 recono9ca cada "no de los ma&eriales de s" eF"io. Realice las cali%raciones de los eF"ios +.: U&ilice la %alan9a de masas 4 mida el valor de la masa de la %arra ma/n5&ica, M, en ^ilo/ramos. Con el vernier mida las dimensiones, a 4 %, de la %arra ma/n5&ica. A ar&ir  de es&os da&os medidos 7alle el momen&o de inercia de la %arra ma/n5&ica "sando la si/"ien&e exresinG 2 2 a

 b  M 

 I 

(?)

12

 Ano&e &"s res"l&ados en la Ta%la *. MAA M(^/)

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