Brújula De Tangentes

Práctica 18. MEDIDA DE CAMPOS MAGNÉTICOS. BRÚJULA DE TANGENTES OBJETO: Estudiar el campo magnético creado por una bobina circular. Determinar la componente horizontal del campo magnético terrestre. MATERIAL: Brújula de tangentes. Fuente de alimentación de corriente contínua.
Amperímetro. Reóstato.

FUNDAMENTO TEÓRICO: Un campo magnético B
ejerce sobre un imán de momento magnético m un momento(par de fuerzas):
M = m∧B

B

N

m
S

(1)

que tiende a orientarlo paralelo al campo (Fig. 1). Si el imán está orientado paralelamente a un campo B1 y se aplica otro campo B 2 en dirección perpendicular al primero (Fig. 2), el imán girará un ángulo θ, hasta alcanzar la orientación de equilibrio dada por: m B1 sen θ = m B2 cos θ es decir:
tg θ = B2 B1

Fig. 1

B1

(2) (3)

mθ
B2

El ángulo girado no depende de m y, si B1 es conocido, podemos determinar B2.

Fig. 2

En esta práctica se utiliza como imán una brújula y se analiza la orientación de su aguja imanada en presencia del campo magnético terrestre y del campo producido por una bobina circular por la que circula una corriente eléctrica. Campo magnético terrestre La Tierra es un imán natural con lospolos magnéticos próximos a los polos norte y sur geográficos. Las líneas de campo emergen de la superficie terrestre en el hemisferio sur y entran en ella en el hemisferio norte, con una distribución similar a una barra imán colocada en su centro (Fig. 3) y orientada en la dirección nortesur, si bien el eje magnético forma un ángulo de ≈ 11º con el eje de rotación terrestre. El campo magnético de laTierra varía con la longitud y la latitud del lugar, y también con el tiempo, y se determina experimentalmente. En general tiene una componente horizontal, que es máxima en el ecuador (≈ 33 μT) y nula en los polos magnéticos, que hace girar la aguja de la brújula hacia el polo norte magnético, y una componente vertical que es máxima en los polos (≈ 67 μT) y nula en el ecuador.
Polo nortegeográfico Polo sur magnético

S

N
Polo norte magnético Polo sur geográfico

Fig. 3

Campo magnético de una espira circular Una espira circular recorrida por una corriente eléctrica de intensidad I produce un campo magnético que en los puntos del eje de la espira (Fig. 4) es paralelo a dicho eje:

B(P) =

μ0 I R 2 2 (R 2 + d 2 )
3 2

en

(4)

O

y en el centro de la espira vale: μ IFig. 4 B(O) = 0 e n (5) 2R Si, en lugar de una espira, se trata de una bobina de N espiras de radio R muy próximas entre sí, el campo en el centro es: μ NI (6) B(O) = 0 en 2R

Brújula de tangentes Si colocamos una pequeña brújula horizontal en el centro de una bobina de espiras circulares, mientras no circula corriente por las espiras, el único campo magnético que actúa sobre la brújula es elde la Tierra y, por tanto, la aguja se orienta en la dirección de la componente horizontal Bh de dicho campo terrestre (norte-sur). Haremos coincidir esa dirección con el diámetro de la bobina. Cuando circula una corriente de intensidad I por la bobina se produce un campo magnético Bb en la dirección del eje de la bobina (perpendicular a Bh) y la aguja de la brújula girará un ángulo θ dado por (3)y que, teniendo en cuenta (6), es: tg θ = Bb NI = μ0 Bh 2 R Bh (7)

La brújula de tangentes puede utilizarse para determinar uno de los campos magnéticos conocido el otro o para determinar la intensidad de la corriente que circula por la bobina.

MÉTODO OPERATORIO
Monte el circuito en la forma indicada en la figura 5, conectando el terminal común (C) de los arrollamientos a uno de losextremos del reóstato y el terminal del arrollamiento adecuado en cada momento (comience con el correspondiente a la espira de radio Ro = 12 cm) al borne positivo de la fuente. El borne negativo de la fuente debe conectarlo al amperímetro (cuidando la polaridad) y éste al otro extremo del reóstato. Asegúrese, antes de iniciar las medidas, de orientar la brújula de tal forma que, en ausencia de...