Campo magnético de un solenoide

Introducción

En nuestra vida cotidiana, al ir a trabajar, divertirse y entre muchas de nuestras actividades cotidianas, no podemos observar todos aquellos fenómenos físicos que nos rodean o si los observamos normalmente los ignoramos. En nuestro desarrollo tecnológico instrumentos como lo son los celulares, los cables de la electricidad entre otros generan campos magnéticos.

Los campos magnéticos son los fenómenos físicos los cuales se presentan siempre y cuando se tenga una corriente eléctrica, en la actualidad en las ciudades siempre convivimos con los campos magnéticos, además no solo se presentan campos en las ciudades se presentan en todo el planeta, ya que este también lo genera.

Resumen

En este informe se mostrara el procedimiento, los resultados obtenidos y la interpretación de los mismos de una experiencia realizada en la Universidad del Norte.

El tema a desarrollar en esta proceso de aprendizaje fue campo magnético el cual se observo con la ayuda de una bobina solenoidal.

Abstract

In this report there was to show the procedure, the obtained results and the interpretation of the same ones of an experience realized in the University of the North.

The topic to developing in this one learning process was a magnetic field which I observe with the help of a bobbin solenoidal.

MARCO TEORICO

Magnetismo

El magnetismo es un fenómeno físico el cual genera que los cuerpos específicamente ciertos materiales como lo son los imanes, ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros cuerpos.

Las líneas de campo magnéticas van del norte hacia su sur. En nuestro planeta estas líneas van del norte magnético, es decir, el sur geográfico hacia el sur magnético el cual es nuestro norte geográfico.

Una propiedad que presentan los materiales los cuales generan magnetismo (los imanes), es que estos al partirse automáticamente en los pedazos que estos son cortados se obtendrán dos imanes.

Campo magnético

El campo magnético es generado por una carga en movimiento o una corriente, este a su vez ejerce una fuerza F sobre cualquier otra carga en movimiento o corriente presente en el campo.

Al igual que el campo eléctrico este campo es un campo vectorial.

Espiras

Al referirse al término de espiras lo que se busca decir es la cantidad de vueltas que tiene un alambre en una bobina.

Bobina solenoidal

Una bobina solenoidal, es al igual que las otras bobinas está esta echa de una superficie cubierta por espiras de alambre, esta almacena energía debido a un campo electromagnético que es estimulado por una corriente.

Una bobina está compuesta por un muy delgado hilo de cobre enrollado, en la cual se colocan dos polaridades lo cual genera un campo electromagnético donde se almacena la energía, la capacidad de una bobina es proporcional al número de espiras del hilo de cobre.

Ya dicho esto hay que resaltar que la bobina solenoidal es una bobina como anteriormente se había mencionado, pero esta tiene una forma cilíndrica y en su interior es hueca.

PROCEDIMIENTO

Primero se procedió a configurar nuestro programa Data Studio para el propósito que buscábamos, luego de haber hecho este procedimiento comenzamos con la experiencia.

Esta experiencia consistió en que teníamos una bobina solenoidal, el fin de este laboratorio era comprobar dos cosas, primero que el campo magnético producido en las esquinas de la bobina es la mitad a la producida del cuerpo de esta, y la segunda pero fue la más primordial en este proceso de aprendizaje fue determinar el número de espiras de la bobina mediante algunos cálculos desarrollados en la experiencia.

La experiencia comenzó al momento que introducíamos con la ayuda de los materiales del laboratorio una corriente a la bobina solenoidal. Debido a esto está empezaba a crear un campo magnético, al haber hecho esto procedimos a introducir un censor de campo magnético en el medio vacío de la bobina. El cual nos dio a ver una grafica de ese campo, esta grafica representaba cuando introducíamos lentamente ese censor y además cuando lo sacábamos.

ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS

Análisis de resultados

De acuerdo a los datos y gráficos obtenidos en las mediciones conteste las

siguientes preguntas:

Pregunta 1: Comparar las lecturas axial y radial del campo ¿qué dirección tiene el

campo magnético en el interior del solenoide?

Al comparar las lecturas axial y radial del campo, nos damos cuenta que de forma

radial presenta una lectura muy pequeña del campo, mientras que de forma axial

nos presenta una lectura más alta, por lo que podemos deducir que la dirección

del campo magnético es axial.

1. Calcule el valor teórico del campo magnético dentro de la bobina utilizando la

corriente medida, su longitud, y el número de espiras del solenoide.

2. Determine la pendiente de la recta del campo magnético en función de la

intensidad de corriente para cada gráfica.

