LAB_N 4-Campo_magnético_generado_en_una_bobina-FII-2018-I

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Laboratorio de Física II 
Laboratorio Nº 4: Campo Magnético generado en una bobina Página 1 
 
 
CAMPO MAGNÉTICO GENERADO EN UNA BOBINA 
 
 I. LOGRO 
 
 Al terminar la sesión de laboratorio, el estudiante será capaz de distinguir el 
comportamiento del campo magnético a lo largo del eje de simetría para una 
bobina. 
 
II. PRINCIPIOS TEÓRICOS 
 
Campo magnético en el eje de simetría de una bobina circular 
 
El campo magnético de una bobina, generado por una intensidad de corriente, es 
equivalente al de una serie de espiras circulares e idénticas situadas unas junto 
a otras, en la cual el campo es intenso y uniforme en la región que rodea las 
espiras. El campo magnético creado por una bobina en un punto cualquiera es 
difícil de calcular, pero si consideramos solamente puntos sobre su eje de 
simetría el cálculo es sencillo. 
Considerando la siguiente expresión (ver figura 1): 
 
 𝐵 = 𝑁
𝜇0
2
𝐼𝑅2
[(𝑥−𝑥0)2+𝑅2]3/2
 (1) 
 
Siendo : Número de espiras en la bobina 
 : Radio de las espiras 
 : Punto arbitrario sobre el eje de simetría 
 𝑥0 : Posición de la bobina 
 : Constante de permeabilidad del espacio libre 
 4π x 10−7 T. m/A 
 
Figura 1. Campo magnético en un punto P sobre el eje de una bobina de espiras. 
 
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Ya que , , y permanecerán constantes, entonces la ecuación (1) puede ser 
reescrita como: 
 
 𝐵 =
𝑘
[(𝑥−𝑥0)2+𝑅2]3/2
 (2) 
 
Comparando las ecuaciones (1) y (2), tenemos: 
 
 𝜇0 =
2𝑘
𝑁𝐼𝑅2
 (3) 
 
 
III. PARTE EXPERIMENTAL 
 
a) Materiales y Equipos: 
 
• Un (01) sensor de campo magnético Vernier (Rango: 0,3 mT – 6,4 mT) 
• Una (01) interfaz Vernier (LabPro / LABQUEST Mini / LABQUEST Stream) 
• Una (01) fuente de poder de 6 V para la interfaz (cable USB incluido) 
• Una (01) fuente de poder regulable de 0 a 12 V 
• Una (01) PC (con el software Logger Pro) 
• Un (01) par de bobinas sobre una placa base de metal (100 espiras en 
cada bobina, diámetro de la bobina 0,125 m, corriente máxima 3 A) 
• Un (01) amperímetro digital (Multímetro Prasek) 
• Dos (02) cables conductores rojos 
• Dos (02) cables conductores negros 
• Una (01) brújula 
• Un (01) resistor de 5,6 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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b) Procedimiento: 
 
1. Instale el sistema experimental como se muestra en la figura 2, teniendo 
en cuenta que el sensor de campo magnético deberá estar colocado de 
manera horizontal y acoplado al soporte (figura 3). 
 
 
Figura 2. Sistema experimental. 
 
 
 
Figura 3. Sensor del campo magnético acoplado al soporte. 
 
 
 
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2. Colocar el indicador del soporte (del sensor de campo magnético) en la 
posición cero de su respectivo riel (mantenerlo fijo). 
 
3. Utilice el interruptor del sensor de campo magnético para seleccionar el 
rango en 6,4 mT y conéctelo al canal CH 1 de la interfaz. Luego, instale 
el cable USB desde la interfaz hacia la PC. 
 
4. Use la brújula para detectar la orientación del campo magnético terrestre 
y ubique el sistema de bobinas de manera tal que su eje de simetría sea 
perpendicular a la orientación de la aguja de la brújula (dirección del 
campo magnético terrestre). 
 
