8/4/2019 Practica 1 de Fisica III

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PRÁCTICA DE MAGNETISMO.

“EL SOLENOIDE” 

Alumnos:  *   Gabriel Abellán Piñero  * Karim Ayaon

* Carlos Masiá Agulló

Fecha: 18/10/2007 

Grupo:  4

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 ÍNDICE  

1.- Fundamento teórico......................................32.- Objetivos principales.....................................4 3.- Materiales utilizados......................................4   3.1.- Solenoide cilíndrico.................................4 

3.2.- Teslámetro...............................................53.3.- Amperímetro............................................5

3.3.- Fuente de energía....................................54.- Procedimiento operativo................................6 5.- Cálculo de los valores teóricos......................7 6.- Obtención de datos experimentales..............7 7.- Gráficas teóricos............................................88.- Gráficas experimentales................................99.- Discrepancias entre valores teóricos y valores

experimentales..................................................1010.- Comentarios...............................................1011.- Conclusiones..............................................1012.- Cuestiones…………………………………11

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1. Fundamento teórico.

Un solenoide es una bobina helicoidal que se emplea para producir campos magnéticos

intensos.

Una corriente que circula por un solenoide cilíndrico produce un campo magnético en

su interior. La magnitud de este campo es función de dicha intensidad ( I ),del númerode espiras ( N ),de la longitud del solenoide ( l ), y de la permeabilidad magnética del

medio (μ0), cuyo valor es 4п10-7 Hm-1 (ó NA-2) para el vacío. Para un solenoide largo

(solenoide de longitud mayor que cuatro veces su diámetro), la ecuación del campo

magnético en el centro de su eje viene dada por:

 I l 

 N  B

0 µ =

(1.1)

Para puntos situados en el extremo del solenoide el campo magnético vale:

 I l 

 N  B

20

 µ =

(1.2)

Si la intensidad I de la corriente que circula por el solenoide es continua, es decir, no

varía con el tiempo, el campo magnético en su interior es constante y por tanto no

variará el flujo magnético Φa través del circuito.

Llamando iΦ al flujo que atraviesa una espira, el flujo total vendrá dado por:

  N 

it ⋅Φ=Φ (1.3)

El flujo que atraviesa una espira es el producto de la superficie de la espira por el campo

magnético B:

=Φi S  B ⋅ (1.4)

Una vez desarrollados estos conceptos podemos relacionarlos con el coeficiente de

autoinducción L, que se define como el cociente entre el flujo total que atraviesa el

solenoide y la intensidad que circula por el:

l 

S  N 

 I 

 IS l 

 N  N 

 I 

 NBS 

 I 

 L

2

0

0  µ  µ 

===Φ

=(1.5)

Donde NBS representa el flujo total que atraviesa el solenoide.

2. Objetivos principales.

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La práctica tiene los siguientes objetivos principales:

Primeramente comprobar que los valores teóricos del campo magnético en el interior y

extremos del solenoide, obtenidos mediante las expresiones anteriores, se ajustan a los

obtenidos experimentalmente midiendo directamente con el teslámetro. Estascomprobaciones se realizaran para distintas intensidades.

Seguidamente se comprobara que el campo magnético en el extremo del solenoide es la

mitad que en el centro del mismo.

Por último se calculará el coeficiente de autoinducción del solenoide según la expresión

dada y observaremos que coincide con el valor que proporciona el fabricante dentro de

las características técnicas del solenoide.

3.-Materiales utilizados.

3.1.-Solenoide cilíndrico.

El solenoide es un alambre aislado enrollado en forma de hélice ( bobina) con un paso

acorde a las necesidades, por el que circula una corriente eléctrica. Cuando esto sucede,

se genera un campo magnético dentro del solenoide. El solenoide con un núcleo

apropiado se convierte en un imán (en realidad electroimán).

Las características técnicas del solenoide figuran escritas en un lado del miso y son las

siguientes: 

Longitud del solenoide: l = 75cm.

Diámetro de las espiras: D = 79mm.

Número de espiras por unidad de longitud: N/l =485 espiras/m.

Coeficiente de autoinducción: L = 1mH

(Solenoide)

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3.2.-Teslámetro.

Permite determinar el campo magnético en el interior del solenoide.

Tomaremos una sonda Hall axial puesto que la corriente a estudiar es longitudinal, si

fuera transversal la corriente, utilizaríamos una sonda radial.

Las lecturas que proporciona el teslámetro son del orden de militeslas (mT), y hay que

tener precaución de ante de medir determinar el cero del equipo. El ajuste del punto cero

es necesario solamente con las mediciones de campo continuo. Con las mediciones de

campo alterno el punto cero se ajusta automáticamente en un lapso de pocos segundos.

 (Fuente de intensidad, teslámetro y sonda Hall)

3.3.-Amperímetro.

Un amperímetro es un instrumento que sirve para medir la intensidad de corriente que

está circulando por un circuito eléctrico.

Los amperímetros, en esencia, están constituidos por un galvanómetro cuya escala hasido graduada en amperios.

(Amperímetro)

3.4.-Fuente de intensidad.

Podremos variar la intensidad manteniéndonos siempre por debajo de un límite de 8

Amperios que dañaría el solenoide.

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4.-Procedimiento operativo:

Este montaje consiste en un circuito alimentado por la fuente de intensidad conectada el

solenoide, y cuyo valor eficaz (valor máximo/ 2 ) es registrado en el amperímetro. El

campo magnético en el interior se mide con la sonda axial conectada al teslámetro.

Se realiza esta experiencia para distintas intensidades

Según por donde coloquemos la sonda, el campo magnético tomará valor positivo o

negativo. Una indicación positiva significa que el campo llega a la sonda en sentido de

la dirección de la superficie del mango donde está la placa de características, mientras

que un valor negativo indica el sentido del campo contrario.

