Medida De Campos Magnéticos

MEDIDA DE CAMPOS MAGNÉTICOS
Objetivos: Medida de campos magnéticos de hilos, espiras, planos y bobinas mediante la técnica de inducción electromagnética.
Material: Generador de corriente alterna, polímetro, voltímetro síncrono (Lock-in), sonda de inducción montada en un soporte deslizante, montaje de dos hilos paralelos, montaje de dos bobinas, cables de conexión, resistencia de 7.5 , caja decondensadores calibrados.
1. INTRODUCCIÓN
La medida de campos magnéticos estáticos de corrientes rectilíneas (hilos), espiras, bobinas, distribuciones superficiales de corriente (planos), etc., resulta difícil debido a que la amplitud de los campos creados es pequeña. Sin embargo, si la corriente de alimentación es corriente alterna de baja frecuencia, los campos magnéticos son a efectosprácticos campos estacionarios (mientras sean despreciables los efectos de la corriente de desplazamiento), y la medida de estos campos se simplifica enormemente. La diferencia fundamental entre la situación estrictamente estática y la de campos alternos de baja frecuencia es la posibilidad, en este segundo caso, de emplear el fenómeno de la inducción electromagnética para la detección y medida del campomagnético.
La sonda de inducción que se emplea para medir campos magnéticos de baja frecuencia es una pequeña bobina de Ns espiras. Considerando que la bobina es lo bastante pequeña para suponer que el campo magnético que la atraviesa es uniforme en toda su sección, resultará que el flujo instantáneo de dicho campo magnético viene dado por:
)t(BSN)t(S
donde S es la sección media de lasespiras, Ns es el número de espiras, y B(t) es la componente del campo magnético que atraviesa perpendicularmente la bobina. Esta componente del campo magnético la podemos expresar como:
)tcos(B)t(B0
siendo B0 la amplitud de dicho campo, y  la frecuencia angular de oscilación. Deberemos tener en cuenta que la amplitud del campo magnético que atraviesa perpendicularmente la espira, B0, puede variarcon la posición, es decir, B0 contiene la variación geométrica del campo magnético que queremos medir, por lo que de forma general podemos escribir: B0=B0(x,y,z). La fuerza electromotriz inducida en la sonda de inducción (t) viene dada por la ley de inducción de Faraday-Lenz:
)t(sen)t(senBSNdtd)t(00S
Así pues, la amplitud de la fuerza electromotriz inducida (que es la magnitud quepodemos medir cómodamente con un voltímetro de corriente alterna) viene dada por:
0s0BSN (1)
Observamos que dicha amplitud será mayor cuanto mayor sea la frecuencia de oscilación del campo, y que dependerá del campo magnético que estemos midiendo B0=B0(x,y,z).
La relación (1) nos permite calcular el campo magnético a partir de la fuerza electromotriz inducida medida, y por lo tanto podremosobtener experimentalmente la distribución espacial (en una
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determinada dirección) del campo magnético creado por una determinada distribución de corriente, y comparar con el comportamiento predicho por el modelo teórico.
Buena parte de los casos que presentan más interés son distribuciones infinitas de corriente, ya que permiten un cálculo teórico sencillo. En estos casos, la realizaciónexperimental de tamaño finito limita la validez de los resultados teóricos a puntos relativamente próximos a la distribución de corriente, permitiendo cuantificar la región del espacio donde es válida dicha aproximación.
2. MONTAJE EXPERIMENTAL
La Figura 1 es un esquema de la sonda de inducción que se ha montado para esta práctica. De acuerdo con la ecuación 1, se necesitaría conocer el producto NsScon precisión para tener calibrada la sonda. No es suficiente conocer el número de espiras, pues al realizar el bobinado la sección media es mayor que el cilindro sobre el que se enrolla el hilo. En esta práctica trabajaremos a una frecuencia fija de f=1000 Hz (=2f), por lo que podremos expresar la amplitud de la fuerza electromotriz inducida como:
SNk;Bkss0s0 (2)
donde ks se ha...