5. Verificar la alineación del sensor de campo magnético en el eje de 
simetría de la primera bobina, la cual debe estar en la posición x = 0,11m. 
 
6. Ingrese al software Logger Pro instalado en la PC, haga clic en el ícono 
abrir , acceda a la carpeta Física con Vernier, y abra el archivo 
 36 Copia-Campo magnético en bobinas (Helmholtz).cmbl. 
 
7. Ajuste a cero el sensor de campo haciendo clic en . 
 
8. Encienda la fuente y regúlela lentamente hasta obtener una lectura en el 
amperímetro de 0,3 A. 
9. Presione tomar datos y luego el icono conservar datos . En la 
ventana emergente, ingrese la posición 𝑥 de la bobina en metros y luego 
presione Aceptar, obteniendo así el valor del campo magnético 
experimental 𝐵𝑒𝑥𝑝. 
 
 
 
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10. Manteniendo fijo el sensor, desplace horizontalmente la bobina 0,01 m 
acercándola al sensor, y presione nuevamente el ícono conservar datos 
 ingresando la nueva posición 𝑥. 
Observación: En cada toma de datos, verifique que la lectura del 
amperímetro permanezca constante (0,30 A). 
 
11. Repita el procedimiento (10) hasta registrar los valores 𝐵𝑒𝑥𝑝 para las 
posiciones 𝑥 indicadas en la tabla 1. Luego, presione parar y 
apague la fuente. 
 
12. Presione el icono ajuste de curva , seleccione la opción Campo 
magnético: una bobina, luego haga clic en probar ajuste y finalmente en 
Aceptar. Registrar el valor de la posición del sensor 𝑥0 , el valor del 
campo 𝐵0 en la tabla 1. Luego registrar el valor de 𝑘 obtenido en la 
tabla 2. 
 
13. Registre en la tabla 1 los datos 𝐵𝑒𝑥𝑝 correspondientes a cada posición 𝑥 
obtenidos en la tabla de datos del Logger Pro. 
 
c) Actividad 
 
1. Usando la ecuación 1 (teniendo en cuenta el valor del campo 𝐵0), calcule 
el campo magnético referencial 𝐵𝑟𝑒𝑓 de una bobina para cada posición 𝑥 
de la tabla 1 y regístrelo en la misma tabla. 
 
2. Con el valor de 𝑘 registrado en la tabla 2 y usando la ecuación (3). 
Calcule experimentalmente la permeabilidad del espacio libre 𝜇0−𝑒𝑥𝑝 , 
registrándolo en la tabla 2. 
 
3. Calcule el error relativo porcentual % 𝐸𝑟𝑒𝑙 en cada caso de la tabla 1 y 2. 
 
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IV. RESULTADOS 
 
Los datos obtenidos regístrelos en la tabla 1 y tabla 2. 
 
Tabla 1. Campo magnético generado en una bobina en la que circula una corriente. 
 
( 𝐼 = _________ A, 𝑥0 = _________ m, 𝐵0 = _________ T) 
𝑥 
(m) 
𝐵𝑒𝑥𝑝 
(T) 
𝐵𝑟𝑒𝑓 
(T) 
% 𝐸𝑟𝑒𝑙 
0,11 
0,12 
0,13 
0,14 
0,15 
0,16 
0,17 
0,18 
0,19 
0,20 
0,21 
0,22 
0,23 
0,24 
 
 
Tabla 2. Cálculo de a partir del campo magnético generado en una bobina 
 
 
 
 
 
 
 
V. REFERENCIAS 
 
- Raymond A. Serway, John W. Jewett Jr. Física para ciencias e ingeniería 
con Física Moderna Volumen 2, Séptima edición. 
 
𝑘 
(T. m) 
𝜇0−𝑒𝑥𝑝 
(T.m/A) 
𝜇0−𝑟𝑒𝑓 
(T.m/A) 
% 𝐸𝑟𝑒𝑙