Con este montaje se determinará el campo magnético para siete intensidades diferentes

 partir de la intensidad que pasa por el circuito con ayuda de las expresiones 1.1 y 1.2.

Dichos valores se compararán con los obtenidos mediante la medida directa del campo

magnético con el teslámetro, mostrándose los resultados en una tabla.

Montaje experimental esquematizado.

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5.-Cálculo de los valores teóricos.

Si sustituimos las características técnicas del solenoide en la expresión teórica que

determina el campo magnético en su interior, obtenemos en función de la intensidad:

 I nl 

 I  N  B ⋅⋅=

⋅⋅

=0

0 µ 

 µ 

Donde n es el número de espiras por unidad de longitud

Resultando las ecuaciones:

B(mT)=0,4571.I(A) [CENTRO]

B(mT)=0,2286.I(A) [EXTREMO]

6.-Obtención de datos experimentales.

I B(mT)

CENTRO

B(mT)

CENTRO

B(mT)

EXTREMO

B(mT)

EXTREMO

(A) Teórico Experimental Teórico Experimental

0,10 0,05 0,03 0,02 0,01

0,20 0,09 0,08 0,05 0,04

0,30 0,14 0,14 0,07 0,07

0,40 0,18 0,20 0,09 0,10

0,80 0,37 0,41 0,18 0,211,20 0,55 0,60 0,27 0,33

1,60 0,73 0,82 0,37 0,42

 .<<Los valores teóricos han sido calculados mediante las ecuaciones 1.1 y 1.2>>.

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7.-Gráficas teóricas.

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Gráfica teórica B(mT) (CENTRO)

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00

I(A)

   B   (  m   T   )   C  e  n   t  r  o

Gráfica teórica B(mT) (EXTREM

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,350,40

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00

I(A)

   B   (  m   T   )   E  x   t  r  e  m  o

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8.-Gráficas experimentales.

Sustituyendo las características técnicas del solenoide en la expresión del coeficiente de

autoinducción (La ecuación 1.5), se obtiene un valor de:

L= 1,082.10-3 H = 1,082 mH ≈ 1.00 mH

Así comprobamos que el coeficiente obtenido se aproxima al que proporciona el

fabricante de L=1mH.

Si variamos la intensidad, el coeficiente de autoinducción no variará, pero si el campo

magnético. Luego el coeficiente de autoinducción es independiente de la intensidad

aplicada.

9

Gráfica experimental B(mT) (CENTRO)

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00

I(A)

   B   (  m   T   )   C  e  n   t  r  o

Gráfica experimental B(mT) (EXTREM

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00

I(A)

   B   (  m   T   )   E  x   t  r  e  m

  o

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9.-Discrepancias entre los valores teóricos y experimentales.

En las intensidades bajas, cualquier campo magnético puede hacer variar la medición

obtenida por el teslámetro, ya que a estas intensidades tan bajas es difícil ser preciso ya

que por ejemplo los tubos halógenos, los móviles, imanes, etc. Producen pequeños

campos magnéticos que pueden alterar nuestras mediciones.También hay que tener en cuenta que los valores teóricos calculados corresponden a

valores en el centro y en el extremo del solenoide pero en el eje central de éste, por lo

cual se producen imprecisiones al hacer la medición a mano ya que existen pequeños

movimientos que hacen oscilar la medición por el teslámetro.

10.-Comentarios.

Esta práctica se ha realizado en un tiempo aproximado de 1 hora. Es una práctica

entretenida, que al no ser muy larga se pasa rápido, y que nos permite familiarizarnos

con instrumentos de medición tal como la sonda Hall o el teslametro. Así mismo nos

hace entender un poco mejor el fenómeno del electromagnetismo desde un punto de

vista experimental y como las leyes que describen este fenómeno son totalmente ciertas.

11.-Conclusiones.

Como conclusión podemos decir que esta practica esta encaminada a conocer y

experimentar la medición de campos magnéticos.

Se ha comprobado experimentalmente la veracidad de algunas formulas básicas que

describen la creación de un campo magnético en el interior de un solenoide, inducido

 por la corriente eléctrica que circula en él. También se ha demostrado que cuando la

longitud del solenoide es mayor que cuatro veces su diámetro, entonces el campomagnético producido por esta corriente eléctrica en el extremo del solenoide, es la mitad

del producido en el centro del mismo.

Por ultimo, se ha visto que este campo magnético creado en el interior del solenoide es

independiente de la longitud del solenoide, siempre y cuando se cumpla que su longitud

es mayor que cuatro veces su diámetro, y que solo depende del numero de espiras por 

unidad de longitud, pero que contrariamente, si que varia el coeficiente de

autoinducción del solenoide puesto que aumenta proporcionalmente con el numero de

espiras.

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12.-Cuestiones.

1. Si variamos la distancia entre los cursores del solenoide que fijan el número de

espiras por unidad de longitud, ¿variará el campo magnético en el interior?

 No, por que se verifica que el factor N/l se mantiene constante cuando variamos los

cursores. Si alejamos los cursores  N (Número de espiras) aumenta proporcionalmente a l (Longitud) .

 I l 

 N  B

0 µ =

Pero podría variar si no cumple que l > 4D (D: diámetro del solenoide).

¿Y el coeficiente de autoinducción?

Sí, por que queda proporcional a N, ya que el coeficiente de permeabilidad

magnética, la superficie de la espira y N/l queda constante, entonces queda N

multiplicando a la constante.

l 

S  N 

 I 

 IS l 

 N  N 

 I 

 NBS 

 I  L

2

0

0  µ  µ 

===Φ

=

2. Si introducimos un solenoide más pequeño en el interior, ¿se induciría una

fuerza electromotriz?

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