Practica De Fisica 2

PRÁCTICA 5

CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE Y EFECTO HALL

OBJETIVOS

• Comprender el Efecto Hall.

• Determinar las líneas de campo de diferentes imanes.

• Desarrollar una noción de lo que significa la medida de campo magnético y entender sus unidades.

• Diferenciar los diferentes tipos de imanes y sus posibles aplicaciones.

• Determinar el campo magnético terrestre en el laboratorio.

TEORÍA

El efecto Hall y Voltaje Hall:

Efecto Hall es la medición del voltaje transversal en un conductor cuando es puesto en un campo magnético. Mediante esta medición es posible determinar el tipo, concentración y movilidad de portadores en silicio.

El electromagnetismo enseña que un campo electromagnético variable en el tiempo sólo penetra en un conductor hasta una profundidad del orden del espesor pelicular. El Efecto Hall permite la penetración de un campo magnético rotante y la generación de corriente.

Este método está siendo utilizado para producir corriente necesaria en experimentos de fusión nuclear por confinamiento magnético.

Cuando por un material conductor o semiconductor, circula una corriente eléctrica, y estando este mismo material en el seno de un campo magnético, se comprueba que aparece una fuerza magnética en los portadores de carga que los reagrupa dentro del material, esto es, los portadores de carga se desvían y agrupan a un lado del material conductor o semiconductor, apareciendo así un campo eléctrico perpendicular al campo magnético y al propio campo eléctrico generado por la batería ( ). Este campo eléctrico es el denominado campo Hall ( ), y ligado a él aparece la tensión Hall, que se puede medir mediante el voltímetro

Sea el material por el que circula la corriente con una velocidad v al que se le aplica un campo magnético B. Al aparecer una fuerza magnética , los portadores de carga se agrupan en una región del material, ocasionando la aparición de una tensión y por lo tanto de un campo eléctrico E en la misma dirección. Este campo ocasiona a su vez la aparición de una fuerza eléctrica de dirección contraria a .

Imanes:

Un imán es un material que tiene la capacidad de producir un campo magnético en su exterior, el que es capaz de atraer al hierro, así como también al níquel y al cobalto.

Existen imanes de origen natural y otros fabricados de forma artificial. Generalmente, aquellos que son naturales manifiestan sus propiedades en forma permanente, como es el caso de la magnetita o Fe304. Los imanes artificiales se pueden crear a partir de la mezcla o aleación de diferentes metales. Otra forma de generar el magnetismo es mediante el principio que opera en los electroimanes, cuyo artículo también puedes leer en este sitio.

La característica de atracción que poseen los imanes se hace más potente y evidente hacia sus extremos o polos, los que son denominados norte y sur, ya que tienden a orientarse a los extremos de nuestro planeta, ya que sus polos son imanes naturales gigantes. Así como sucede con los imanes, debido a los polos, en la Tierra, el espacio en el que se manifiesta la acción de los enormes imanes se denomina campo magnético. Éste se representa a través de líneas de fuerza. Las líneas de fuerza son trazos imaginarios de van de polo a polo, de norte a sur por fuera del imán y en sentido contrario por su parte interna.

Campo magnético de las bobinas de Helmholtz

Una técnica de laboratorio útil para conseguir un campo magnético bastante uniforme es usar un par de bobinas circulares sobre un eje común con corrientes iguales fluyendo en el mismo sentido. Para un radio de bobina dada, se puede calcular la separación necesaria para conseguir el más uniforme campo central. Esta separación es igual al radio de las bobinas. Abajo se ilustra las líneas de campo magnético para esta geometría.

Se puede calcular el campo magnético sobre la línea central de un bucle de corriente a partir de la ley Biot-Savart. El campo magnético de los dos bucles de la disposición de bobinas de Helmholtz, se puede obtener superponiendo los dos campos constituyentes.

EQUIPO

• Gaussimetro con sensor de efecto Hall THS119, con salida de de voltaje diferencial y sensibilidad de 80 mV/T.

• Imanes cerámicos. neodimio. convencionales- entre otros.

• Brújula

• Limadura de Hierro

• Fuente de voltaje 0-32 Voltios.

• 2 Bobinas de Helmholtz.

• Disco óptico.

• Dos nuez doble.

• Trípode.

• Dos varillas de 50 cm.

• 5 Conectores.

DEMOSTRACIÓN

1. Explicar el funcionamiento del sensor de efecto Hall.

Los sensores basados en efecto Hall constan de un elemento conductor o semiconductor y un imán. Cuando un objeto ferro magnético se aproxima al sensor, el campo que provoca el imán en el elemento se debilita. Así se puede determinar la proximidad de un objeto, siempre que sea ferro magnético.

2. Identificar los diferentes tipos de imanes.

Existen diferentes tipos de imanes como los flexibles, y de infinitos materiales que fueron descritos en el marco teórico de la guía misma. Se pudieron observar sobre la mesa de trabajo uno de gran tamaño y un poco asimétrico, un imán diminuto que permitió la formación de un gran campo magnético, un imán circular pero hueco entre otros fragmentos de imanes que posiblemente se fracturaron anteriormente.

3. Con las limaduras de hierro determine las líneas de campo de los diferentes imanes, como se muestra en la figura.

Dependiendo de la geometría del imán, se pueden establecer los polos con mucha mayor facilidad, el imán implementado tenía una sección un poco irregular que evito que la limadura de hierro se ubicara de una manera uniforme, aun así se pudo identificar las líneas de campo construidas por el imán. Como se observa en la imagen superior, el campo magnético construido es muy uniforme gracias a la figura y simetría del mismo imagen que los genera.

4. Con dos imanes encontrar los polos norte y sur de cada uno de ellos.

Para encontrar el polo norte y el polo sur de un imán se puede implementar el tesla metro, también se puede hacer uso de un pequeño artefacto capaz de mostrar polo positivo y negativo. Se encendía el bombillo de color rojo con el polo negativo, y el polo positivo encendía el bombillo de color verde.

Encontramos secciones donde el polo no está definido dado que el imán era un poco irregular.

Para dos imanes comprobar que polos magnéticos del mismo tipo

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