Según la grafica de campo contra corriente, tenemos que la pendiente es 319

G/A.

3. Compare este valor con el valor teórico obtenido de la fórmula que usted

investigó.

Pregunta 5: Calcule el error en el valor del campo magnético. ¿A qué factores

cree usted que se debe la diferencia obtenida?

Campo teórico:

Campo experimental:

B =41 G

% error=

Hay muchos factores por los que se pueden presentar estos errores, por ejemplo,

el numero de vueltas que doce tener la bobina no es la precisa, y por lo tnato se

presenta una diferencia sustancial entre los campos.

Preguntas problematologicas

Responda las siguientes “preguntas problematológicas”

1. ¿Es el campo magnético uniforme en el interior del solenoide? Explique.

El análisis del campo magnético en el interior del solenoide es uniforme y paralelo

al eje en el interior de este, siempre y cuando supongamos que el solenoide es

muy largo respecto al radio de las espiras.

2. ¿ Qué conclusión puede deducir acerca de las características del campo

magnético en el solenoide? Dibuje un gráfico de B contra X que ilustre su

respuesta.

El campo magnético en el interior del solenoide es mucho más intenso que en el

exterior pues es mayor la densidad de las líneas de fuerza dentro que fuera del

solenoide.

3. ¿Qué efecto tiene en los resultados de la medición “tarar” el sensor lejos de

toda fuente.

Cuando taramos el sensor de medición de campos lejos de la fuente, nos

aseguramos que el sensor no esté siendo afectado por ninguno de los campos y

que no tengo una medición errada cuando se requiera utilizar.

Carga y descarga de un capacitor

Resumen

En este informe se presentara una información detallada de una experiencia desarrollada en el laboratorio de física eléctrica cuyo tema es carga y descarga de un capacitor , en este informe se mostraran los datos obtenidos de la experiencia, el procedimiento y mostraremos una extensión teórica de esta.

Abstract

In this report was presenting detailed information of an experience developed in the laboratory of electrical physics which topic is charging and discharging a capacitor in this report the information obtained of the experience was appearing, the procedure and we going to show theoretical extension of this one.

INTRODUCCION

En la vida diaria manejamos muchos instrumentos tecnológicos, o ciertos inventos los cuales tienen un uso para mantener normas e indicarle algo a otro individuo sin tener que decírselo, como por ejemplo un semáforo o una direccional de un carro, estos instrumentos ayuda al orden, normalmente por nuestro descuido en nuestra vida diaria es muy probable que nunca nos hallamos hecho la pregunta de ¿Qué es lo que hace que el semáforo funcione así? o ¿Porque el marcapaso funciona de esa manera? La respuesta es muy sencilla estos aparatos son circuitos denominados circuitos RC los cuales constan de un capacitor y una resistencia.

MARCO TEORICO

Circuito

Un circuito eléctrico es una interconexión de elementos eléctricos como resistencias, capacitores, fuentes de voltaje, fuentes de corriente e interruptores.

Un circuito eléctrico es una red la cual se encuentra completamente cerrado, para así poderle dar un camino a la corriente.

Reglas de Kirchhoff

En la práctica, muchas redes de resistores no pueden ser reducidos a combinaciones simples de serie o paralelo

Para poder con esta explicación se ha de definir lo siguiente ya que se utiliza con frecuencia:

Un nodo es en un circuito es un punto donde se pueden encontrar dos o más conductores.

Una espira es cualquier camino conductor cerrado, es decir, son las diferencias de potencial que se encuentran en dos puntos del circuito.

Ya explicado esto hay que resaltar que las reglas de kirchhoff consisten en los siguientes dos enunciados:

Para los nodos o uniones: la suma algebraica de la corriente en cualquier unión es igual a cero, esto expresado en una ecuación se ve de la siguiente manera:

Y en una espira por la reglas de Kirchhoff es la suma algebraica de las diferencias de potencial en cualquier espira, incluyendo a la fem y las de los elementos con resistencia, debe ser igual a cero. Esta ley se representa con la siguiente ecuación:

Voltímetro este es un instrumentó el cual se utiliza para medir la diferencia de potencial o voltaje, el cual lo mide entre dos puntos.

Circuito R-C

Solamente con el solo acto de descargar y cargar un capacitor en un circuito, nos encontramosque las corrientes, voltajes y potencias en este cambian con respecto con el tiempo. Unos ejemplos de unos dispositivos que se descargan y cargan se pueden encontrar marcapasos cardiaco, los semáforos, las señales direccionales de un automóvil entre otras.

