Manual de Usuario: Balanza de Corriente.

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Manual de Usuario: Balanza de Corriente.

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para Experimentos. Manual de Usuario y Guía

Mod. EM-0415 “BALANZA DE CORRIENTE”

Introducción. La corriente que pasa por un alambre es una colección de cargas en movimiento. Si el alambre se encuentra dentro de un campo magnético, cada portador de carga q (electrón) sentirá una fuerza lateral a la dirección de su movimiento dada por la ecuación F = q v x B. Si el alambre tiene una longitud L y lleva una corriente i dentro de un campo magnético de intensidad B, siente una fuerza neta F dada por F = iLB senθ. En el caso particular cuando el alambre es normal a la dirección del campo magnético, sen90°= 1, la

expresión se reduce a: F = iLB. La Figura 1 muestra que la dirección de los vectores F, v y B, son ortogonales entre sí.

Figura 1. Corriente en un conductor dentro de un campo magnético.

Con la Balanza de Corriente se pueden realizar experimentos variando dos de estos parámetros: la longitud del alambre L, y la corriente eléctrica i. De las gráficas obtenidas se puede estimar la intensidad de campo magnético B entre el par de imanes utilizados. El presente manual proporciona instrucciones de uso y guía de experimentos que se pueden realizar con el aparato.

Descripción del Aparato. Los accesorios de Aparato Balanza de Corriente se muestran en la Figura 2, y consiste de:

‐ Soporte de Espiras (EM 0415)‐ . Es una base sólida de plástico para montarse en un soporte universal con barra de 0.5” de diámetro. La base tiene dos conductores metálicos que llevan la corriente a la espira de alambre. En el extremo de estos conductores se conectan las espiras (Figura 2a).

‐ Juego de espiras. Fabricadas con alambre de latón de varias longitudes, montadas en un conector banana doble (Figura 2b).

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B

BF

i

v

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‐ Módulo de imanes (EM 0415 A)‐ ‐ . Consta de dos imanes permanentes de cerámica ferrita colocados uno frente al otro en un núcleo en forma de “U”. Proporcionan un campo magnético de aproximadamente 2,300 gauss (0.23T) (Figura 2c).

Figura 2. Balanza de corriente: a) soporte EM 0415; b) espiras de corriente; c) imanes EM 0415 A. ‐ ‐ ‐

Equipo adicional requerido:

‐ Fuente variable de corriente directa con capacidad de proporcionar hasta un máximo de 3A, de preferencia con indicador numérico del valor de corriente.

‐ Amperímetro (0 5A, mín). Se requiere sólo si la fuente de corriente no tiene‐ indicador numérico del valor de corriente.

‐ Soporte universal, con mástil de 1/2“ de diámetro. ‐ Par de cables con terminales de banana banana. ‐‐ Vernier. ‐ Balanza digital con capacidad de 400g máx, con resolución mínima de 0.01g (e.g.

Ohaus Scot Pro).

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Operación:

1. Monte el soporte de espiras en un soporte universal con barra de 0.5” de diámetro como se muestra en la Figura 3.

2. Seleccione una espira y conéctela en el extremo de las barras conductoras del soporte.

3. Coloque el módulo de imanes sobre la balanza electrónica con resolución de 0.01g. Posicione el soporte de espiras de tal manera que la parte horizontal de la espira quede centrada entre los polos de los imanes, sin tocarlos.

4. Conecte la fuente de corriente a las barras conductoras del soporte de la balanza. Si la fuente no cuenta con un indicador de corriente, tendrá que conectar un amperímetro externo como se muestra en la Figura 4.

5. Con los imanes montados sobre la balanza oprima el botón de “cero” de la balanza digital, para substraer el valor de la masa de los imanes.

6. Encienda la fuente de corriente. Si la lectura de la balanza es negativa invierta los cables de la fuente de corriente. La dirección de la corriente debe ser tal que se produzca una fuerza de repulsión entre la espira y los imanes, no de atracción. La lectura en la balanza es directamente proporcional a la fuerza causada por la corriente que se mueve a través del campo magnético.

