Campo magnetico terrestre

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oBJETIVOS:


← Comprender el Efecto Hall.
← Determinar las líneas de campo de diferentes imanes.
← Desarrollar una noción de lo que significa la medida de campo magnético y entender sus unidades.
← Diferenciar los diferentes tipos de imanes y sus posibles aplicaciones.
← Determinar el campo magnético terrestre en el laboratorio.

MARCO TEORICO

El efecto HallCuando un conductor que transporta corriente se pone en un campo magnético, se genera una diferencia de potencial en una dirección perpendicular tanto a la corriente como al campo magnético. Este fenómeno, observado por primera vez por Edwin Hall en 1879, se conoce como efecto Hall. Éste surge de la desviación de los portadores de carga a un lado de los conductores como consecuencia de la fuerzamagnética que experimentan. El efecto Hall proporciona información en relación con el signo de los portadores de carga y su densidad: también puede usarse para medir la magnitud de los campos magnéticos.

Un dispositivo para observar el efecto Hall consta de un conductor plano por el que circula una corriente [pic] en la dirección [pic], como se muestra en la Figura 1. Un campo magnético uniforme[pic] se aplica en la dirección [pic]. Si los portadores de de carga son electrones que se mueven en la dirección [pic] negativa con velocidad de arrastre [pic] experimentan una fuerza magnética hacia arriba [pic], se desvían hacia arriba, y se acumulan en el borde superior del conductor plano, dejando un exceso de carga positiva en el borde inferior (Figura 2a). Esta acumulación de carga en losbordes aumenta hasta que la fuerza eléctrica establecida por la separación de carga equilibra la fuerza magnética que actúa sobre los portadores. Cuando esta condición de equilibrio se alcanza, los electrones ya no se desvían hacia arriba. Un voltímetro o potenciómetro sensible conectado a través de la muestra, como se ilustra en la Figura 2, puede medir la diferencia de potencial generada en elconductor, conocida como voltaje Hall [pic].

[pic]
Figura 1. Para observar el efecto Hall se aplica un campo magnético a un conductor que porta carga. Cuando [pic] está en la dirección [pic] y [pic] en la dirección [pic], ambos portadores de carga positiva y negativa, se desvían hacia arriba en el campo magnético. El voltaje Hall se mide entre los puntos [pic] y [pic].

Si los portadores de cargason positivos y, en consecuencia, se mueven en la dirección [pic] positiva como se ve en las Figuras 1b y 2b, también experimentan una fuerza magnética hacia arriba [pic]. Esto produce una acumulación de carga positiva sobre el borde superior y deja un exceso de carga negativa en el borde inferior. En consecuencia, el signo del voltaje Hall generado en la muestra es opuesto al signo del voltajeHall que resulta de la desviación de electrones. El signo de los portadores de carga puede, por tanto, determinarse a partir de la medición de la polaridad del voltaje Hall.

Para encontrar una expresión que defina el voltaje Hall advierta primero que la fuerza magnética sobre los portadores de carga tiene una magnitud [pic]. En equilibrio, esta fuerza es equilibrada por la fuerza eléctrica[pic], donde [pic] es la magnitud de campo eléctrico debido a la separación de carga (denominado algunas veces como campo Hall). Por consiguiente,

[pic][pic]
Figura 2. a) Cuando los portadores de carga en un aparato de efecto Hall son negativos, el borde superior del conductor se carga negativamente, y [pic] está a un potencial eléctrico más bajo que [pic]. b) Cuando los portadores de cargason positivos, el borde superior se carga positivamente, y [pic] está a un potencial más alto que [pic]. En ambos casos los portadores de carga ya no se desvían cuando los bordes están cargados completamente, esto es, cuando existe un balance entre la fuerza electrostática [pic]y la fuerza de desviación magnética [pic].

[pic]

[pic]
Si [pic] es el ancho del conductor, el voltaje Hall es...
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