Espiras y Solenoides

CAMPOS MAGNÉTICOS CREADOS POR
ESPIRAS Y SOLENOIDES

OBJETIVO

El objetivo de esta experiencia es medir el campo magnético que se crea en el centro de distintas espiras con diferentes radios y en el interior de diversos solenoides de distintos número de vueltas.
FUNDAMENTO TEÓRICO

En esta experiencia de laboratorio, realizamos mediciones del campo magnético creado por espiras de corriente y solenoides usando una sonda de efecto Hall y comparamos los resultados con las predicciones teóricas surgidas de las leyes de Biot y Savart y Ampère para esos sistemas. Mediante esta experiencia se puede determinar experimentalmente el valor de la permeabilidad magnética del vacío μ0.

La ley de Biot y Savart, relaciona el valor del campo magnético con las corrientes que lo producen. Su expresión matemática permite calcular el valor en un punto del espacio, el campo magnético creado por una corriente estacionaria circulando por un circuito conductor con cualquier configuración. Junto con la ley de Ampère, sirve para obtener el campo magnético que produce una distribución de corrientes dada.

Si aplicamos la Ley de Biot y Savart a una espira circular de radio R y por la cual circula una corriente I, podemos calcular el campo magnético en el eje de la misma:

La dirección y el sentido se pueden obtener on la regla de la mano derecha

En el caso del solenoide, el módulo del campo magnético en su interior varía con la posición:

De acuerdo con la ley de Ampère, el campo magnético en el interior de un solenoide ideal en puntos alejados de los extremos vale:

MATERIAL Y MONTAJE EXPERIMENTAL

Para realizar las medidas de campo magnético, se utilizará una sonda Hall, que es un dispositivo electrónico basado en el efecto Hall. Se realizarán medidas del campo magnético a lo largo del eje de los solenoides y de las espiras (ver figura 1). La corriente que circula es medida con el multímetro en la función de amperímetro.

Una vez realizado el montaje básico del dispositivo experimental, se llevarán a cabo las siguientes medidas experimentales:

(A) Medida del campo magnético de un solenoide a lo largo de su eje

Aquí llamamos solenoide a un conjunto de espiras de alambre conductor, en un arrollamiento compacto de forma circular (N espiras). Se toma un solenoide y, para un valor fijo de la corriente que circula por él, se mide el campo magnético a lo largo de su eje. Se toman medidas también por los dos extremos, hasta una distancia L/2 fuera de él.

Se realiza el mismo tipo de medidas con:

  • Un solenoide de 300 espiras (N = 300)
  • Un solenoide de 150 espiras (N = 150)

(B) Medida del campo magnético en el centro de una espira

Realizaremos el estudio de la dependencia del campo magnético con el número de espiras y con el radio de las espiras. Se estudiará también la dependencia del campo magnético con la intensidad de corriente

Se coloca la sonda en la posición de medida (centro de la espira) y se procede a medir el valor del campo magnético.

Se realizará el estudio de la dependencia del campo magnético con:

  • El número de espiras: se seleccionan las espiras de radio 6 cm y que tienen 1, 2 y 3 vueltas.
  • El radio de las espiras: se seleccionan las espiras de 1 vuelta y radios 3, 4.2 y 6 cm.
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