EFECTO MAGNÉTICO DE LA CORRIENTE

ELÉCTRICA EN UN CONDUCTOR RECTO

Presentado por: Jorge aguado GonzalesJainer Llamas Martinez

Profesor: Juan Manuel Oviedo

UNIVERSIDAD DE CORDOBA

FACULTAD DE CIENCIAS BASICA E INGENIERIADE ingeniería de sistemas

MONTERIA CORDOBA2014

INTRODUCCIÓN

Desde tiempo atrás hemos conocido en términos de magnetismo y a lo que vivimos sometidos a la naturaleza del campo magnético. Hace mas de 2000 años se ha estudiado diferentes fenómenos relacionados al magnetismo desde el descubrimiento de la piedra magnetita en el siguiente trabajo mostramos que aunque en un principio los términos de magnetismos y electricidad fueron desarrollados por aparte, desde 1820 se tomaron de la mano sabiendo que la electricidad afecta un campo magnético y que esta es fuente de todo magnetismo, por tal razón las partículas cargadas ejercen fuerzas entre si existiendo de esta forma una fuerza eléctrica y una fuerza magnética, que en realidad estas dos son diferentes del mismo fenómeno de electromagnetismo.

De toda carga se encuentra rodeada por un campo eléctrico, si la carga esta en movimiento la región del espacio que la rodea se modifica todavía mas, esta modificación debida al movimiento de una carga se llama campo magnético.

MATERIALES:

- Multimetros ( V, ,A )

- 1 F.E.M.

- 1 Placa reticular

- Cables conductores

- Brújula

TEORÍA RELACIONADA.

EL ELECTROMAGNETISMO

El electromagnetismo es un campo muy amplio, por lo tanto describirlo en pocas palabras es imposible. Así que se empezará por las corrientes y sus efectos en un cable conductor Cuando una corriente (sea alterna o continua) viaja por un conductor (cable), genera a su alrededor un efecto no visible llamado campo electromagnético.

Este campo forma unos círculos alrededor del cable como se muestra en la figura. Hay círculos cerca  y lejos al cable en forma simultánea.

El campo magnético es mas intenso cuanto mas cerca está del cable y esta intensidad disminuye conforme se aleja de él hasta que su efecto es nulo. Se puede encontrar el sentido que tiene el flujo magnético si se conoce la dirección que tiene la corriente en el cable y con la ayuda de La ley de la mano derecha. (ver figura0).

FIG. 0 ayuda de La ley de la mano derecha Método para obtener el sentido del campo magnético con la ayuda de la mano derecha.

Este efecto es muy fácil visualizar en corriente continua La fórmula para obtener el campo magnético en un conductor largo es :B = m I  /  ( 2 d )Donde: - B: campo magnético - m: es la permeabilidad del aire - I: corriente que circula por el cable - : Pi  = 3.1416 - d: distancia desde el cableSi hubieran N cables juntos el campo magnético resultante sería:

B = N m I  /  ( 2 d )Donde N: número de cables.

MAGNETISMO.

Se denomina magnetismo a la propiedad que presenta determinadas sustancia especialmente algunos minerales de hierro , cobalto y níquel , de atraer ciertos cuerpos tales como pedacitos de hierro . Entre los cuerpos que por naturaleza posee esta propiedad se distingue la magnetita , mineral de hierro cuya cuya composición es Fe3O4 (OXIDO FERROSOFERICO).

A las regiones donde parece concentrarse el magnetismo de los cuerpos magnéticos (Fig.1) se les llama comúnmente polos magnéticos .A su vez , los cuerpos que posee polos magnéticos se llaman imanes . Los cuerpos que tienen por naturaleza esta propiedad , se llaman imanes naturales y los que lo han adquirido mediante algún tratamiento especial se denominan imanes artificiales se preparan generalmente con alguna aleación a base de hierro , y se puede ver de formas variadas(Fig.2)

Suspendiendo horizontalmente de un hilo un imán recto (Fig.3), se observa que uno de sus extremo se dirige siempre hacia el polo norte geográfico de la tierra y el otro hacia el polo sur , lo que parece indicar que hay dos clase de polos magnéticos . Se llaman entonces polo magnético norte (N) , o positivo , a aquel que quede orientado hacia el polo norte geográfico , y polo magnético sur (S), o negativo , al que queda orientado hacia el polo sur geográfico

FIG.1. Objeto magnético -FIG.2.Imán artificial -FIG.3.polos geográficos de un imán

UN IMAN : tiene un polo norte y polo sur . Ya que la brújula siempre indica desde el polo norte (ver Fig.4)hacia el polo sur (S), las líneas de campo magnético sale del polo norte y entran al polo sur.

