BALANZA MAGNETICA

INTRODUCCION

Un solenoide es un arrollado en forma de cilindro. Dicho arrollado se realiza con alambre conductor, cubierto con una capa de barniz aislante. Cuando circula corriente por el conductor, en el interior del solenoide se genera un campo magnético de valor:
B = mo.N.i donde:


L

B: campo interior.
mo : permeabilidad del medio (propiedad del medio en que se propagan los campos magnéticos, en este caso el subíndice o indica vacío).
N : número de vueltas o espiras que conforman el solenoide.
i : intensidad de corriente que circula por el conductor.

OBJETIVO

Observar que las líneas de campo magnético en el interior del solenoide, son longitudinales y que se cumple la regla de la mano derecha.
Determinar si existe campo fuera del solenoide.
Determinar la permeabilidad del vacío.

FUNDAMENTO TEÓRICO

Para lograr el equilibrio de una “balanza” de brazos iguales, es inmediato que las fuerzas aplicadas a cada extremo deben ser iguales.
Nuestra balanza tiene un brazo con un conductor plano enchapado. Dicho conductor se introduce en el solenoide. Cuando circula corriente por el solenoide se genera el campo B referido anteriormente. Dicho campo actúa sobre la corriente que también circula por el conductor plano de la balanza. En este caso se cumplen las condiciones de la ley de Laplace:

F = B.i.l.sena

Analicemos esta fuerza en tramos rectos de conductor:

F12 = B.i.l12.sen 0° = 0
F23 = B.i.l23.sen 90° = B.i.l23
F34 = B.I.l34.sen 180° = 0

De donde surge que la fuerza magnética neta sobre el conductor plano es F23
La misma desequilibra la balanza (a partir de la regla de la mano izquierda) por lo que para lograr el equilibrio aplicamos una fuerza conocida en el otro extremo (p.ej. el peso de una grapa de masa conocida m):

F23 = P = m.g
Sustituyendo F23
B.i.l23 = m.g
Aplicando B solenoide:
( mo.N.i ).i. l23 = m.g
L
Despejando m : mo. l23N.i2 = m
g. L

TECNICA

1. Arma el circuito indicado. Coloca una grapa en el extremo del brazo afuera del solenoide. Varia la corriente con el reóstato hasta lograr el equilibrio de la balanza.
2. Discte cual es la posición de equilibrio.
3. Repite el punto 1 aumentando la masa.
4. Realiza un cuadro de valores masa en función de i. De acuerdo a lo deducido, ambas magnitudes no son directamente proporcionales. Sugiere y realiza una gráfica rectificada.
5. Interpreta la gráfica obtenida. Determina el valor de la permeabilidad magnética del medio con su incertidumbre. Compara este valor con el del vacío.

RAMIRO MARTINEZ

Intensidad de la corriente

La intensidad de la corriente eléctrica es la carga que atraviesa la sección normal S del conductor en la unidad de tiempo. En el estudio del motor iónico vimos el significado de flujo másico y flujo de carga o intensidad.Sea n el número de partículas por unidad de volumen, v la velocidad media de dichas partículas, S la sección del haz y q la carga de cada partícula.

La carga Q que atraviesa la sección normal S en el tiempo t, es la contenida en un cilindro de sección S y longitud v·t.

Carga Q= (número de partículas por unidad de volumen n)·(carga de cada partícula q)· (volumen del cilindro Svt)
Q=n·qS·v·t
Dividiendo Q entre el tiempo t obtenemos la intensidad de la corriente eléctrica.
i=nqvS

La intensidad es el flujo de carga o la carga que atraviesa la sección normal S en la unidad de tiempo, que es el producto de los siguientes términos:
·Número de partículas por unidad de volumen, n
·La carga de cada partícula, q.
·El área de la sección normal, S
·La velocidad media de las partículas, v.

Fuerza sobre una porción de conductor rectilíneo.

En el espectrómetro de masas o en el ciclotrón, ya hemos estudiado la fuerza que ejerce un campo magnético sobre un portador de carga y el movimiento que produce.

En la figura, se muestra la dirección y sentido de la fuerza que ejerce el campo magnético B sobre un portador de carga positivo q, que se mueve hacia la izquierda con velocidad v.

