Universidad de Concepcion

Facultad de Ciencias Fısicas y Matematicas

Departamento de Fısica

Laboratorio 1 de Electromagnetismo

Alejandro Antonio Hopper Neira

3o Ingenierıa Civil Matematica (3o ano)

Grupo G2

Concepcion - 7 de septiembre de 2015

Introduccion

Para una mayor comprension del concepto de campo magnetico, se han realizado en laboratorio 6 experi-mentos, con el fin de comprender el funcionamiento basico de las bobinas, estudio de las lıneas de campo,como actua la corriente electrica bajo los efectos magneticos, el funcionamiento de un motor electrico, lasbobinas de Helmholtz y un tubo de rayos filiforme. Para esto se da a conocer mediante esquemas y lo vistoexperimentalmente, la comprension de lo que la teorıa explica, ası como la comprension de las formulasmatematicas que describen dichos procesos.

Experimentos.

Mesa 1: Tubo de Rayos Filiforme.

Observaciones: El tubo posee un gas inerte, porque la emision de electrones es con calor. Ademas,hay un canon de electrones (tambien puede ser un tubo de rayos catodicos) que genera un haz de elec-trones. En las bobinas de Helmholtz, circula una corriente electrica que produce un campo magnetico. Alvariar la corriente, se altera la trayectoria del haz de electrones, produciendo en primera instancia unacircunferencia, debido a que el vector velocidad de las cargas, es lo mas perpendicular posible al campo.Al aumentar la intensidad, el radio disminuye (de las circunferencias). Sin embargo, al hacer que el vectorvelocidad y el del Campo sean paralelos, se observa que no afecta a la trayectoria (casi nada). Al darleun angulo entre los vectores, de tal manera que existan componentes horizontales y verticales, se ve unaespiral, con lo cual el Campo Magnetico ejerce una fuerza sobre las cargas.

Mesa 2: Lıneas de Campo Magnetico en un alambre.

Observaciones: En este experimento, una corriente electrica genera un campo magnetico queatrajo las limaduras de material ferromagnetico, y este recorre el cable en cırculos, dirigiendose haciaarriba o bien hacia abajo bajo la expresion matematica:

d ~B =µ0

4πId~l × rr2

Donde µ0 es la permitividad magnetica en el vacıo, ~r es el vector que va desde d~l hasta el punto P en elque se mide el campo magnetico (siendo |~r| = r la distancia entre d~l y P ), y r es un vector unitario enla direccion de ~r. Con lo cual por la Regla de la Mano derecha uno puede predecir hacia donde va dichopolvo (si arriba o bien abajo). Al acercarse al alambre, se forman circunferencias alrededor concentricas,y se observa que la intensidad aumenta al irse acercando mas al conductor.

Mesa 3: Campo Magnetico en una Bobina.

Observaciones: Se tienen bobinas (el cual es un componente de un circuito electrico formadopor un hilo conductor aislado y arrollado repetidamente, en forma variable segun su uso). En este experi-mento, el electro iman atrajo todos los clavos. Cabe destacar que sin el objeto ferromagnetico, solo algunode los clavos fueron atraıdos (casi ninguno). Esto es debido que el material ferromagnetico intensifica elCampo Magnetico creado por la bobina. En la otra bobina, al colocar el material ferromagnetico, se ob-serva que las lıneas de campo se alinean y van hacia el centro y en dicha parte se concentran, siendo casien lınea recta en el centro, siendo estas muy fuertes. Sin dicho material, son debiles.

Mesa 4: Corrientes Electricas bajo Efectos Magneticos.

Observaciones: En uno de los montajes, se observo que el iman provoca que el conductor semueva segun la polaridad (las cargas se mueven al sentir el Campo Magnetico externo, produciendo elmovimiento del conductor). En el otro montaje, al hacer circular la corriente electrica suministrada por lafuente de poder, el conductor gira por el iman. Al girar el iman, sigue girando el conductor, pudiendosehacer girar incluso de forma indefinida, principio con el cual funciona un motor electrico.

Mesa 5: Bobinas de Helmholtz y Medida del Campo Magnetico.

Observaciones: Con un sensor Testel, al colocarlo en el centro del las bobinas, (para medir elcampo magnetico) se observa que el campo es casi uniforme (casi constante) al notarse una muy leve varia-cion de la medicion de la corriente. Sin embargo al alejarse del centro, se observan demasiadas variacionesen las mediciones, de lo cual se puede decir que en dicha zona el Campo no es uniforme. En dicho expe-remiento se observa la aparicion del Efecto Hall. Se conoce como Efecto Hall a la aparicion, en el interiorde un conductor por el que circula una corriente, en presencia de un campo magnetico perpendicular almovimiento de las cargas, de un campo electrico por separacion de cargas, que tambien es perpendicular almovimiento de las cargas y al campo magnetico aplicado y que se denomina campo Hall. La componentemagnetica esta dada por la expresion matematica:

~F = q~v × ~B

Mesa 6: Funcionamiento del Motor Electrico.

Observaciones: Se tienen dos motores electricos, teniendo en comun los campos externos, te-niendo uno un iman y el otro un electro iman, poseen un eje, cada eje posee cuatro bobinas, estando estasbobinas conectadas a la corriente. En el primer motor, al hacer fluir la corriente, se observa una gran ro-tacion sobre el eje de giro, mientras que en el segundo se observa que es mas lento. Para el funcionamientodel motor, se observa que al tener (por ejemplo) una de las bobinas horizontal, al darle corriente, poseeun momento magnetico, debido al cual gira hasta alinearse con el campo magnetico, debido a un discosegmentado, en donde cada bobina esta conectada a un segmento, unos contactos van pasando de unaseccion a otra, en donde gira y al terminar una seccion pasa a la otra y corta la corriente, produciendoque ahora se encienda otra bobina, vuelva a girar, se alinea, y al hacer esto sucesivamente, se observafinalmente el movimiento del motor. Es necesario ademas que el eje tenga inercia para que mantenga elgiro en la misma direccion. La diferencia en los motores es el campo magnetico externo es que en uno elcircuito esta separado y en el otro no, lo que permite que se pueda controlar la velocidad de giro (en elque posee el circuito separado), mientras que en el otro tiene una velocidad fija, lo que se observa en elexperimento.

Conclusion

Se concluye la presencia del Campo Magnetico en la naturaleza, y los efectos que produce sobre algunosobjetos metalicos, la alteracion de trayectorias de un haz de electrones, su efecto al variar la intensidad decorriente, y como influye en objetos cargados, ası como su aplicacion a los motores.