BOBINAS DE HELMHOLTZHELMHOLTZ COILSDaza Sebastin (20101135028),
Parra Camilo (20101135046), Cspedes Cesar (20101135018).Universidad
Distrital Francisco Jos de CaldasRecibido por: Manuel
FloresResumenEn bsqueda de determinar la constante de permitividad
y la componente horizontal del campo magntico terrestre que se
produce a partir de una bobina circular conocida con el nombre de
Bobinas de Helmholtz.Palabras claves: campo magntico, bobina,
constante de permitividad.Abstract
In determining search constant permittivity and the horizontal
component of Earth's magnetic field that is produced from a
circular coil known as Helmholtz coils.Keywords: magnetic field,
coil, permittivity constant.
INTRODUCCINMuchos historiadores creen que la brjula que usaba
una aguja magntica, se utilizo en China por primera vez en el siglo
XIII a. C., y que su invencin es de origen rabe o hind. Los
antiguos griegos tenan conocimiento del magnetismo desde el ao 8000
a.C., ellos descubrieron que ciertas piedras, conocidas ahora como
magnetita, tenan la propiedad de atraer pedazos de hierro. La
leyenda atribuye el nombre de magnetita ya que al pastor Magnes se
le clavaron los clavos de sus zapatos y la punta de su bastn en un
campo magntico mientras pasaba su rebao.El campo magntico es una
propiedad del espacio por la cual una carga elctrica puntual de
valor q que se desplaza a una velocidad, sufre los efectos de una
fuerza perpendicular y proporcional a la velocidad, y a una
propiedad del campo, llamada: induccin magntica, en ese punto:
F= qv x B
La existencia de un campo magntico se pone en evidencia por la
propiedad localizada en el espacio de orientar un magnetmetro
(laminilla de acero imantado que puede girar libremente). La aguja
de una brjula, que pone en evidencia la existencia de un campo
magntico terrestre puede ser considerada un magnetmetro.
Un campo magntico tiene dos fuentes que lo originan. Una de
ellas es una corriente elctrica de conveccin, que da lugar a un
campo magntico esttico. Por otro lado una corriente de
desplazamiento origina un campo magntico variante en el tiempo,
incluso aunque ella sea estacionaria. La relacin entre el campo
magntico y una corriente elctrica esta dada por la ley de Ampere.
El caso ms general, que incluye a la corriente de desplazamiento lo
da la ley de Ampere-Maxwell.
La inexistencia de cargas magnticas lleva a que el campo
magntico es un campo solenoidal lo que lleva a que localmente puede
ser derivado de un potencial vector A, es decir:
B= V X AA su vez este potencial vector puede ser relacionado con
el vector densidad de corriente mediante la relacin:
A= j
La constante dielctrica o permitividad es cuya constante
describe como un campo elctrico afecta y es afectado por un medio.
La permitividad esta relacionada por la capacidad que tiene un
material de polarizarse ante un campo elctrico y de esa forma
anular el campo interno del material. Generalmente puede no
considerarse como una constante ya que puede variar con la posicin
en el medio, la frecuencia del campo aplicado, la humedad o la
temperatura, entre otros parmetros. En un medio no lineal, la
permitividad puede depender de la magnitud del campo elctrico.Las
bobinas de Helmholtz consisten en dos bobinas circulares de radio R
y separadas por una distancia igual a su radio. Si ambas espiras
tienen un nmero de arrollamiento igual a N y por ambas espiras
circula una corriente I (en el mismo sentido), se tiene que el
campo magntico en el centro de las espiras es constante dentro de
un volumen de R3. El campo magntico dentro de la espira viene dado
por:
Dado un circuito cerrado recorrido por una corriente continua I,
el campo magntico que crea viene dado por la expresin:
Que constituye la ley de Ampere-Laplace o de Biot-Savart. El
campo magntico creado por una espira circular en un punto
cualquiera es difcil de calcular, pero si consideramos solamente
puntos sobre su eje de simetra el clculo es sencillo,
obtenindose:
En funcin del momento magntico de la espira:
MATERIALES- Una bobina- Un Multimetro- Una fuente de corriente-
Una brjula- Teslametro- Cables de conexinMETODOLOGA
FIG. 1. Montaje experimental de las bobinas de
Helmholtz.PROCEDIMIENTO-Con el Multimetro medir la resistencia de
la bobina.-Realizar el montaje correspondiente, conectando la
fuente y el ampermetro a las espiras de la bobina, y colocando dos
trozos de madera en el centro de ambas bobina.-Nivele y centre la
brjula en el centro de las bobinas.
-Encender la fuente y el ampermetro (en la escala
correspondiente), aumente poco a poco la corriente de forma
simultanea al incremento de la corriente, observe la deflexin que
experimenta la aguja de la brjula.-Observando que la aguja se
orienta en la direccin del campo magntico resultante de los dos
campos: el que produce la bobina y el que produce la tierra.
-Finalmente realice los clculos y graficas correspondiente.
MANEJO DE TABLASCORRIENTE I (A)CAMPO MAGNETICO B (T)
0,0000530,00001
0,0000610,00002
0,0000720,00003
0,0001320,00004
0,0001530,00005
0,0001710,00006
0,0001950,00007
0,0002370,00008
0,0002640,00009
0.0003920,00011
0,0004560,00012
0,0004670,00013
0,0004910,00014
0,0005190,00015
0,0005420,00016
0,0005710,00017
0,0008520,00018
Tab N 1: datos obtenidos durante la prctica del campo magntico
variando la corriente. CORRIENTE (mA)NGULO ()CAMPO MAGNETICO B
(mT)
7,2200,03
13,2400,04
19,5500,07
25,4600,09
45,6770,12
70,3870,17
Tab N 2: datos obtenidos durante la prctica del campo magntico
variando la corriente para observar que ocurre con el ngulo donde
la brjula seala.
MANEJO DE GRAFICAS
Fig N1: montaje de la prctica en la cual se mide el campo
magntico.
Fig N2: montaje de la prctica en la cual se mide el ngulo
formado en la brjula.
Fig N3: Grafica obtenida con los datos de la Fig N1.ANALISIS DE
IMGENESEn las figuras N1 y N2 se puede observar los montajes
realizados para cada ejercicio de la practica y en la Fig N3 se
observa la grafica realizada con los datos de la Tab N1 en la cual
su pendiente da como resultado la constante de permitividad
elctrica, el cual era el segundo objetivo de esta prctica. PRIMERA
PRCTICA DEL IMAN
ONDA TANGENCIAL
19,8 -19,8
ONDA ABSIAL
19,4 -19,4
En esta parte de la prctica se puede ver que la direccin del
campo magntico es la misma pero con signo contrario en las dos
direcciones, tambin se puede observar que el norte magntico
corresponde al sur terrestre y por tanto en sur terrestre
corresponde al norte magntico.CONCLUSIONES- El campo magntico
terrestre y el que produce la bobina es perpendicular entre si.
- Con los datos obtenidos nos pudimos dar cuenta que sin
importar el voltaje suministrado, mientras mas lejos se encuentre
el teslametro de la bobina, menor es la intensidad del campo.
MANEJO DE REFERENCIAS- F. Gascn, A. Bayn, R. Medina, M.A.
Porras, F. Salazar, Electricidad y Magnetismo, Ed. Pearson
Educacin, S.A.,
Madrid 2004.- P. A. Tipler. FSICA (2 Vol.). Editorial Revert
1994-http://fiuadylab2.blogspot.com/2010/02/bobina-de-helmholtz.html
(24/06/12)-
http://www.fisica.uson.mx/manuales/electro/electro-lab09.pdf
(24/06/12)