Calculemos la fuerza sobre todos los portadores (nSL) de carga contenidos en la longitud L del conductor.

El vector unitario ut=v/v tiene la misma dirección y sentido que el vector velocidad, o el sentido en el que se mueven los portadores de carga positiva.
En el caso de que el conductor no sea rectilíneo, o el campo magnético no se constante, se ha de calcular la fuerza sobre un elemento de corriente dl

·Las componentes de dicha fuerza dFx y dFy
·Se ha de comprobar si hay simetría de modo que alguna de las componentes sea nula
·Finalmente, se calculará por integración las componentes de la fuerza total F

Actividades

Para demostrar la fuerza que ejerce un campo magnético sobre una corriente eléctrica se construye un dispositivo consistente en un potente imán que produce un campo de 500 gauss o B=0.05 T, sobre cuyo polo norte se pegan dos raíles hechos con láminas de cobre. La porción de conductor es una varilla de cobre de L=15 cm de longitud.
La corriente se suministra mediante una descarga en arco de i=60 A. La corriente y el campo son perpendiculares, por lo que la fuerza sobre la varilla es
Fm=iBL=0.05·60·0.15=0.45 N
Si la masa de la varilla es de 1.35 g, su aceleración es de 333.3 m/s2. Las elevadas aceleraciones conseguidas podrían sugerir que se podría emplear la varilla como proyectil de un cañón electromagnético.
La velocidad de la varilla al final de los raíles de 50 cm es
Se introduce
La intensidad del campo magnético (gauss), en el control de edición titulado Campo magnético
Intensidad de la corriente (A), en el control de edición titulado Intensidad
Longitud de la varilla, entre 5 y 20 cm, en el control de edición titulado Longitud
Masa de la varilla (g), en el control de edición titulado Masa
Se pulsa el botón titulado Empieza,
Se observa el movimiento de la varilla. En la parte superior del applet, se nos informa de la posición y velocidad de la varilla en función del tiempo.
Pulsando en el botón titulado Pausa, se detiene el movimiento y se muestra el vector campo B, el sentido de la corriente, y el vector fuerza F sobre la varilla. Para que la varilla continúe su movimiento se pulsa el mismo botón titulado ahora Continua.

laura churi

EXPERIMENTO DE OERSTED

Relación entre magnetismo y electricidad

Ensayos que abren el conocimiento del "ELECTROMAGNETISMO"

Stephen Gray había descubierto que la electricidad se desplaza a través de los conductores. William Watson (1715-1787) y Benjamín Franklin (1706-1790) investigan la carga y el movimiento eléctrico. Cavendish y Coulomb definen los conceptos de "potencial" y carga o "masa eléctrica". Basándose en las experiencias de Luigi Galvani (1737-1798) Alessandro Volta (1745-1827) fabrica la pila eléctrica, con ella se consigue una electricidad más manipulable y de mayor intensidad y menor voltaje, que la ya conocida, de las máquinas electrostáticas, estos conocimientos facilitarán a Oersted sus investigaciones posteriores. Se intuía la relación entre el magnetismo y la electricidad, por los fenómenos similares que comparten, como, polaridad, inducción, atracciones y repulsiones, pero era difícil comprobarlo, porque los fenómenos de alta tensión de la electricidad estática, disimulaban los posibles efectos magnéticos (que confirmarían dicha relación). Investigando con la electro-química correspondió a Hans Christian Oersted (1777-1851) la confirmación de esta hipótesis, a través, de su famoso experimento, consistente, en la observación de, cómo se desvía una aguja imantada, colocada paralela y junto a un conductor, cuando se hace circular por él una corriente eléctrica. En el espacio a continuación dedicado a este investigador intentaremos despejar algunas cuestiones que se interpretan incorrectamente:

HANS CHRISTIAN OERSTED

SU FAMOSO EXPERIMENTO

Bajo dos formas sencillas:

1ª forma Un conductor, por el que se hace circular la corriente y bajo el cual se sitúa una brújula, tal y como muestra la figura

2ª forma Este segundo experimento es igual en todo el anterior, pero sustituyendo el puente y conductor uní-filiar por una bobina al aire, colocando la brújula en el centro de la bobina, conseguimos aumentar el campo magnético, y los efectos son más visibles. "Schweigger" con un experimento parecido descubrió el "multiplicador" conducente a los aparatos de medida, lo que nos demuestra que los avances siguen un camino preparado y basado en las investigaciones precedentes.

