BALANZA DE CORRIENTE

RESUMEN

En la presente práctica experimental, se pretende estudiar la fuerza que ejerce un campo magnético al interior de un solenoide por el que circula una corriente, sobre una espira por la cual circula una corriente distinta, para esto se utiliza la espira como una balanza que se inclina debido a la fuerza ejercida por el campo magnético y se equilibra añadiendo masa que en este caso fueron una tiras de hilo al otro extremo.

Se toman valores de la masa requerida para ejercer una fuerza (peso) sobre el otro extremo de la espira (hilos), en función de distintos valores tanto de la corriente que pasa por el solenoide como la que pasa a través de la espira. Y con estos valores se realiza un análisis que permite comprobar la expresión teórica que describe la Fuerza de Lorentz, encontrando una expresión experimental bastante acertada. Una vez determinados el valor experimental y teórico para el campo magnético, pudo concluirse que el error entre estos fue mínimo lo que significa que los datos tomados son de alta confiabilidad. Además, se concluye también que la relación entre la fuerza y la corriente es de tipo lineal, lo que quiere decir que las dos aumentan en igual proporción, es importante aclarar que la pendiente de la recta obtenida en las graficas, es el mismo campo magnético.

Palabras Clave. Solenoide, Corriente Eléctrica, Fuerza, Campo Magnético.

ABSTRACT

In this experimental practice, we pretend to study the force exerted by a magnetic field within a solenoid through which current flows, on a loop through which current flows differently, for this loop is used as a scale that is tilts due to the force exerted by the magnetic field and equilibrated by adding mass in this case was a strip of yarn to the other end.

Values are taken from the mass required to exert a force (weight) on the other end of the loop (threads), depending on various values of both the current through the solenoid as it passes through the loop. And with these values we performed an analysis which allows verifying the theoretical expression describing the Lorentz force, finding a fairly accurate experimental expression. Having determined the experimental and theoretical value for the magnetic field, it could be concluded that the error was minimal between what has come to mean that the data collected are of high reliability. Furthermore, it is concluded that the relationship between force and current is linear, which means that the two increases in equal proportion, it is important to clarify that the slope of the line obtained in the graphs is the same magnetic field .

Keywords. Solenoid, Electrical Power, Strength, Magnetic Field.

INTRODUCCIÓN

Solenoide.

Un solenoide es un alambre largo enrollado en forma de una hélice. Cuando las vueltas están muy juntas entre sí, se puede considerar como una vuelta circular y el campo magnético neto será la suma de los campos debido a todas las vueltas.1

La fuerza que un campo magnético uniforme ejerce sobre una corriente que circula por un alambre rectilíneo de longitud L, esta dada por la ecuación:

F ⃗=I*L ⃗*B ⃗

Donde L es el vector que representa la longitud del alambre, cuya dirección es la misma de la corriente.

Si L es perpendicular a B, la magnitud de la fuerza está dada por la expresión:2

F=I*L*B

Por otro lado, el estudio experimental de la intensidad del campo magnético B debido a un solenoide en un punto cualquiera de su interior pone de manifiesto que una mayor proximidad entre las espiras produce un campo magnético más intenso, lo cual se refleja en la expresión de B a través del cocienteN/L, siendo N el numero de espiras y L la longitud del solenoide.

Dicha expresión viene dada por la ecuación:

B=μ_0*N/L*I

Donde N/L representa el número de espiras por unidad de longitud, siendo su valor mayor cuando más apretadas están las espiras en el solenoide, μ_0 representa el coeficiente de permeabilidad e I corriente eléctrica que circula.3

METODOLOGIA

El solenoide dado para la práctica se conectó junto a una resistencia variable, un amperímetro y una fuente de voltaje.

Seguido a esto, se construyó otro circuito independiente al anterior, usando otra resistencia variable, una espira, y otra fuente de voltaje.

Sin aplicar una corriente a la fuente, se equilibro la balanza en el centro del solenoide a lo largo de su eje en posición horizontal.

Se hizo pasar por el solenoide una corriente de 3 A y por la espira una corriente de 2A. En este momento, la balanza se desequilibrará y comenzará a oscilar, para lograr que llegue de nuevo al punto de equilibrio, se colocó como contrapeso pequeños pedazos de hilo hasta lograr que vuelva a la posición horizontal inicial.

Experimento 1

Se hizo pasar por la espira una corriente de 1.5A , mientras que el valor para la corriente que pasaba a través del solenoide fue variable. En cada caso se equilibro la balanza en el centro del solenoide. Teniendo en cuenta el peso del hilo por unidad de longitud, se calculó la fuerza requerida para equilibrar la balanza.

Experimento 2

Se hizo pasar por el solenoide una corriente de 3A , mientras que el valor para la corriente que pasaba a través de la espira fue variable. En cada caso se equilibro la balanza en el centro del solenoide. Teniendo en cuenta el peso del hilo por unidad de longitud, se calculó la fuerza requerida para equilibrar la balanza.

Posteriormente, se trazaron las graficas correspondientes a las variables utilizadas durante la práctica, para determinar la relación entre la fuerza F y la corriente I. De la misma manera halló el valor para el campo magnético en el solenoide.

TOMA DE DATOS Y RESULTADOS

Para los dos experimentos, se equilibró la balanza eléctrica en el centro del solenoide, usando como contrapeso hilos de L_h=0.1m cada uno. Es vital aclarar la importancia de medir la longitud del solenoide L_s , el número de vueltas alrededor de la espira V. Los datos recopilados, se describen a continuación:

L_s=0.15m

V=14835

Experimento 1

Los datos obtenidos para la corriente en la espira y el solenoide; además del número de hilos necesarios para llevar la balanza de corriente a su punto de equilibrio inicial, fueron organizados en una tabla de la siguiente manera:

I_e (A) I_b (A) N° de Hilos

1,5 1 3

1,5 5

2 6

2,5 6

3 7

Tabla 1

Para hallar el valor teórico del campo magnético

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