Fuerza de origen magnético en conductores


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1 Práctica 10 Fuerza de origen magnético en conductores Elaborado por: Revisado por: Autorizado por: Vigente a partir de : M.I. Juan Carlos Cedeño Vázquez Ing. Juan Manuel Gil Pérez Ing. Francisco Miguel Pérez Ramírez M.I. Mayverena Jurado Pineda Quím. Antonia del Carmen Pérez León Ing. Gabriel Alejandro Jaramillo Morales 8 de agosto de 2016

2 1. Seguridad en la ejecución Peligro o Fuente de energía Riesgo asociado 1 Tensión Alterna Electrocución 2 Tensión Continua Daño a equipo 2. Objetivos de aprendizaje I. Objetivo General: El alumno comprenderá los efectos producidos por la interacción de campos magnéticos y comprobará el modelo matemático de la fuerza magnética. II. Objetivos específicos: Deducir el modelo matemático para el cálculo del vector fuerza magnética que actúa en un conductor recto inmerso en un campo magnético. Obtener experimentalmente el modelo matemático de la fuerza magnética con respecto a la variación de corriente en el conductor. Obtener experimentalmente el modelo matemático de la fuerza magnética con respecto a la variación del ángulo formado por corriente en el conductor. 3. Introducción La levitación magnética es una de las propiedades más características e importantes de los superconductores. Gracias a ella se han podido construir trenes de alta velocidad por levitación magnética (maglev). Este tipo de trenes levita sobre las vías gracias a las fuerzas de interacción entre los campos magnéticos producidos en los imanes o bobinas situados en el tren y en los rieles. Al levitar, el tren puede desplazarse sin que haya ningún contacto con los rieles, con lo cual puede alcanzar velocidades muy elevadas. La levitación magnética tiene también aplicaciones en otras áreas tecnológicas, como en el almacenamiento de energía, ya que permite hacer girar indefinidamente una rueda superconductora inmersa en un campo magnético de manera que almacene la energía mecánica. Asimismo se aplica en medicina cardiovascular. 2

3 4. Equipo y Material Foto 1. Teslámetro digital. Foto 2. Teslámetro analógico. Foto 3. Soporte, imán y conductor recto. Foto 4. Soporte Universal. Foto 5. Regla graduada de plástico. Foto 6. Balanza de 400 [g] y resolución de 0.01 [g]. Foto 7. Imán en forma de herradura. Foto 8. Fuente de poder de 0-20 [V] 0-10 [A] de c.d. Foto 9. Conductor en forma de columpio. Foto 10. Bobina con goniómetro e imán. Foto 11. Juego de conductores impresos. 3

4 5. Desarrollo Actividad 1 Fuerza magnética sobre un conductor con corriente Utilizando el material y equipo propuesto, diseña un experimento para comprobar la existencia de una fuerza magnética resultante, a partir de la corriente eléctrica que circula a través de un conductor inmerso en un campo magnético. Con la fuente de poder aplica una corriente eléctrica máxima de 4 [A]. Elabora el esquema de conexión propuesto e indica la posición relativa de los vectores: corriente eléctrica (I), campo magnético (B) y fuerza magnética (F m) involucrados en este experimento. Material y Equipo: a. Soporte Universal. d. Fuente de poder de 0 a 20 [V] 0-10 [A] de c.d. b. Imán de herradura. e. Soporte. c. Conductor en forma de columpio. Comenta con tus compañeros sobre el experimento y registra tus observaciones. Conclusiones del experimento 4