Observaciones y precisiones en el
Experimento de Oersted

Si retrocedemos al tiempo, de aquel contexto, veremos a los investigadores manipulando innumerables veces, tanto la barra frotada como los imanes, la brújula y los conductores, con el afán de descubrir alguna relación entre magnetismo y electricidad. Los fenómenos de la electricidad estática, tenían analogía con los producidos por el magnetismo, pero no se había podido hallar una interacción entre ambas energías, o sea, que la electricidad produjera magnetismo o el magnetismo electricidad.La transmisión por conductores era un punto en común entre las dos electricidades, pero había que encontrar efectos magnéticos en la nueva electricidad, con la esperanza de que fuera el nexo de unión entre magnetismo y electricidad. Cuando Oersted observo que la brújula se movía al circular una corriente por un conductor próximo a ella, no le fue fácil interpretarlo, ¿podía ser este movimiento por la misma electricidad, y no por el magnetismo?, porque la electricidad también mueve la brújula cuando se le aproxima una carga estática, por ejemplo, la de una barra frotada. Por este motivo tampoco hoy día podemos decir, está claro, que, en el experimento de Oersted, la aguja imantada se mueve reaccionando a fenómenos magnéticos. La solución vino de la observación, la brújula se comporta de diferente manera, ante un campo de electricidad estática, que ante un imán; puesto que cuando aproximamos la barra electrizada a la brújula, la atrae, sin diferenciar los polos magnéticos de dicha brújula (lo mismo por el polo norte que por el sur que por el centro), a diferencia de lo que sucede cuando se le aproxima un imán, este atrae a la brújula, orientándola en sentido inverso de sus respectivas polaridades y al invertir el imán, la brújula gira 180º, ofreciendo el otro polo. La brújula en el experimento de Oersted responde a este último criterio, se orienta como influenciada por un campo magnético que se ha creado, y si invertimos los polos de la fuente de alimentación, al cambiar con ello el sentido del campo magnético la brújula gira 180º, quedaba claro por primera vez la relación entre magnetismo y electricidadPosteriormente, se buscó una respuesta de inducción eléctrica por el magnetismo, creyendo en la reversibilidad del experimento de Oersted y con la esperanza de producir electricidad por el magnetismo, tampoco fue fácil, ya que cuando aquellos precursores del conocimiento actual aproximaban un imán a un conductor, la insignificante electricidad que se inducía era inconmensurable. La solución fue aumentar la cantidad de conductor que iba a ser influido por el campo magnético, empleando bobinas, para que los efectos fueran apreciables. Por ello se llamó multiplicadores a las primeras bobinas diseñadas con tal objeto. Lo expuesto, hace comprensible, que el primer resultado positivo de inducción por magnetismo que obtuvo Faraday, no fuese con un imán sino con un electroimán o multiplicador.

Natalia Aldao 6º Agronomia

Ley de Lenz
El sentido de la corriente que circula por la espira del experimento de Faraday-Henry se define según la llamada ley de Lenz (por el físico estonio Heinrich Lenz, 1804- 1865): la corriente inducida por un campo magnético variable adopta el sentido por el cual tiende a oponerse a la causa que la provoca.

Según la ley de Lenz, al acercar el imán al circuito se genera una corriente que induce un campo magnético que repele al imán (a). Cuando la barra imantada se aleja (b), la corriente generada engendra un campo que tiende a atraer al imán hacia el circuito

Unificación de las leyes de Faraday y Lenz
Para unir las leyes de Lenz y Faraday en un único principio se define el concepto de espira orientada que es aquella en la que se ha establecido una cara privilegiada, llamada principal o positiva, donde se orienta el vector superficie . Entonces:
La f.e.m. inducida en la espira es positiva cuando la corriente generada tiene el sentido de las agujas del reloj, y negativa en sentido contrario.
El flujo magnético que atraviesa una espira orientada es igual a , siempre que sea el vector representativo de la cara positiva.
Energía magnética almacenada en un solenoide
Una consecuencia interesante de las leyes de Faraday y Lenz es la posibilidad de calcular la energía magnética que puede almacenar un solenoide dentro de un circuito. Esta energía viene dada por la expresión:

siendo L el coeficiente de autoinducción e I0 el régimen de intensidad o valor de la corriente que se alcanza después de cerrar el circuito.

