ACTIVIDAD EXPERIMENTAL: CAMPO MAGNÉTICO DE UN SOLENOIDE O BOBINA

Objetivos

Medir el campo magnético creado por un solenoide en su interior variando los parámetros de los que depende.

 

INTRODUCCION

Un solenoide ó bobina está formado por una serie de espiras colocadas de forma paralela por las que circula una corriente. El solenoide permite crear campos magnéticos importantes en el interior de la bobina.

La intensidad del campo magnético B en un punto xp cualquiera del eje de simetría del selenoide puede calcularse a partir de la Ley de Biot-Savart y es:

 

     (1)

La ecuación (1) es válida para cualquier punto dentro ó fuera del selenoide, en la ecuación N corresponde al número de espiras que contiene el solenoide. L: es la longitud del solenoide. I: es la intensidad de corriente.

 

En el punto medio del eje del selenoide, xp=L/2, la ecuación (1) se reduce a:

 

     (2)

 

Para los dos extremos del selenoide, xp=0 ó xp=L, el campo B tiene el mismo valor:

 

        (3)

Para un selenoide largo, en el cual el radio es mucho más pequeño que la longitud, R<<L, esto puede simplificar las expresiones anteriores:

 

en xp=L/2 => ……(5)

en xp=0, xp=L =>          (6)

 

En las ecuaciones anteriores, N / L = n, es la densidad de espiras; es igual al número de espiras dividido por la longitud del solenoide. Por lo que es el campo en el interior del solenoide básicamente se puede calcular como:

m0 = permeabilidad magnética del vacío, pero en vez del vacío puede haber otro tipo de material. La permeabilidad magnética del material corresponde al valor 4px10−7 T.

 

Material

Bobina ó Solenoide.

Fuente de alimentación.

Amperímetro.

Interfase Verinier.

Sonda de Campo magnético.

Conectores.

 

Método

Construimos un circuito con la bobina alimentada con la fuente de corriente. El amperímetro permitirá medir la corriente suministrada por la fuente. Ver Fig.1.

 

DSC01004.JPG

 

Variación del campo magnético a través del eje de la bobina.

La fuente de alimentación es la que nos va a proporcionar la intensidad de corriente que vamos a introducir en el circuito para que se cree el campo magnético en su interior.

La bobina corresponde al solenoide en cuyo interior vamos a medir el campo magnético.

Con la interfase vernier y la sonda de campo magnético se medirá el campo dentro del selenoide.

Tomaremos el valor de la intensidad del campo magnético en el interior de la bobina variando la distancia, cm a cm, desde un extremo al otro de la bobina

Ponemos una corriente constante de 3A.

Representamos los valores del campo magnético en el interior de la bobina en función de la distancia al centro del solenoide.

 

Variación del campo con la intensidad de la corriente eléctrica.

Comprobar que el campo magnético es proporcional a la intensidad de corriente suministrada, ecuación (6).

Colocar el sensor en el centro de la bobina , que es donde el campo tiene su mayor valor.

Variar la intensidad corriente e iremos tomando los datos del campo.

Tomamos 10 valores y los ajustamos por mínimos cuadrados de este modo nos dará la pendiente. La que utilizaremos para calcula m0 conociendo los valores de N y L.

Hacer el ajuste por mínimos cuadrados para encontrar la pendiente de la recta.

Según la ecuación B = m0 · N / L · I  è Y = m · x + b.

Sabemos que Y corresponde con B y  x con  I entonces la pendiente m tiene que ser igual a m0 · N / L.

 

CUESTIONARIO

·     En los libros de física se afirma que el campo magnético en el interior de una bobina es uniforme. Es cierta esta afirmación basándose en los resultados obtenidos en la primera parte de la actividad experimental. ¿Qué características geométricas debe poseer la bobina para que esta afirmación se ajuste mejor a la realidad?

·     Si en la segunda parte se hubiera medido el campo en otro punto distinto del centro de la bobina, ¿Sería el campo también proporcional a la intensidad? Justifique la respuesta.

·     Si se pide diseñar una bobina en cuyo interior el campo sea exactamente de 1T, ¿qué características le daría? ¿Podría generar con ella campos distintos de 1T?

·     En casi todas las aplicaciones técnicas en las que se requiere campos magnéticos intensos se utilizan bobinas arrolladas en torno a un núcleo de hierro o material similar. Busque en algún texto las ventajas que aporta esta configuración frente a una bobina ordinaria.