Por consiguiente todo aquel circuito el cual contenga un capacitor y un condensador s es denominado un circuito R-C.

PROCEDIMIENTO

En el desarrollo de esta experiencia primero se empezó por configurar nuestro software Data Studio, luego generamos un circuito simple en serie el cual consistía en un condensador y una resistencia.

Este circuito era conectado a una pequeña caja transparente, esta es un puente donde podíamos conectar o unir los puntos A con B o los puntos A con C. (Como se muestra en la figura1.1)

Al unir los puntos A y C inicialmente el capacitor esta descargado, pero al unir estos puntos, es decir, al cerrar el circuito la corriente comienza a fluir por el circuito que se genera con la resistencia y el capacitor, este comienza a cargarse. Luego se conectaron los puntos A y B y la corriente no fluye por el capacitor, este comienza a descargar su carga lo cual se puede observar claramente en la gráfica.

Luego de esto procedimos a observar que tipo de ajuste era la grafica y encontramos que era un ajuste exponencial inverso

Ya hecho esto observamos la ecuación de esta y la ecuación es:

A = 0.963 +/- 0.0022

B=0.260 +/- 0.0022

C=0.904 +/- 3.4e-4

Luego procedimos a tomar exactamente la mitad de esta grafica y el voltaje máximo era 9.912v por lo tanto la mitad de este era 4.956v, luego de haber hecho esto creábamos un triangulo con ayuda del data studio el cual nos ayudaba a ver el tiempo medio, lo cual este era el experimental, este tiempo nos dio el valor de 07634.

Pregunta 1: Con el dato obtenido en el paso anterior. ¿Cómo puede obtener la capacitancia experimental de capacitor empleado?

si, por medio de la carga y el voltaje.

1. Determine la capacitancia experimental y compárelo con el valor nominal indicado. Halle el error.

2. Seleccione la zona de la gráfica que corresponda a la carga del capacitor (suiche en la posición A), Empleando la herramienta “fit” seleccione aquel ajuste que arroje menor error cuadrático medio( rms). Escriba esta ecuación en el informe y compárela con la ecuación que investigó en la sección ”actividades de fundamentación teórica”.

Pregunta 2: Con los datos obtenidos en el paso anterior. ¿Cómo puede determinar mediante este método la capacitancia experimental?

por medio de tau

Pregunta 3: ¿Cuánto fue la carga máxima obtenida por el capacitor en el proceso de carga?

9,68

Pregunta 4: ¿Qué cantidad representa el tiempo obtenido en el paso anterior?

1.12 s

CONCLUSIONES

En este laboratorio analizamos la velocidad de carga y descarga de un capacitor donde vemos que es a la relacion de T = V(1-e^(t/RC)

Ley de Ohm

Resumen
En este informe se mostrara el procedimiento, los resultados obtenidos y la interpretación de estos mismos.
Los temas que desarrollamos en esta práctica de laboratorio fueron ley de Ohm

las cargas el voltaje y la capacitancia para un condensador de placas paralelas.
Y el objetivo es que planteo en este laboratorio fue establecer la relación entre estas.

Abstract
In this report there was to show the procedure, the obtained results and the interpretation of these themselves. The topics that we develop in this practice of laboratory were the loads, the voltage and the capacitance for a condenser of parallel plates. And the aim is that I raise in this laboratory it was to establish the relation between these.

INTRODUCCION

En nuestra vida diaria utilizamos muchos implementos tecnológicos los cuales nos ayudan a tener una mejor calidad de vida, si nos tomáramos el tiempo para comprender como función estos, nos daríamos cuenta que primero debemos entender los instrumentos que los componen. Uno de estos componentes el cual están en básicamente todos los instrumentos que utilizamos a diario los seres humanos es la resistencia y el diodo.

OBJETIVOS

Conocer la ley de ohm y la aplicación de esta para identificar si un material es óhmico o de lo contrario no lo es.

Establecer la relación que existe entre resistencia, voltaje y corriente eléctrica.