LAS LINEAS DE CAMPO MAGNETICO : Trazada en una región del espacio se muestra siempre por la dirección hacia la cual apunta una brújula colocada en esta región . Un método para determinar las líneas de campo cercana a una barra magnética (imán de barra) se muestra en la fig.4.

FIG.4.Líneas de campo magnético. 1 En 1813, Hans Christian Oersted predijo que se hallaría una conexión entre la electricidad y el magnetismo. En 1819 colocó una brújula cerca de un hilo recorrido por una corriente y observó que la aguja magnética se desviaba. Con ello demostró que las corrientes eléctricas producen campos magnéticos. Aquí vemos cómo las líneas de campo magnético rodean el cable por el que fluye la corriente.

POLOS MAGNÉTICOS :

Del mismo tipo (norte o sur )se repelen uno al otro , mientras que cuando son distintos se atraen entre si .

UNA CARGA QUE SE MUEVE A TRAVÉS DE UN CAMPO MAGNETICO:

Experimenta una fuerza debida al campo, siempre que su vector velocidad no este a lo largo de una línea de fuerza en la figura 5 las cargas q están moviéndose con

una en un campo magnético dirigido. la dirección de la sobre cada carga es la indicada. nótese que la dirección de la fuerza sobre la carga negativa es opuesta a la que actúa sobre la carga positiva con la misma velocidad

LA AGUJA MAGNETICA:

Cuando una aguja imanada puede girar libremente alrededor de un eje vertical toma espontáneamente la dirección norte – sur . Decimos que se a alineado según el campo magnético terrestre (que se origina profundamente en el núcleo de la tierra). El extremo de la aguja que señala al norte recibe el nombre de polo norte . En toda región donde una aguja imanada experimenta una fuerza que tiende a orientarla se dice que existe un campo magnético fig.5. La dirección del campo es la fijada por una aguja imanada en libertad de movimiento y su sentido, el que corresponde desde el extremo sur al extremo norte de la aguja .

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1Citado ENCARTA 2005

FIG.5.Una aguja imantada en un campo magnético se orienta en la dirección del campo.

Se puede ver que una aguja de una brújula crea un campo magnético acercándola a la aguja de otra brújula y observando la influencia entre ambas : Cada una de ellas tira de la otra . Ambas producen un campo magnético y tienden a alinearse con el campo magnético de la otra .

Una de las características mas relevante de un imán es que al romperlo en dos partes , cada pedazo resulta también ser un imán, además podemos seguir así hasta la escala subatómica y encontraremos que los mismo electrones , protones y neutrones son imanes . (Fig.6)

FIG.6. (a)Fragmentos de un imán (b) Piezas orientadas en un campo magnético

CAMPOS MAGNÉTICOS DE LOS IMANES Y DE LAS CORRIENTES :

La magnetita y el hierro no son las únicas fuentes del campo magnéticos . Podemos realizar una experiencia en la que originara un campo magnético sin el empleo de dichos materiales .Conectemos un hilo largo de alambre a los terminales de una batería por intermedio de un interruptor como indica la figura 7. Con el interruptor abierto coloquemos el alambre por encima y paralelamente a una aguja imanada que puede oscilar libremente . Al cerrar en estas condiciones el interruptor, si la corriente que circula es suficientemente intensa , la aguja se desvía súbitamente colocándose cruzada con el alambre. La consecuencia evidente es que la corriente eléctrica producen campos magnéticos en el espacio que la rodea.

