RESUMEN
Se verificó la relación vectorial entre la fuerza que ejerce un campo magnético y la corriente eléctrica
que transporta un alambre.
INTRODUCCIÓN
Un conductor es un hilo o alambre por el cual circula una
corriente eléctrica. Una corriente eléctrica es un conjunto de cargas eléctricas en movimiento. Ya
que un campo magnético ejerce una fuerza
lateral sobre una carga en movimiento, es de esperar que la resultante de las
fuerza sobre cada carga resulte en una fuerza lateral sobre un alambre por el
que circula una corriente eléctrica [1].
Si un elemento diferencial dl de un conductor delgado transporta una corriente
constante i y esta inmenso en un campo magnético B, entonces la
fuerza magnética sobre ducho elemento estara dado por
F=iL×B
La fuerza de Lorentz es la fuerza ejercida por el campo electromagnético
que recibe una partícula cargada o una corriente eléctrica.
Para una partícula sometida a un campo eléctrico combinado con un campo
magnético, la fuerza electromagnética total o fuerza de Lorentz
sobre esa partícula viene dada por:
Donde v es la velocidad de la carga, E es el vector Intensidad de campo
eléctrico y es el vector B Inducción magnética. La
expresión anterior esta relacionada con la fuerza de Laplace o
fuerza sobre un hilo
conductor por el quecircula corriente:
Donde L es la longitud del
conductor, i es la intensidad de corriente y B la Inducción
magnética. Curiosamente, esta última expresión
históricamente se encontró antes que la anterior, a pesar de ser
una consecuencia directa de ella [2].
Figura 1. Fuerza magnética sobre un alambre con una corriente eléctrica.
Cabe mencionar que las líneas del campo
magnético por convención salen del polo norte y entran al polo sur
MATERIAL
* Montura magnética de tornillos ajustables (con 2 imanes y 2 placas
rectangulares).
* Accesorios de fuerza magnética (3 palas, 1 alambre-U, 1 barra soporte,
2 barras pequeñas).
* Fuente de potencia eléctrica 0-12 VCD, 0-6 A.
* Soporte universal (base triangular con varilla).
* Dos cables banana con caimanes.
DESARROLLO
1. Se introdujo la varilla en el orificio del extremo de la
barra-soporte y se atornilló. Posteriormente se
conectó el alambre-U en la misma.
2. Se instalaron en la montura magnética los imanes y las placas
rectangulares.
3. Se colocó la montura magnética en forma vertical, conectando
el alambre-U de forma que la parte inferior del mismo estuviera
en la región central de la montura magnética.
4. Se ajustaron los tornillos de la montura magnética lo necesario para
que el alambre-U pudieraoscilar libremente.
5. Se conectaron los cables banana-banana a la parte superior de la
barra-soporte con las entradas DC de la fuente de potencia, para después
utilizarlos como
interruptores para transmitir pulsos de corriente al alambre.
6. Asegurandonos que las perillas estuvieran en cero se encendió
la fuente de potencia y gradualmente se fue aumentando el valor del
voltaje y de la corriente eléctrica hasta un valor maximo de 12
VCD y 6 A, respectivamente.
7. Se observó el comportamiento del alambre-U y se repitió
el proceso invirtiendo el orden de los cables banana-banana.
Figura 2. Arreglo experimental.
RESULTADOS
Debido a que el alambre pasa por una región en la que existe un campo uniforme B y que por el alambre circula una
corriente i, analizamos la relación F=iL×B para describir
cualitativamente el movimiento del alambre
dentro del
campo mencionado.
A continuación se muestra el diagrama correspondiente al primer
procedimiento, en el que se indican la dirección de la corriente y del
campo magnético. Observamos que el alambre-U se movió hacia la
placa vertical de la montura magnética, mediante el analisis de
la regla de la mano derecha determinamos la dirección de la fuerza
magnética. Dicha fuerza coincidió con el movimiento observado en
el experimento.Figura 3. Diagrama del procedimiento 1
En seguida presentamos el diagrama correspondiente al segundo procedimiento,
invirtiendo el sentido de la corriente. A diferencia del caso anterior el alambre se movió en
dirección contraria, esto implica que la fuerza magnética va en
la misma dirección del
movimiento lo cual corroboramos con la regla de la mano derecha.
Figura 4. Diagrama correspondiente a la
inversión de la corriente
Analizando el experimento desde la perspectiva de la fuerza de Lorentz, sobre
una carga eléctrica en movimiento dentro de un
campo magnético (ver figura x). Pudimos observar que la fuerza
eléctrica pudo ser despreciada debido a que sus efectos son
imperceptibles a comparación con la fuerza magnética; por lo
tanto en el movimiento del alambre prevalece la
dirección de la fuerza magnética.
Fe
FR
Fm
Figura 5. Diagrama de fuerzas
CONCLUSIÓN
En base a nuestras observaciones y analisis verificamos la
relación vectorial existente entre la fuerza que ejerce el campo
magnético y la corriente eléctrica que transporta un alambre. Cabe destacar que en el
analisis se desprecio la fuerza eléctrica, lo cual no quiere
decir que ésta no exista.
Referencias.
[1]. https://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza_magnética
[2]. https://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza_de_Lorentz