 
MARCO TEORICO
Para poder entender el desarrollo del la experiencia hay que tener en cuenta muchos conceptos, a continuación se explicara conceptos básicos de un modo conciso para poder tener un mejor entendimiento de cómo se desarrollo esta experiencia
Corriente eléctrica
Una corriente eléctrica es todo el movimiento de carga de una región a otra que recubre un material, es decir, es la razón de cambio de la carga con respecto al tiempo, esta es medida en amperios (A) y es representada con la letra I.
I= dq/dt
Densidad de corriente
Se define como la corriente por unidad de área de sección transversal.
J= I/A
Resistividad
Es la capacidad la cual tiene un material para no permitir el flujo de la corriente eléctrica, esta viene dada por la relación que existe entre el campo eléctrico Ē y la densidad de la corriente eléctrica J.
Б= J/Ē
Conductividad
La conductividad es el reciproco de la resistividad, sus unidades están dadas por 1/((Ω m )).
Los buenos conductores de electricidad tienen una conductividad más grande que los aisladores. La conductividad es análogo eléctrico directo de la conductividad térmica, los buenos conductores eléctricos, como por ejemplo los metales, por lo regular son buenos conductores de calor.
Ley de Ohm
La ley de ohm se cumple siempre y cuando el campo y la densidad de la corriente sean constantes y la complejidad del material no sea muy compleja como por ejemplo los metales.
La ley de ohm se cumple siempre y cuando la resistencia sea constante, hay que resaltar que hay materiales los cuales son óhmicos y pueden transformarse en no óhmicos y viceversa, este fenómeno se presenta cuando la resistividad del material se altera debido al constante paso de corriente eléctrica.
Resistencia
La resistencia es la oposición que presenta un cuerpo al paso de la corriente eléctrica para circular a través de este. Esta se simboliza con el símbolo griego omega Ω.
Resistencia en circuitos
En los materiales electrónicos las resistencias son materiales los cuales como la definición anterior que habíamos dado antes se opone al paso de la corriente.
Estas son pequeñas y si se nos diese por abrir una se puede observar que esta es un hilo el cual este se encuentra enrollado por dentro, debido a esta razón es por eso que se representa así en el circuito, y en un circuito se representa con este símbolo:

Para poder saber el valor de una resistencia se utiliza el código de colores, el cual se utiliza de la siguiente manera:
Primero se observa el primer color de la resistencia este será el primer digito la cual esta tiene, luego se observa el segundo color y al igual que el primero este será otro digito de la resistencia, es decir, será su segundo digito. Y por último se observa el tercer color este es el factor multiplicador por diez de la resistencia.
Código de colores
Negro = 0
Verde = 5

Marrón= 1
Azul = 6

Rojo= 2
Violeta = 7

Naranja=3
Gris = 8

Amarillo = 4
Blanco= 9

Energía potencial eléctrica
Esta está definida como la energía potencia por unidad de carga en un punto y esta expresada por la siguiente expresión:
V = U/q
Diferencia de potencial
Es el trabajo por unidad de carga que debe realizar una fuerza eléctrica cuando un cuerpo con carga se desplaza de un punto A a un punto B. En circuitos a esto se le suele llamar voltaje.
Diodo
Este instrumento es un instrumento no óhmico, es un instrumento semiconductor el cual permite el paso de la corriente solamente por una única dirección, su representación simbólica es:

 
PROCEDIMIENTO

Parte A: Resistor de 33 ohmios.
Utilice la fuente de poder (power amplifier) para proporcionar diferentes voltajes a una resistencia de 33 ohmnios. Utilice los sensores de voltaje y de corriente en DataStudio para medir el voltaje registrado en los terminales de la resistencia y la corriente que pasa por ella.
Utilice el software para mostrar los datos de voltaje y corriente. Utilice una gráfica de voltaje frente a corriente para determinar el valor de la resistencia.

Parte B: Diodo rectificador
Utilice la fuente de poder (power amplifier) para proporcionar diferentes voltajes a un diodo rectificador. Utilice los sensores de voltaje y de corriente en DataStudio para medir el voltaje y la intensidad de corriente que pasa por el diodo.
Utilice el software para mostrar los valores de voltaje intensidad de corriente. Utilice una gráfica de voltaje frente a intensidad de corriente para determinar la relación que existe entre estas dos variables en el diodo.
Configuración del ordenador
Resistencia:

Conecte el interfaz ScienceWorkshop al ordenador, encienda el interfaz y luego encienda el ordenador.
Conecte los conectores tipo clavijas en los terminales de salida de la fuente de poder (power amplifier).
Arme un circuito eléctrico con la resistencia de 33 ohmios conectada a la fuente de poder, y conecte adecuadamente los sensores de voltaje y corriente.
Configure la fuente de poder para una salida de voltaje DC e inicialmente con un valor de 0.0 Voltios.
Configure el sensor de voltaje para una toma de muestras lenta (slow >1s).
Configure la pantalla adecuadamente para poder observar simultáneamente la gráfica voltaje – corriente ( voltaje en el eje y) y al mismo tiempo la ventana “Signal Generator” de manejo de la fuente de poder.
Presione “Start” para iniciar la toma de medidas y aumente el voltaje aplicado a la resistencia a una rata de 1 voltio hasta llegar a un máximo de 8 voltios. (No sobrepasar este valor, ya que la fuente de sobre carga en corriente)

