Balanza De Corriente

Juan Camilo Quintero, Juan Pablo Cuero, Johan Barragn.

Departamento de Fsica, Universidad del Valle.

Resumen- Mediante este experimento se pretende

determinar la fuerza ejercida por un campo

magntico determinado sobre las partculas

aceleradas por una corriente establecida que

atraviesan un alambre, introducido en dicho campo

magntico uniforme. Se relacionan la longitud del

alambre, la distancia respecto a los inductores

utilizados para generar el campo magntico y la

corriente, tambin se utiliza una balanza para medir

en trminos de masa la fuerza ejercida por el campo.

INTRODUCCIN

Las partculas cargadas en movimiento dentro de un

campo magntico sufren una fuerza proporcional a la

magnitud del campo, el valor de la carga y su velocidad,

la direccin de la fuerza es perpendicular a la velocidad

de la carga.

Este hecho se puede extrapolar a las partculas cargadas

que atraviesan un conductor elctrico, en este caso la

fuerza que experimentan dichas partculas sera

proporcional a la intensidad de corriente que las acelera,

y a la longitud del conductor (en relacin a la

conductividad elctrica del mismo), a la magnitud del

campo y al ngulo que forma el conductor con la

direccin del campo.

Aprovechando lo anterior, se puede determinar dicha

fuerza introduciendo un conductor en forma de columpio

(para generar un alambre rectilneo) dentro de un campo

magntico uniforme, ste alambre tambin est

sostenido por una balanza que nos permite medir el

cambio de la masa vista por la balanza a medida que el

campo magntico vara. Demostrando as, que la fuerza

ejercida sobre un conductor depende del campo

magntico, de la longitud del conductor y de la corriente.

MARCO TERICO

La fuerza magntica sobre una seccin infinitesimal de

un alambre de tamao dl est dado por:

Si el alambre es rectilneo de longitud l, en un campo

magntico uniforme, se tiene:

Para realizar ste experimento se necesita un alambre

rectilneo donde la direccin de la corriente circule

perpendicularmente a la direccin del campo y as

generar una fuerza solamente hacia abajo o hacia arriba

(durante el experimento se determina hacia abajo), para

este propsito se escoge un conductor en forma de

columpio, por el cual las corrientes de los tramos bajante

y subiente estn en direcciones contrarias, por lo que el

campo magntico se anula, quedando as solo efecto del

campo sobre la parte del conductor perpendicular a las

lneas de campo.

Fig 1. Conductor forma columpio.

El conductor mencionado se coloca en una balanza, y se

determina su peso, que se relaciona con la fuerza que

realiza la gravedad sobre l impulsndolo hacia abajo, de

sta misma manera se puede medir la fuerza resultante

de la accin del campo magntico determinando la

variacin de su peso y relacionndolo con la fuerza

gravitatoria.

Teniendo en cuenta la expresin para fuerza magntica

que relaciona el producto cruz entre la corriente por la

longitud, y el campo magntico, y la continuidad de las

lneas de campo (aprovechando el diferencial entre la

permeabilidad magntica del hierro y del aire) a travs

de las secciones tenidas en cuenta para ste experimento

(Hierro, aire-hierro, aire) se puede deducir la siguiente

expresin para el campo magntico que fue la utilizada a

lo largo del experimento.

sta expresin relaciona la permeabilidad elctrica del

vaco, la del hierro, el nmero de espiras del conductor,

la corriente y la distancia respecto a los inductores.

La fuerza magntica se calcul a travs de balance de

fuerzas: el peso de cada espira y la fuerza magntica

(que por regla de la mano derecha va hacia la misma

direccin del peso) se contrarrestan con la fuerza de la

masa aparente de la balanza. Esto indica que:

Fmaparente Fpeso = Fmagntica

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Y RESULTADOS

Fig 2. Montaje experimental elctrico que consta de 2

bobinas, 2 fuentes de voltaje en dc, una resistencia

variable y instrumentos de medicin.

Fig 3. Montaje experimental, ensamblaje del circuito

elctrico y la balanza.

Procedimiento:

Previo a cada medicin con un conductor, se realiza una

calibracin con la resistencia variable de manera que el

rango de valores de corriente sea suficiente para realizar

todas las mediciones.

1. Se instala el conductor sobre la balanza

procurando que quede lo ms centrado posible

respecto a los ncleos de hierro.

2. Se determina el peso de uno de los conductores a

utilizar, sin que haya paso de corriente a travs

de l.

3. Se vara la corriente (de 0.5 hasta 5A) y se

consigna la masa aparente y la variacin en la

masa.

4. Se repite el experimento para espiras

conductoras de diferente longitud.

ANLISIS DE RESULTADOS Y DISCUSIN

Con lo consignado a lo largo del experimento se realizan

las siguientes grficas.

y = 0,0022x

0

0,002

0,004

0,006

0,008

0,01

0,012

0 1 2 3 4 5

Fuerza Mag Vs Corriente l=12,5

Al observar las grficas, se concluye que el

comportamiento de la fuerza magntica es lineal y

directamente proporcional a la corriente que lo provoca.

CONCLUSIONES

La direccin de la fuerza magntica sobre la espira

depende tanto de la direccin del campo magntico al

que es expuesta como de la direccin de la corriente que

fluye a travs de ella. Por esta razn, solo la seccin

transversal siente fuerza magntica: aunque las secciones

verticales tambin son afectadas por el campo

magntico, la fuerza en cada seccin vertical tiene la

misma magnitud pero sus direcciones son opuestas por

lo que se equilibran.

La magnitud de la fuerza magntica es directamente

proporcional a la intensidad del campo magntico y la

corriente, y su comportamiento es lineal.

y = 0,0038x

0

0,005

0,01

0,015

0,02

0 1 2 3 4 5

Fuerza Mag Vs Corriente l=25mm

y = 0,0124x

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0 2 4 6

Fuerza Mag Vs Corriente l=50mm

Fuerza MagVs Corrientel=50mm

Lineal(Fuerza MagVs Corrientel=50mm)

y = 0,0041x

0

0,005

0,01

0,015

0,02

0 2 4 6

Fuerza Mag Vs Corriente l=100mm

Fuerza MagVs Corrientel=100mm

Lineal(Fuerza MagVs Corrientel=100mm)