Informe brujulas de tangente

Brújulas de tangentes

Octubre 2014

Dimas Hurtado, Daniel Pérez, Daniel Quica, Camilo Rueda, José Hernández

Resumen – En el siguiente laboratorio a través de experimentación física vamos a determinar como a partir de la intensidad de corriente de una bobina plana  y el número de espiras que esta posee se puede determinar la forma como el campo magnético depende estas características, además mediremos la constante de permeabilidad magnética del aire. Así entenderemos fenómenos como el del campo magnético terrestre y algunas de sus consecuencias.

Palabras Clave – Corriente, espiras, bobina, flujo de corriente, constante de permeabilidad magnética del aire y brújula.

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Abstract – In the following laboratory through physical experimentation we determine as from the current of a flat coil and the number of turns that it possesses can determine how the magnetic field depends on these characteristics, and measuring the resistances constant magnetic permeability of air. So understand phenomena such as Earth's magnetic field and some of its consequences.

Keywords – Current coils , coil current flow constant air permeability and magnetic compass.

1. INTRODUCCIÓN

En la práctica realizada en el laboratorio de brújula de tangentes, encontramos la forma como depende  el campo magnético de una bobina con respecto a la intensidad del flujo de corriente y el número de espiras, además de eso medir la constante de permeabilidad magnética [µ] del aire.

1. MARCO TEÓRICO

Campo magnético

Un campo magnético es una descripción matemática de la influencia magnética de las corrientes eléctricas y de los materiales magnéticos. El campo magnético en cualquier punto está especificado por dos valores, la dirección y la magnitud; de tal forma que es un campo vectorial. Específicamente, el campo magnético es un vector axial, como lo son los momentos mecánicos y los campos rotacionales. El campo magnético es más comúnmente definido en términos de la fuerza de Lorentz ejercida en cargas eléctricas. Campo magnético puede referirse a dos separados pero muy relacionados símbolos B y H.

[pic 1]

Imagen 1: Lineas de campo producidas por el efecto de un imán

Campo Magnético Terrestre

El campo magnético terrestre (también llamado campo geomagnético), es el campo magnético que se extiende desde el núcleo interno de la Tierra hasta el límite en el que se encuentra con el viento solar; una corriente de partículas energéticas que emana del Sol. Su magnitud en la superficie de la Tierra varía de 25 a 65 µT (micro teslas) ó (0,25-0,65 G). Se puede considerar en aproximación el campo creado por un dipolo magnético inclinado un ángulo de 10 grados con respecto al eje de rotación (como un imán de barra). Sin embargo, al contrario que el campo de un imán, el campo de la Tierra cambia con el tiempo porque se genera por el movimiento de aleaciones de hierro fundido en el núcleo externo de la Tierra (la geo dínamo). El polo norte magnético se desplaza, pero de una manera suficientemente lenta como para que las brújulas sean útiles en la navegación. Al cabo de ciertos periodos de duración aleatoria (con un promedio de duración de varios cientos de miles de años), el campo magnético de la Tierra se invierte (el polo norte y sur geomagnético permutan su posición). Estas inversiones dejan un registro en las rocas que permiten a los paleomagnetistas calcular la deriva de continentes en el pasado y los fondos oceánicos resultado de la tectónica de placas.[pic 2]

Imagen 2: Lineas de campo magnético Tierra

Brújula

La brújula es un instrumento de orientación que utiliza una aguja imantada para señalar el norte magnético terrestre. Su funcionamiento se basa en el magnetismo terrestre, por lo que señala el norte magnético en vez del norte geográfico y es inútil en las zonas polares norte y sur debido a la convergencia de las líneas de fuerza del campo magnético terrestre.[pic 3]

Imagen 3: Brújula

Bobina o inductor

Un inductor está constituido normalmente por una bobina de conductor, típicamente alambre o hilo de cobre esmaltado. Existen inductores con núcleo de aire o con núcleo hecho de material ferroso (por ejemplo, acero magnético), para incrementar su capacidad de magnetismo.

Los inductores también pueden estar construidos en circuitos integrados, usando el mismo proceso utilizado para realizar microprocesadores. En estos casos se usa, comúnmente, el aluminio como material conductor. Sin embargo, es raro que se construyan inductores dentro de los circuitos integrados; es mucho más práctico usar un circuito llamado "girador" que, mediante un amplificador operacional, hace que un condensador se comporte como si fuese un inductor.

Imagen 4: Bobina o inductor[pic 4]

1. METODOLOGÍA.

Para esta práctica es necesario el uso de un dispositivo llamado brújula de tangentes, este implemento, además de tener una bobina en su interior,  tiene la propiedad de alinearse con el campo magnético terrestre, el cual será nuestra referencia para el laboratorio. Conectamos la brújula de tangentes a una fuente de alimentación y a una resistencia variable y a un amperímetro, como lo indica la figura 1. La función de la resistencia variable en el circuito, es para variar y limitar la cantidad de corriente que fluye en el circuito.

[pic 5]

Imagen 5: Montaje del circuito para la brújula de tangentes.

Con la fuente desconectada, la brújula indicara el polo sur magnético (norte geográfico), es decir, se alineara en la dirección de la componente horizontal del campo magnético. Configurar la bobina para que en ella queden 20 espiras. Conecte la fuente haciendo pasar por ella una corriente de 20mA. Observar cuanto se mueve la aguja.

A partir de allí, vamos a modificar el flujo de corriente a través de la bobina en 50mA, 80mA, 100mA y 150mA.

Con los ángulos, que se obtuvieron, hacer una gráfica de B en función de I.

 Esa relación la tenemos con la función.

[pic 6]

Donde θ es el ángulo medido con el cambio de corriente y B(t)=3.2x10-5T

De esa gráfica, deducir la pendiente K.

Ahora se va a cambiar el número de espiras en la brújula a 40, 80, 150 y 200 y realizamos a cada uno su respectivo cambio de corriente, con tal de obtener los ángulos para cada punto.

Hacer las gráficas respectivas de B en función de I para cada número de espiras y hallar la pendiente Ki para cada uno.

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