Abril 28, 2009 Laboratorio de Física Electricidad

CAMPO MAGNÉTICO DE UN IMÁN PERMANENTE

Julián Ávila Pinilla Cindy Méndez GarcíaEmail: julianp@uninorte.edu.co Email: cmmendez@uninorte.edu.coIngeniería Mecánica Ingeniería Mecánica

David Bolívar De Oro Steven Lavalle GarcíaEmail: ddeoro@uninorte.edu.co Email: lavalles@uninorte.edu.coIngeniería Mecánica Ingeniería Mecánica

ABSTRACT

This experiment will help us to know the physical characteristics of the magnetic field of a permanent magnet, as well as help us determine the direction of the vector magnetic field generated by this magnet also observe the variation in the magnitude of the magnetic field varies depending on its distance from one point.

RESUMEN

Este experimento nos ayudará a conocer las características físicas del campo magnético de un imán permanente, además de ayudarnos a determinar la dirección del vector campo magnético generado por este imán; también observaremos la variación de la magnitud del campo magnético según varíe su distancia con respecto a un punto.

INTRODUCCIÓN

Por medio de las herramientas proporcionadas por el Laboratorio de Electricidad de la Universidad, podremos medir la densidad de flujo de campo magnético, además de analizar como se altera el campo magnético de un imán permanente a medida que se varía la distancia de este imán con respecto a un punto. Así mismo, con la ayuda de los conceptos previos estudiados en la asignatura identificaremos la dirección del vector del campo magnético, y determinaremos la relación existente entre la distancia y el campo.

MARCO TEÓRICO

Magnetismo El Magnetismo es un fenómeno en el cual un material ejerce fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Los materiales con propiedades magnéticas detectables mas fácilmente son el níquel, el hierro y sus aleaciones que comúnmente se llaman imanes. Pese a esto todos los materiales son influenciados por un campo magnético de mayor o menor forma.

Flujo magnéticoEl flujo magnético, representado con la letra griega Φ, es una medida de la cantidad de magnetismo, y se calcula a partir del campo magnético, la superficie sobre la cual actúa y el ángulo de incidencia formado entre las líneas de campo magnético y los diferentes elementos de dicha superficie. La unidad de flujo magnético en el Sistema Internacional de Unidades es el weber y se designa por Wb (motivo por

Departamento de Matemáticas y Física©Ciencias BásicasUniversidad del Norte – Colombia ____________

el cual se conocen como weberímetros los aparatos empleados para medir el flujo magnético). En el sistema cegesimal se utiliza el Maxwell (1 weber =108 Maxwell).Campo magnéticoUn campo magnético es un campo de fuerza creado como consecuencia del movimiento de cargas eléctricas (flujo de la electricidad). La fuerza (intensidad o corriente) de un campo magnético se mide en Gauss (G) o Tesla (T).El flujo decrece con la distancia a la fuente que provoca el campo.

Movimiento en un campo magnéticoUna partícula que se mueve en un campo magnético experimenta una fuerza dada por el producto vectorial Fm=q·vxB. El resultado de un producto vectorial es un vector de módulo igual al producto de los módulos por el seno del ángulo comprendido qvB senq dirección perpendicular al plano formado por los vectores velocidad v y campo B. y el sentido se obtiene por la denominada regla del sacacorchos. Si la carga es positiva el sentido es el del producto vectorial vxB, como en la figura izquierda Si la carga es negativa el sentido de la fuerza es contrario al del producto vectorial vxB

Fuerzas MagnéticasEl movimiento de un imán puede producir una corriente eléctrica. Si la corriente eléctrica crea un campo magnético, en forma inversa, el campo magnético puede producir una corriente inducida. Es el principio de la inducción electromagnética de Michael Faraday. Las fuerzas magnéticas son producidas por el movimiento de partículas cargadas, como por ejemplo electrones, lo que indica la estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo

Líneas de campo magnético de un imánUn imán atrae pequeños trozos de limadura de hierro, níquel y cobalto, o sustancias compuestas a partir de estos metales (ferromagnéticos). La imantación se transmite a distancia y por contacto directo. La región del espacio que rodea a un imán y en la que se manifiesta las fuerzas magnéticas se llama campo magnético.Las líneas del campo magnético revelan la forma del campo. Las líneas de campo magnético emergen de un polo, rodean el imán y penetran por el otro polo.Fuera del imán, el campo esta dirigido del polo norte al polo sur. La intensidad del campo es mayor donde están mas juntas las líneas (la intensidad es máxima en los polos.

Polos de un imán.Si introducimos una barra imanada entre limaduras de hierro al sacarla observamos que en los extremos hay prendidas mas limaduras que en la parte central. En la zona media no ha quedado adherida ninguna. Esto evidencia que la fuerza de un imán es mayor en los extremos, y que en el medio no hay fuerza de atracción. Los extremos de un imán se llaman polos del imán, y la parte media zona neutra.

PROCEDIMIENTO

En esta experiencia se utiliza el sensor de Campo Magnético para medir la densidad del flujo del campo magnético de un pequeño imán a medida que la distancia entre el imán y el sensor varía. Se utiliza el DataStudio para registrar los datos del flujo del campo magnético.

Sensor de Campo Magnético, imán y cinta métrica

DATOS OBTENIDOS

Grafica 1

Grafica 2

ANALISÍS Y DISCUCIÓN DE RESULTADOS

Grafica 1: En esta grafica tenemos la Intensidad vs. Posición; podemos observar con la ayuda del ajuste exponencial proporcionado por el software DataStudio el valor del error cuadrático medio que nos indica la diferencia entre la medición realizada por nosotros y el ajuste del software

Grafica 2: En esta grafica, al igual que en la anterior, tenemos Intensidad vs. Posición; aquí observamos también el valor del error cuadrático medio, esta vez proporcionado por el ajuste inverso de el software, pero en este caso podemos ver que es un poco menor que en el ajuste exponencial

CONCLUSIONES

Pregunta 1: Según los resultados de la primera medición. ¿Qué dirección tiene el campo magnético generado por el imán?.

R/: La dirección del campo magnético generado por el iman es la siguiente:

Como podemos observar la dirección del campo forma líneas en forme de perímetros de un circulo.

Pregunta 2: ¿Qué relación existe entre la magnitud del campo magnético y la distancia a la cual se realiza la medición?

R/: La relación que existe entre la magnitud del campo y la distancia es una relación inversa, mientras que el campo disminuye la distancia aumenta.

1. ¿Al aumentar la distancia del imán ¿en que forma varía la intensidad el campo magnético?

R/: El campo es inverso a la distancia, entre mayor sea la distancia menor va a ser el campo ejercido. Según la ecuación y la experiencia podemos observar que la grafica de la función campo versus distancia forma una hipérbole decreciendo y que llega llega a cero en el infinito, pero el infinito es relativo ya que a unos diez centímetros ya la intensidad del campo era muy baja.

2. Si se colocara una placa metálica entre el imán y el sensor ¿se bloquea el campo magnético?

R/: No, debido a que el campo magnético no es posible aislarlo. La única manera en que hubiese cambiado la medición es colocando otro imán, y entonces he allí otro campo interactuando, pero si se coloca una placa metálica no ocurre nada.

3. ¿Porqué se sugiere en el experimento que la medición se realice lejos del monitor del PC y de la interfaz?

R/: Resulta que el monitor TRC es un tubo de rayos catódicos que envia electrones hacia la pantalla y un par de placas magnetizadas les da la para que rellene la pantalla con la imagen. Si se coloca el iman cerca de la pantalla, los electrones se desviaran y se daña la imagen.

REFERNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Hewitt, Conceptos de Física. Segunda edición. Ed. Limusa, S.A. Grupo Noriega de Editores (1999)

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