Diodo Rectificador
Conecte el interfaz ScienceWorkshop al ordenador, encienda el interfaz y luego encienda el ordenador.
Conecte los conectores tipo clavijas en los terminales de salida de la fuente de poder (power amplifier).
Arme un circuito eléctrico con el diodo 1N4001 conectada a la fuente de poder, y conecte adecuadamente los sensores de voltaje y corriente.
Configure la fuente de poder para una salida de voltaje DC e inicialmente con un valor de 0.0 Voltios.
Configure el sensor de voltaje para una toma de muestras lenta (slow >1s).
Configure la pantalla adecuadamente para poder observar simultáneamente la gráfica voltaje – corriente y la ventana “Signal Generator” de manejo de la fuente de poder.
Presione “Start” para iniciar la toma de medidas y aumente el voltaje aplicado a la resistencia a una rata de 0.1 voltio hasta llegar a un máximo de 3 voltios.

Calibración del sensor y montaje del equipo
Montaje del equipo Resistencia
Monte la resistencia de 33ohmios en los conectores resortados junto a los terminales en la esquina inferior derecha de la placa electrónica de laboratorio AC/DC (EM8656).
Conecte los conectores tipo clavijas a la salida de la fuente de poder a los conectores para voltaje correspondientes de la placa electrónica de laboratorio AC/DC.


Montaje del equipo – Diodo
Arme el montaje mostrado en la figura. El circuito está compuesto por una resistencia de 33  en serie con el diodo 1N4001 (observe la polaridad del diodo). Conecte el sensor de corriente en serie con el diodo y el sensor de voltaje en paralelo con el diodo.

Resistencia
Comience la toma de datos. (Haga clic en ‘Start’ en DataStudio).
Observe la grafica de voltaje - intensidad de corriente. Ajuste los ejes vertical y horizontal si es necesario.
Observe el trazo del voltaje frente a la intensidad de mientras aumenta el voltaje suministrado por la fuente y finalice la toma de datos.

Diodo
Comience la toma de datos. Observe la gráfica de voltaje frente a la intensidad de corriente en el diodo, mientras aumenta el voltaje suministrado por la fuente.
Ajuste los ejes vertical y horizontal si es necesario. Finalice la recogida de datos.

TOMA DE DATOS

A continuación daremos a conocer los datos obtenidos de las dos experiencias realizadas en el laboratorio, que gracias a herramientas interactivas como Data Studio en conjunto con el análisis personal nos obsequio lo siguiente:

en esta gráfica encontramos la relación entre el voltaje y la corriente en un diodo viendo que la pendiente es constante y que es la resistencia, la linea recta es la gráfica de voltaje vs corriente de una resistencia que por ser un material ohmico obedece a la ley de ohm, V=I*R, y el otro es un diodo que no obedece a la ley de ohm.

en esta gráfica observamos lo mismo pero analizando el comportamiento del diodo vemos que por debajo de cierto voltaje se comporta como un circuito abierto, es decir, no conduce y cuando llega a su umbral trabaja como un circuito cerrado, como si tuviese una resistencia muy pequeña.

en esta gráfica observamos la relación entre voltaje y corriente en una bombilla, después de un tiempo la bombilla pierde corriente, ya que sabemos que I=Q/t y la bombilla pasa electrones de un filamento al otro por esto pierde carga por tiempo y la corriente disminuye.

Pregunta 1: Según los resultados de la sección 4.3.1. ¿Tienen la resistencias halladas un valor constante?. ¿Qué significado físico tiene la pendiente de la recta de linealización?

si, la pendiente entre voltaje y corriente fisicamente tiene el significado de ser la resistencia ya que obedece a la ley de ohm, V=I*R.

Pregunta 2: Según los resultados de la sección 4.3.2. ¿Tienen la resistencias halladas un valor constante?. ¿En qué forma varía la corriente en el diodo cuando el voltaje aplicado aumenta?

el diodo con un voltaje bajo trabaja como un circuito cerrado y al llegar al umbral trabaja como un circuito cerrado con baja resistencia.

Pregunta 3: ¿Qué conclusión puede sacar de estos resultados?. ¿Para que elemento se cumple la ley de ohm?

la ley de ohm se cumple para resistencias (materiales ohmicos) y vemos que algunos elementos como la resistencia R=V/I