Unidad de flujo magnético

El campo magnético cambia de signo cuando se pasa de una cara a otra de la espira, ya que se modifica entonces el sentido de su vector de superficie representativo (en la dirección perpendicular).
El flujo magnético se mide en el Sistema Internacional en una unidad llamada weber (símbolo Wb), que equivale a un campo magnético de un tesla (T) aplicado sobre una superficie de un metro cuadrado. Es decir: 1 Wb = 1 T / 1 m 2 .

El campo magnético cambia de signo cuando se pasa de una cara a otra de la espira, ya que se modifica entonces el sentido de su vector de superficie representativo (en la dirección perpendicular

Inducción mutua
Cuando se sitúan próximos dos circuitos eléctricos por los que fluye una corriente variable, cada uno induce en el otro una f.e.m. que, según la ley de Lenz, tiende a oponerse a la f.e.m. que

genera la corriente original del circuito. Este fenómeno se conoce como inducción mutua)

Autoinducción
Cuando por un circuito aislado fluye una corriente eléctrica variable, se engendra un campo magnético también variable que induce, a su vez, una corriente eléctrica sobre el propio circuito. La f.e.m. inducida tiende a oponerse a la original del circuito, en un fenómeno llamado autoinducción.Un solenoide con un número total de espiras N, un número de espiras por unidad de longitud n y un área de espira A tiene un coeficiente de autoinducción L = m0NnA. El coeficiente de autoinducción se mide en henrios (símbolo H).

Laura Churi

LEY DE FARADAY

La Ley de inducción electromagnética de Faraday (o simplemente Ley de Faraday) se basa en los experimentos que Michael Faraday realizó en 1831 y establece que el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito como borde

donde es el campo eléctrico, es el elemento infinitesimal del contorno C, es la densidad de campo magnético y S es una superficie arbitraria, cuyo borde es C. Las direcciones del contorno C y de están dadas por la regla de la mano izquierda.
La permutación de la integral de superficie y la derivada temporal se puede hacer siempre y cuando la superficie de integración no cambie con el tiempo.
Por medio del teorema de Stokes puede obtenerse una forma diferencial de esta ley:

Ésta es una de las ecuaciones de Maxwell, las cuales conforman las ecuaciones fundamentales del electromagnetismo. La ley de Faraday, junto con las otras leyes del electromagnetismo, fue incorporada en las ecuaciones de Maxwell, unificando así al electromagnetismo.
En el caso de un inductor con N vueltas de alambre, la fórmula anterior se transforma en:

donde es la fuerza electromotriz inducida y dΦ/dt es la tasa de variación temporal del flujo magnético Φ. La dirección de la fuerza electromotriz (el signo negativo en la fórmula) se debe a la ley de Lenz.

Natalia Aldao 6to de Agronomia

LEY DE FARADAY LENZ

¿Cuáles de las siguientes proposiciones son correctas?

Si el campo magnético es constante no puede haber efectos de inducción sobre un circuito

El flujo del campo magnético a través de una superficie S siempre es cero

Un circuito siempre se opondrá a cualquier causa que produzca una variación en el flujo magnético que lo atraviesa

Cuando pasa por un circuito una corriente eléctrica constante nunca se producirá efecto de autoinducciónCheck

¿Cómo circula la corriente eléctrica por la espira B si la intensidad que recorre la espira 1 va aumentando linealmente en el tiempo?

? Va en el mismo sentido que la que recorre A y también aumenta en el tiempo

? Va en el sentido opuesto a la que recorre A y también aumenta en el tiempo

? Va en el mismo sentido que la que recorre A y es constante en el tiempo

? Va en el sentido opuesto que la que recorre A y es constante en el tiempo

La espira que se te muestra en la figura está girando respecto al eje horizontal en un campo magnético constante. ¿Cómo es la corriente que se induce en ella?

