Síntesis
Se estudian los efectos producidos por dos campos
magnéticos producidos por la Tierra
(Bt) y por el paso de corriente
eléctrica por una bobina (B) cuyo número de
espiras (N) podemos variar. Ante el movimiento de
la brújula y
determinando el ángulo formado por la nueva
posición de la brújula y la anterior
ubicación de la misma, obtendremos los valores de
la tangente de α (tg α), y a partir de los gráficos de tg α en función de
intensidad (I) y de N, obtendremos los valores de las
constantes de proporcionalidad de los mismos (k1 y
k2) y el valor de la
constante de la ecuación B = K * N * I. Al aumentar I o N,
α es mayor. Estudiaremos además la relación
entre tg α y B, definida como tg α =
B /
Bt.
Objetivo
Estudiar el campo
magnético generado por una bobina y su dependencia con
la corriente que circula por la bobina y con el número de
espiras de la misma, tratando de independizarlo del campo
magnético terrestre.
Introducción
En el trabajo,
mediante la medición de los ángulos de
deflexión formados por la aguja de la brújula a
partir del paso de corriente por una bobina y su interacción con Bt obtendremos K
de la ecuación B = K*N*I, que permite conocer el vector
inducción en el centro del cuadro, a partir
de dicha constante, el número de espiras o vueltas de los
cables de cobre
alrededor del cuadro y la intensidad de la corriente (cantidad de
cargas por unidad de tiempo).
Previamente, para obtener dicho valor, debemos conocer el
valor de la tg α, que es equivalente al cociente de B y
Bt. Como Bt para la Ciudad de Buenos Aires es
constante ya que el campo magnético generado por la
Tierra
así lo es, entonces, las variaciones en la tg α son
modificaciones en B. Igualmente es necesario aclarar que ocurra
cuando la bobina correctamente orientada: los bordes del cuadro
(supuestamente paralelos a las espiras) deben ser paralelos a la
dirección de la aguja cuando sólo
está sometida al Bt, de forma tal que B, al
circular corriente, sea perpendicular al mismo.
En el trabajo práctico utilizamos una fuente de
corriente continua y diferencia de potencial variable conectada a
la pared y dará energía a un reóstato, tipo
de resistencia
variable que nos permite modificar I, medida mediante un
multímetro en serie al circuito en la función de
amperímetro con una escala de 10 A. A
continuación se conectó en serie una llave que
permitía cerrar o abrir el circuito e invertir el sentido
de circulación de la corriente. La bobina está
formada por un marco cuadrado en el cual se enrollan 5 cables de
cobre, que conforman las espiras. Tiene una bornera para
seleccionar el número de espiras deseadas. En el medio del
marco se encuentra una tarima de madera en cuyo
centro ubicamos la brújula, compuesta por una aguja de
hierro
imantada sostenida por un eje que permite su libre movimiento en
360º, señalando el ángulo en un borde
graduado.
Figura I: Esquema del circuito.
Procedimiento
Mediante los materiales
dispuestos de la forma que se observa en la Fig. 1, nos
disponemos a realizar el trabajo
práctico. Colocamos la brújula en el centro del
marco valiéndonos de las líneas marcadas en la
tarima que lo definen, y ubicamos el cuadro de tal manera que
esté paralelo a Bt, y, por lo tanto, B sea
perpendicular a éste; es necesario orientarlo así
para saber que, si varía tg α, esto se debe a una
variación en B por la circulación de la corriente,
por ser Bt constante. Verificamos esta posición
cerrando el circuito con la llave y observamos el ángulo
de deflexión; luego invertimos el sentido de
circulación de la corriente y repetimos la observación: si los ángulos
coinciden, se encuentran en la posición deseada. Es
necesario tener en cuenta que la variación del sentido de
circulación de la corriente modifica el cuadrante hacia el
cual se desplaza la aguja, debido a que cambia el sentido del
cambo producido.
Parte 1
En esta parte del trabajo práctico tomamos varios
valores de α variando I utilizando el reóstato. Como
primer paso seleccionamos un valor mínimo de resistencia,
es decir, de máxima intensidad (recordemos la Ley de Ohm, que
establece que ante un voltaje constante, R e I son inversamente
proporcionales: V = R * I), y, cerrando el circuito, medimos I y
α para ambos sentidos de circulación:
αi y αd (izquierda y derecha).
Realizamos este paso 5 veces más, variando la resistencia
del reóstato y por lo tanto I de todo el circuito, y
completamos la tabla 1 con estos datos, el
ángulo promedio (α p), las incertezas de
I (definida en 0,01 A por ser ésta la menor
división del amperímetro en la escala seleccionada)
y de α (de 2º, correspondiente a la menor
división de la escala de la brújula). Mediante la
resta y la suma de αp y su incerteza, obtenemos
αmín y αmáx, que
nos permitirá completar la segunda parte de la tabla 1
tras calcular sus tangentes.
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