Campo magnético





PRÁCTICA 4
CAMPO MAGNÉTICO



























Ingeniería Industrial




Introducción

En esta práctica, aprenderemos a medir campos magnéticos generados por una corriente eléctrica que circula a través de las bobinas de Helmholtz. Concretamente, comprobaremos la uniformidad del campo en el centro de las bobinas, también estudiaremos laspropiedades de un imán permanente situado en un campo magnético uniforme y mediremos el momento dipolar magnético del imán. Finalmente, estudiaremos el comportamiento de un haz de electrones en un campo magnético y mediremos la relación carga/masa del electrón.


Fundamentos Teóricos


1) Campo magnético generado por las bobinas de Helmholtz

Para realizar este proceso, necesitamos dosbobinas de Helmholtz que colocaremos paralelamente con la ayuda de dos soportes, un generador de corriente, dos cables banana-banana y, por último, un imán.

El experimento consistirá en calcular teóricamente el campo magnético generado por las dos bobinas cuando circula una determinada corriente entre ellas, ayudándonos con la ley de Biot y Savart, la cual indica que:donde a es el radio de las espiras, N el número de espiras totales de la bobina y I la intensidad de corriente que pasa por las espiras.

También intentamos calcular el campo de forma práctica, mediante la ayuda de un teslámetro.

2) Momento magnético de un imán

Determinaremos el momento magnético de un imán colocándolo en el centro de la espira. Cuandointroducimos el imán dentro del campo magnético creado por las espiras, se ejerce un par de fuerzas sobre él, que tiende a alinear la dirección del momento bipolar con la del campo magnético.

Pero si separamos el imán de su posición de equilibrio un pequeño ángulo θ, se ejerce sobre él el par recuperador, que hace que el imán comience a oscilar alrededor de su posición de equilibrio. Llamamos I almomento de inercia del imán respecto al eje de oscilación siendo su ecuación igual a:


donde M es la masa del imán, R es el radio de su base y L es su longitud.

Al igual que anteriormente, realizamos este cálculo de forma teórica, y de forma práctica, haciendo oscilar el imán y contando el número de oscilaciones que realiza en un determinado intervalo detiempo, para después realizar un ajuste por mínimos cuadrados utilizando un programa informático.

3) Relación carga-masa del electrón

Si situamos un electrón dentro de un campo magnético B, estará sometido a una fuerza perpendicular a la dirección del campo y también a la dirección del movimiento.
Si la dirección del campo magnético y de la velocidad del electrón son perpendiculares, lafuerza magnética desvía los electrones haciéndolos describir una trayectoria circular de radio r. Esta fuerza magnética causa una aceleración centrípeta a los electrones, llegando a la expresión siguiente:


































Métodos experimentales

1) Generación y medida de campos magnéticos

1. Secalibra el cero del teslámetro alejando previamente la sonda de cualquier fuente de campo magnético.
2. Se mide el campo magnético en el centro de las bobinas utilizando la sonda cuando por las bobinas circula una corriente de 2 A. Realizaremos una medida adicional girando la sonda 180º, de forma que se produzca un cambio de signo en la lectura del teslámetro. La medida experimentaldel campo será el promedio de las medidas anteriores en valor absoluto.
3. Compararemos el valor obtenido experimentalmente con el que proporciona la ecuación.


2) Momento magnético de un imán

Con las medidas obtenidas al hacer oscilar el imán elaboramos una tabla, para después, mediante un programa informático ajustar a una recta T2 frente a 1/i para calcular la pendiente p con su error....