FIG.7.Alambre por encima de una aguja (a-circuito abierta),(b-circuito cerrado)

LA DIRECCIÓN DE UNA FUERZA:

Sobre una carga +q en movimiento en un campo magnético puede determinarse por la regla de la mano derecha fig. 8. manténgase la mano extendida. apúntense los dedos en la dirección y sentido del campo. oriéntese el dedo pulgar a lo largo de la dirección y sentido de la velocidad de la carga + . entonces, la palma de la mano empuja en la dirección de la fuerza que actúa sobre la carga. el sentido de la fuerza que actúa sobre una carga negativa es opuesto al que actúa sobre una carga positiva(pero en la misma dirección). con frecuencia es útil señalar que las líneas de campo magnético a través de la partícula y el vector velocidad esta misma forman un plano. El vector fuerza es siempre perpendicular a este plano.

FIG.8 Regla de la mano derecha

LA MAGNITUD DE UNA FUERZA (F):

Sobre una carga que se mueve en un campo magnético depende del producto de cuatro factores:

1. q, la magnitud de la carga (en C)2. v, magnitud de la velocidad de la carga (m/s)3. B, la intensidad del campo magnético.4. sen , donde es el Angulo entre las líneas de campo y la velocidad( ).

EL CAMPO MAGNETICO EN UN PUNTO:

Dado se representa por un vector ( ). su dirección es la del campo magnético. los

nombres dados a son: la inducción magnética, la densidad del flujo magnético y coloquialmente , la intensidad de magnético .

Se define la magnitud de y sus unidades al convertir la proporcionalidad FqvB sen en una igualdad .Así pues ,

donde FM esta dada en Newtons, q en couloms, v en m/s y B en una unidad llamada tesla (T) , la cual también es conocida como weber por metro cuadrado 1T = 1Wb /m2 . De la misma manera , se encuentra que en el sistema cgs la unidad para B es el gauss (G) donde, 1G =10-4 T.

MAGNETISMO TERRESTRE:

El análisis del campo magnético terrestre sugiere que podemos considerar a la tierra como un gigantesco imán cuyo polo norte magnético se encuentra próximo al polo sur geográfico . Ver fig 9. Obsérvese que los polos magnéticos y geográfico no coinciden . En la figura 10 se han representado las líneas de fuerza del campo magnético terrestre . En las regiones próximas a los polos magnéticos estas líneas inciden normalmente sobre la superficie terrestre de modo que un imán suspendido en esas regiones se dispone perpendicularmente. En esta forma se ha localizado loa polos magnéticos terrestre.

FIG. 9 Polos magneticos y geograficos

FUERZA MAGNETICA EJERCIDA SOBRE UNA CARGA ELECTRICA:

Una pregunta importante es la de si los campos magnéticos ejercen fuerzas sobre las cargas eléctricas . La experiencia indica que si colocamos una carga eléctrica en reposo en un campo magnético, no se ejerce ninguna fuerza sobre la carga.

Igualmente, si una carga se mueve en dirección paralela al campo magnético fig10, ósea, según una línea de fuerza , tampoco se ejerce una fuerza sobre la carga. Esta es otra manera de determinar la dirección del campo magnético en un lugar.

Sin embargo si lanzamos una carga eléctrica en dirección perpendicular al campo magnético observamos que describe un movimiento circular (fig 11 ) .

El sentido en que la carga recorre la circunferencia depende si la carga positiva o negativa.

FIG.10Carga paralela al campo FIG.11Carga perpendicular al campo

LA DIFERENCIA DE POTENCIAL

De un punto A a un punto B es el trabajo que se hace contra la fuerza eléctrica para llevar una carga testigo unitaria y positiva desde3 A asta B. Representemos la diferencia de potencia entre A y B por VB –VA o por V. sus unidades sonde

trabajo por carga ( J/C ) y se llaman volts ( V ): .

Ya que el trabajo es un escalar, la diferencia de potencial también lo es. Lo mismo del trabajo, la diferencia de potencial puede ser positiva o negativa.

El trabajo W que se hace para mover una carga q en un punto A a un segundo punto B es B - VA )=qV

Donde se debe dar ala carga los signos apropiados (+ o - ).si tanto VB - VA como q son positivos o negativos, el trabajo realizado es positivo. si ( VB – VA ) y q tienen signos opuestos, el trabajo efectuado es negativo.