? Constante

? Crece linealmente en el tiempo

? Varía sinusoidalmente

RAMIRO MARTINEZ 6º AGRONOMIA

Campo magnético

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.

Uso

El campo H se ha considerado tradicionalmente el campo principal, ya que se puede relacionar con unas cargas, masas o polos magnéticos por medio de una ley similar a la de Coulomb para la electricidad. Maxwell, por ejemplo, utilizó este enfoque, aunque aclarando que esas cargas eras ficticias. Con ello, no solo se parte de leyes similares en los campos eléctricos y magnéticos (incluyendo la posibilidad de definir un potencial escalar magnético), sino que en medios materiales, con la equiparación matemáticas de H con E y de B con D se pueden establecer paralelismos útiles en las condiciones de contorno y las relaciones termodinámicas (en el sistema electromagnético de Gauss):

En electrotecnia no es raro que se conserve este punto de vista porque resulta práctico.
Con la llegada de las teorías del electrón de Lorentz y Poincaré, y de la relatividad de Einstein, quedó claro que estos paralelismos no se corresponden con la realidad física de los fenómenos, por lo que hoy es frecuente, sobre todo en física, que el nombre de campo magnético se aplique a B (por ejemplo, en los textos de Alonso-Finn y de Feynman).[1] En la formulación relativista del electromagnetismo, E no se agrupa con H para el tensor de intensidades, sino con B.
En 1944, F. Rasetti preparó un experimento para dilucidar cuál de los dos campos era el fundamental, es decir, aquel que actúa sobre una carga en movimiento, y el resultado fue que el campo magnético real era B y no H.[2]
Para caracterizar H y B se ha recurrido a varias distinciones. Así, H describe cuan intenso es el campo magnético en la región que afecta, mientras que B es la cantidad de flujo magnético por unidad de área que aparece en esa misma región. Otra distinción que se hace en ocasiones es que H se refiere al campo en función de sus fuentes (las corrientes eléctricas) y B al campo en función de sus efectos (fuerzas sobre las cargas).

Fuentes del campo magnético
Un campo magnético tiene dos fuentes que lo originan. Una de ellas es una corriente eléctrica de convección, que da lugar a un campo magnético estático. Por otro lado una corriente de desplazamiento origina un campo magnético variante en el tiempo, incluso aunque aquella sea estacionaria.
La relación entre el campo magnético y una corriente eléctrica está dada por la ley de Ampère. El caso más general, que incluye a la corriente de desplazamiento, lo da la ley de Ampère-Maxwell.

Campo magnético producido por una carga puntual [editar]
El campo magnético generado por una única carga en movimiento (no por una corriente eléctrica) se calcula a partir de la siguiente expresión:
Donde . Esta última expresión define un campo vectorial solenoidal, para distribuciones de cargas en movimiento la expresión es diferente, pero puede probarse que el campo magnético sigue siendo un campo solenoidal.

Propiedades del campo magnético
La inexistencia de cargas magnéticas lleva a que el campo magnético es un campo solenoidal lo que lleva a que localmente puede ser derivado de un potencial vector , es decir:
A su vez este potencial vector puede ser relacionado con el vector densidad de corriente mediante la relación:

Inexistencia de cargas magnéticas aisladas [editar]
Cabe destacar que, a diferencia del campo eléctrico, en el campo magnético no se ha comprobado la existencia de monopolos magnéticos, sólo dipolos magnéticos, lo que significa que las líneas de campo magnético son cerradas, esto es, el número neto de líneas de campo que entran en una superficie es igual al número de líneas de campo que salen de la misma superficie. Un claro ejemplo de esta propiedad viene representado por las líneas de campo de un imán, donde se puede ver que el mismo número de líneas de campo que salen del polo norte vuelve a entrar por el polo sur, desde donde vuelven por el interior del imán hasta el norte.
Ana Clara Sabbatella, Fabricio Palermo, Natalia aldao. 6to Agronomia 2009