Bobinas de Helmholtz

Bobinas de Helmholtz

Gustavo Adolfo Tinoco Buendía (al2132002774@azc.uam.mx)

Universidad Autónoma Metropolitana-Azcapotzalco,

Av. San Pablo No. 180, Col. Reynosa Tamaulipas C. P. 02200,

 Azcapotzalco. Ciudad de México, México

Resumen

Con la utilización de un Gaussimetro digital conectado a un sensor de campo magnético (axial y transversal) se realizaron las mediciones de campo magnético de un sistema de bobinas de Helmholtz, un aparato muy conocido en Física experimental. Durante el desarrollo de esta práctica verificamos el módulo del campo magnético  para diferentes casos, aprovechando que este arreglo de bobinas mantiene un campo magnético en cierta región del espacio. Se realizaron las mediciones en el punto medio entre las bobinas, sobre el eje axial, sobre el eje radial, así como en un punto fuera de las bobinas e indicando un ángulo de inclinación respecto al eje Z. Finalmente se compararon los valores obtenidos con los determinados mediante la aplicación de la Ley de Biot-Savart con sus respectivas gráficas[pic 1]

Palabras clave: Bobinas, campo magnético, Helmholtz, corriente, Biot, Savart, axial, espiras

INTRODUCCIÓN

El descubrimiento de que las corrientes producen campos magnéticos, lo observo Hans Christian Oersted en 1820, Este fue el primer vínculo experimental entre la electricidad y el magnetismo, dando un punto de partida para una teoría formal del electromagnetismo. Oersted observo que, cuando se coloca una brújula cerca de un alambre recto por el que paso una corriente eléctrica (Fig.1), la aguja se alinea perpendicularmente al alambre.

La ley de Biot-Salvar indica el campo magnético creado por corrientes estacionarias. En el caso de corrientes que circulan por circuitos cerrados, la contribución de un elemento infinitesimal de longitud dI del circuito recorrido por una corriente I crea una contribución elemental de campo en el magnético d ⃗B, punto situado en la posición que apunta el vector ⃗r a una distancia ⃗r−⃗r ´ respecto de d ⃗I , quien apunta en dirección a la corriente I

      [pic 2]

Donde μ0 es la permeabilidad magnética del vacío. Así la integral se extiende a todo el recinto que contiene las fuentes del campo

Fig. 1. Campo magnético de una espira

[pic 3]

La ley de Biot-Savart es fundamental en magnetostática tanto como la ley de Coulomb lo es en electrostática. Esta ley se utiliza para calcular el campo magnético de distintos sistemas en este caso se utilizará para calcular el campo magnético de las espiras de Helmholtz tanto como en el punto medio entre las bobinas en el eje axial, también se calculará para la componente radial dentro de este eje y finalmente la pondremos a prueba para el campo magnético fuera del eje Z para este sistema.

Las bobinas de Helmholtz son un dispositivo muy útil en los laboratorios de Física, habitualmente se emplea de manera sencilla y por su principal función que es establecer una zona de campo magnético uniforme es posible realizar diversas demostraciones y experimentos en cualquier área de estudio científico

muy   útil, habitualmente   se   emplea   en

muchos laboratorios de forma sencilla y

su   principal   función   es   establecer   una

zona   de   campo   magnético   conocido   y

uniforme para distintas utilidades un dispositivo muy útil, habitualmente se emplea en muchos laboratorios de forma sencilla y su principal función es establecer una zona de campo magnético conocido y uniforme para distintas utilidades.

Fig. 2. Arreglo de las espiras de las bobinas de Helmholtz (Fuente: www.steemkr.com)

[pic 4]

Desarrollo experimental

Material y equipo:

• Sensor de campo magnético
• Centro de trabajo experimental con interfaz PASCO
• Bobinas de Helmholtz
• Flexómetro
• Nivel de burbuja
• Metro de madera
• Dos soportes con tuerca
• Equipo de computo

Procedimiento

Se utilizó un par de bobinas de Helmholtz como se muestra en la figura 3. el cual tiene 200 espiras en cada bobina y un radio de 10.5 cm con una separación de la misma dimensión que el radio.

Fig. 3) Bobinas de Helmholtz PASCO

[pic 5]

Parte I. Campo en el punto medio de las bobinas

Con la corriente circulando en serie se le fue suministrando en incrementos de 0.1 A en un intervalo (0.1-2.0 A), se colocó un sensor de campo magnético (Gaussiometro digital) justo en el centro de las bobinas, se tomó lectura del valor de la densidad de campo magnético para cada incremento de la corriente, se graficaron estos datos digitalmente para posteriormente comparar los valores obtenidos

Parte II. Campo magnético sobre el eje axial

Se tomó un valor constante de la corriente de I=1.001 A. Posteriormente se colocó el sensor de campo magnético justo en el centro p=0 (punto medio entre las bobinas) y luego desplazándolo a la derecha hasta una cantidad igual a =15.75 cm en incrementos de 1 cm y se fueron tomando medidas las medidas del campo magnético indicadas en el medidor digital [pic 6]

Parte III. Campo magnético radial

Para un valor constante de la intensidad de corriente I=1.002 A. Se colocó el sensor de campo magnético justo en el centro de las bobinas, pero ahora colocadas longitudinalmente con el metro de madera para medir la componente radial de este campo magnético, se cambió la configuración del sensor a radial y se movió desde el punto inicial hasta una distancia igual a  en intervalos de 1 cm y posteriormente al acercarnos al punto de valor mínimo y máximo se incremento en intervalos de 0.5 cm.[pic 7]

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