Figura 3. Montaje experimental de la balanza de corriente. Los imanes se colocan sobre la balanza digital.

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Figura 4. Conexiones para la balanza de corriente con amperímetro externo.

Experimentos variando la longitud del conductor: F vs L El aparato cuenta con un juego de espiras de diferente longitud. Para experimentos donde el parámetro a variar es la longitud de la espira L, la corriente proporcionada a cada espira debe permanecer constante. Se medirá la fuerza F vs L. Corriente de 1A son satisfactorias. Para cambiar la espira haga lo siguiente:

1. Mueva el soporte universal para sacar la espira de los imanes. Es recomendable no mover la balanza digital durante el proceso. Desconecte la espira y coloque una nueva espira en los extremos de las barras conductoras del soporte de la balanza de corriente.

2. Con cuidado posicione la nueva espira en la brecha que separa los imanes. 3. Cada espira está numerada. Su longitud horizontal tendrá que medirse

individualmente con un vernier. Los datos experimentales deberán anotarse en una Tabla como la que se muestra abajo.

Longitud L masa m Fuerza F

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Experimentos variando corriente a través del conductor: F vs i Para estos experimentos se selecciona una de las espira de longitud grande que se usará durante todo el experimento. Se varía la corriente i a través de ella y se mide la fuerza de repulsión F con la balanza digital.

1. Arme el arreglo de la Figura 3 y 4. 2. Antes de aplicar la corriente, ponga en “cero” la lectura de la balanza. 3. Aplique corriente a través de la espira, empezando con un valor pequeño. Para

cada valor de corriente tome lectura de la masa indicada por la balanza. Puede variar la corriente desde 0 a 3A, en incrementos de 0.25 o 0.5A. Anote los valores en una tabla como la que se muestra abajo.

NOTA: Se sobreentiende que la balanza digital no proporciona el valor de la fuerza de repulsión F directamente. La fuerza se encuentra multiplicando la masa indicada por la balanza por la constante de gravedad, utilizando las unidades apropiadas (cm/s2, m/s2) para la fuerza en Newtons, o dinas.

Fuerza vs corriente

Corriente i Masa m Fuerza F

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Experimento 1: Fuerza vs Longitud

La gráfica muestra los datos experimentales usando 6 espiras de diferentes longitudes, de aproximadamente 1.4cm hasta 3.4cm. La corriente en cada una de ellas se fijó en 1A. En cada cambio de espira, se aseguró que la balanza marcara “cero” antes de hacer circular la corriente. De acuerdo a la ecuación F = iLB, la pendiente de la recta es igual a iB. Siendo i=1A en este experimento, la pendiente debe ser igual al valor del campo magnético B. Un ajuste de mínimos cuadrados nos da un valor de la pendiente de B = 2,363 gauss ó 0.24T aproximadamente.

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Experimento 2: Fuerza vs Corriente

Para este experimento se seleccionó la espira de longitud 30.5mm, y la corriente se varió de 0.1A hasta 3.0A. La figura muestra la recta obtenida a partir de los datos experimentales. De acuerdo con la ecuación F = iLB, la pendiente de ser igual a LB. Ajustando una recta por mínimos cuadrados nos proporciona un valor de la pendiente de 0.00779 N/A. Para la espira utilizada de L = .0305m, nos arroja un valor de la intensidad de campo magnético de 2,556 gauss, ó 0.25T.

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Importante: durante la toma de datos para diferentes corrientes, no debe de oprimirse el “cero” de la balanza, sólo al inicio antes de empezar.

Este aparato fue construido por J. Valenzuela B. / Coraza de imanes por Alejandro Tiznado, CNyN-UNAM. Manual de Usuario elaborado por: J. Valenzuela B. Rev. Abril/2015

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