PROCEDIMIENTO

MONTAJE

REALIZACIÓN

1. Tomamos la fuente de alimentación se conecto y se prendió; la regulamos a una tensión de 12V

2. colocamos la brújula en las proximidades del cable , y se dejo que la aguja oscilara en sentido norte -sur.

3. se colocaron los cables de la Fem. sobre la brújula y se observo lo ocurrido.

OBSERVACIONES

Cuando se ubico el polo a tierra de la Fem. en la dirección norte de la brújula la aguja de esta giraba en sentido antihorario y se presentaba un mínimo movimiento. Y cuando el polo positivo se colocaba sobre la dirección norte de la brújula la aguja de esta giraba en sentido horario.

PREGUNTAS

EFECTO MAGNÉTICO DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA EN UN CONDUCTOR RECTO

1. Después de las experiencias con el magnetismo permanente ¿con que se puede desviar una aguja magnética que jira libremente?

2. Lleve estas experiencias a el primer paso del experimento

3. ¿Qué nos dice el hecho de que, al cambiar el sentido de la corriente la aguja magnética se desvíe en otro sentido?

4. Utilizando la regla de la mano derecha, intenta dibujar en la siguiente figura el sentido de las líneas de campo: si se coge el conductor el de corriente con la mano derecha, de forma que el pulgar señale el polo negativo, los dedos indican el sentido de las líneas del campo.

RESPUESTAS

m1. Después de haber realizado la experiencia y observar la variación de dirección de la aguja con respecto a la corriente, una aguja magnética se puede desviar al igual que lo anterior por materiales que poseen una magnetismo alto como el hierro entre otros.

2. Al realizar un corto circuito con los dos cables sobre la brújula podemos observar que cuando se desvía la aguja de la brújula se debe al flujo de la corriente proporcionado por la Fem.

3. al cambiar el sentido de la corriente la aguja se desvía en un sentido diferente debido a que las cargas negativas atraen al lado positivo del imán y las cargas positivas siempre atraen al lado negativo, por lo tanto al cambiar el sentido de la corriente, la dirección de la aguja cambia de acuerdo a la dirección del campo y el sentido de las líneas del campo magnético depende del sentido de la corriente.

4. F

BIBLIOGRAFÍA

1. Holliday David , Resnick Robert y Krane Kennet . Física Vol. 2 . Cuarta Edición . Edit: Continental S.A. México 1997 .

2. SÁNCHEZ Bonet Antonio, Gran Enciclopedia educativa tomo. 2 Edit : zamora S A , Colombia 1995.

3. Raymon A. Serway , Rober J. Beichner . Física Vol. 2. Quinta edición. Edit : McGRAW-HILL Inter americana , México 2002.

4. Enciclopedia encarta 2005. microsoft

5. www.gogle.com/unicrom/magnetismodelacorrienteelectrica”la aguja”.htm

CONCLUSIÓN

Cuando una corriente eléctrica fluye por un cable pueden observarse dos efectos importantes: la temperatura del cable aumenta y un imán o brújula colocado cerca del cable se desvía, apuntando en dirección perpendicular al cable. Al circular la corriente, los electrones que la componen colisionan con los átomos del conductor y ceden energía, que aparece en forma de calor.

El movimiento de la aguja de una brújula en las proximidades de un conductor por el que circula una corriente indica la presencia de un campo magnético alrededor del conductor.

Puede considerarse que el campo magnético en torno a un conductor rectilíneo por el que fluye una corriente se extiende desde el conductor igual que ondas. Las líneas de fuerza del campo magnético tienen sentido antihorario cuando se observa el conductor en el mismo sentido en que se desplazan los electrones. El campo en torno al conductor es estacionario mientras la corriente fluya por él de forma uniforme.

Cuando un conductor se mueve de forma que atraviesa las líneas de fuerza de un campo magnético, este campo actúa sobre los electrones libres del conductor desplazándolos y creando una diferencia de potencial y un flujo de corriente en el mismo. Cuando una corriente empieza a circular por un conductor, se genera un campo magnético que parte del conductor. Este campo atraviesa el propio conductor e induce en él una corriente en sentido opuesto a la corriente que lo causó (según la llamada regla de Lenz).