5 Actividad 2 Fuerza magnética con respecto a la variación de la corriente eléctrica en un conductor inmerso en un campo magnético. Con el material y equipo propuesto, realiza un experimento donde puedas verificar el comportamiento de la fuerza magnética cuando varía la corriente eléctrica en el conductor. Equipo y Material: a. Soporte universal. b. Regla. c. Balanza de 400 [g] y resolución de 0.01 [g]. d. Soporte, imán y conductor recto impreso. e. Fuente de poder de 0 a 20 [V] 0-10 [A] de c.d. Registra en una tabla el comportamiento de las variables del experimento. Analiza el tipo de proporcionalidad en una gráfica y obtén el modelo matemático de la fuerza magnética contra la variación de la corriente eléctrica (F m= m I + b). A partir de la pendiente obtenida, determina el valor del campo magnético del imán utilizado. En el siguiente espacio realiza un esquema del calibrador vernier y describe la forma de tomar las lecturas de masa. Conclusiones del experimento 5

6 Actividad 3 Fuerza magnética con respecto a la variación de la longitud de un conductor inmerso en un campo magnético. Con el material y equipo propuesto, realiza un experimento donde puedas verificar el comportamiento de la fuerza magnética cuando varía la longitud en un conductor. Equipo y Material: f. Soporte universal. g. Regla graduada de plástico. h. Balanza de 400 [g] y resolución de 0.01 [g] i. Soporte, imán y conductores rectos de diferente longitud. j. Fuente de poder de 0 a 20 [V] 0-10 [A] de c.d Registra en una tabla el comportamiento de las variables del experimento. Analiza el tipo de proporcionalidad en una gráfica y obtén el modelo matemático de la fuerza magnética contra la variación de la longitud de un conductor (F m= m L + b). A partir de la pendiente obtenida, determina el valor del campo magnético del imán utilizado. Conclusiones del experimento 6

7 Actividad 4 Fuerza magnética con respecto al ángulo formado entre las líneas de campo magnético y un conductor por el que circula una corriente eléctrica. Con el material y equipo propuesto, realiza un experimento, donde demuestres la relación que hay entre la fuerza magnética con respecto a la variación del ángulo formado entre las líneas de campo magnético y un conductor, por el que circula una corriente eléctrica. Equipo y Material: a. Soporte universal. b. Balanza de 400 [g], resolución 0.01 [g] c. Soporte. d. Fuente de poder de 0 a 20 [V] 0-10 [A] de c.d. e. Bobina con goniómetro e imán. Registra en una tabla el comportamiento de las variables del experimento. Analiza el tipo de proporcionalidad en una gráfica y obtén el modelo matemático de la fuerza magnética contra el seno del ángulo (F m=m senθ + b). A partir de la pendiente obtenida, determina el valor del campo magnético del imán utilizado. Conclusiones del experimento 7

8 6. Bibliografía Jaramillo G., A. Alvarado. Electricidad y Magnetismo. Segunda edición. Ed. Trillas, México, Serway R., J.W. Jewett. Electricidad y Magnetismo. Sexta edición. Ed. Thomson. México, Sears F., M. Zemansky, H. Young. Física Universitaria. Undécima edición. Ed. Pearson. México, Tipler, P. A.: Física para la ciencia y la tecnología.vol. 2, Ed. Reverté, España, Resnick R.,D. Halliday, K. Krane: Física. Vol. 2, Ed. CECSA, México, Anexos Cuestionario previo. Se puede definir un campo magnético B en una región del espacio en términos de la fuerza magnética F que el campo ejerce sobre un cable conductor de longitud L, en el cual circula una corriente i. La relación entre estas variables es: F = i L x B Donde F: representa la fuerza magnética que actúa en un conductor. i: es la corriente eléctrica que circula por el conductor. L: es la longitud del conductor inmerso en un campo magnético. B: es el vector de campo magnético. Con respecto a la ecuación anterior, 1. Qué pareja de vectores son perpendiculares siempre? 2. Si se tienen dos conductores paralelos con corriente eléctrica en la misma dirección, los conductores experimentan una fuerza de repulsión o de atracción? 3. Y si los conductores son paralelos y sus corrientes circulan en dirección contraria, la fuerza es de atracción o repulsión? 4. Cuál es el principio de funcionamiento del teslámetro? Para la modificación de esta práctica durante el semestre , se agradece la aportación sustantiva de: Ing. Wenceslao Cirión Robertson M.I. Rigel Gámez Leal 8

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