¿Existe una relación lineal entre el número de vueltas en una bobina y la distancia máxima con la que esta atrae un pendulo magnetizable / imantable?
Introducción
En nuestro planeta se observan diferentes fenómenos relacionados con esta fuerza, como puede ser la existencia de un campo magnético, orientado entre los polos norte y sur.
Marco teórico
Un hilo conductor rectilineo por el cual circula una corriente, creará a su alredcedor un campo magnético con simetría cilindrica
Cuando un hilo conductor se enrolla alrededor de un eje, el campo magnético ya no tendrá simetría cilindrica, sino que adquirirá una geometría similar a la de un imán
Según la ley de Biot Savart publicada en 1820, el campo magnético en el interior de un solenoide es uniforme y lo verifica la siguiente fórmula:
Ecuación 1: fórmula que demuestra que la densidad de flujo magnético va a ser proporcional al númer de vueltas del solenoide en el interior de la bobina. Fuente: Libretexts
Figura 2: Campo magnético creado por un solenoide. Fuente: iStock
1. La fuerza de atracción va a ser proporcional a la densidad de flujo magnético 2. La densidad de flujo magnético en el exterior del solenoide es proporcional al número de vueltas del solenoide. 3. La fuerza de atracción sobre el péndulo disminuye con la distancia. 4. Cuantas más vueltas tenga un solenoide, mayor será la distancia a la que éste puede atraer el péndulo
Figura 1: Campo magnético creado por un conductor rectilineo. Fuente: EL FÍSICO LOCO
Dominio magnético
Hipótesis
Entonces la hipótesis del experimento es la siguiente: cuanto mayor sea el número de vueltas en el solenoide, la distancia a la cual se observará que el pendulo se desplaza de su posición de equilibrio será mayor.
Consideraciones de seguridad, medioambientales y éticas
Variables
Variable independiente: Número de vueltas del solenoide, tomando valores de 30, 50, 60, 90, 100, 150. Variable dependiente: La distancia a la cual se observa que la masa pendular se aleja visiblemente de la posición de equilibrio.
Todas las pilas usadas para el experimento no van a ser desechadas pues estas van a destinarse para el uso personal. En todo momento se tomaron las medidas de seguridad adecuadas: uso de guantes y control de la sobrecarga de las pilas Ninguna consideracion etica ha sido necesaria
Materiales
- 9 pilas de 9 Voltios - Hilo - Una tuerca de acero de 2g - 2 metros de cable de cobre - 6 Clavos - Cuadrícula milimétrica - Celo
Procedimiento experimental
Pasos del experimento: 1. Se colgó un hilo de 90 cm con una tuerca. 2. Se utilizaron 6 solenoides distintos con distintas cantidades de monofilamentos y vueltas. 3. Se empleó una mesa para mantener la altura constante entre el solenoide y el péndulo. 4. Se utilizó una cámara con un ángulo recto respecto al plano delpéndulo. 5. Se midieron las distancias con una hoja milimétrica. 6. El error promedio fue de ±0.015 cm.
Análisis de datos
El experimento constaría de un error en la medida de ±0,015mm al este estar medido con un objeto analógico. Teóricamente la línea de tendencia debería pasar por las coordenadas (0,0).
Conclusión
Una vez cncluid el experimento, pudimos observar que sí hay una relación lineal entre el número de vueltas que da el solenoide y la distancia recorrida por el péndulo. (Tabla 1, Gráfico 1).
Dicha afirmación, valida nuestra hipótesis y responde a la pregunta de investigación.
Evaluación
Errores: 1. La descarga de la pila durante el proceso ya que no se utilizaron resistencias. 2. La oscilación del péndulo.
3. El mínimo ángulo de desviación que pudiera tener la cámara situada frente al péndulo.
4. El trenzado de los monofilamentos
5. La magnetización remanente en el péndulo y el clavo.
Limitaciones:
1. Tiempo de espera para no tener oscilación.
2. La precisión del electoimán.
3. Aproximaciones realizadas durante el experimento para simplificarlo
Ampliaciones:
1. Calcular el peso máximo que puede levantar el electoimánpor por sí mismo en contra de la fuerza gravitacional y establecer más relaciones con diferentes pesos y distintas variables.
Bibliografía
Libretexts. (2022). 10.8: Campos Magnéticos Producidos por Corrientes- Ley de Amperios. LibreTexts Español. Colaboradores de Wikipedia. (2023). Magnetización. Wikipedia, la enciclopedia libre. https://es.wikipedia.org/wiki/Magnetizaci%C3%B3n Campo magnético creado por un conductor rectilíneo. (s. f.). http://elfisicoloco.blogspot.com/2013/02/campo-magnetico-creado-por-un-conductor.html CENAM (2005) (Antonio escobar y Mario Alatorre ))Medición de susceptibilidad magnética de Materiales-
https://www.cenam.mx/dme/pdf/PRE-Medicion%20de%20susceptibilidad%20magnetica%20de%20materiales.pdf
Solenoide
David Gonzalez
Created on May 26, 2023
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¿Existe una relación lineal entre el número de vueltas en una bobina y la distancia máxima con la que esta atrae un pendulo magnetizable / imantable?
Introducción
En nuestro planeta se observan diferentes fenómenos relacionados con esta fuerza, como puede ser la existencia de un campo magnético, orientado entre los polos norte y sur.
Marco teórico
Un hilo conductor rectilineo por el cual circula una corriente, creará a su alredcedor un campo magnético con simetría cilindrica
Cuando un hilo conductor se enrolla alrededor de un eje, el campo magnético ya no tendrá simetría cilindrica, sino que adquirirá una geometría similar a la de un imán
Según la ley de Biot Savart publicada en 1820, el campo magnético en el interior de un solenoide es uniforme y lo verifica la siguiente fórmula:
Ecuación 1: fórmula que demuestra que la densidad de flujo magnético va a ser proporcional al númer de vueltas del solenoide en el interior de la bobina. Fuente: Libretexts
Figura 2: Campo magnético creado por un solenoide. Fuente: iStock
1. La fuerza de atracción va a ser proporcional a la densidad de flujo magnético 2. La densidad de flujo magnético en el exterior del solenoide es proporcional al número de vueltas del solenoide. 3. La fuerza de atracción sobre el péndulo disminuye con la distancia. 4. Cuantas más vueltas tenga un solenoide, mayor será la distancia a la que éste puede atraer el péndulo
Figura 1: Campo magnético creado por un conductor rectilineo. Fuente: EL FÍSICO LOCO
Dominio magnético
Hipótesis
Entonces la hipótesis del experimento es la siguiente: cuanto mayor sea el número de vueltas en el solenoide, la distancia a la cual se observará que el pendulo se desplaza de su posición de equilibrio será mayor.
Consideraciones de seguridad, medioambientales y éticas
Variables
Variable independiente: Número de vueltas del solenoide, tomando valores de 30, 50, 60, 90, 100, 150. Variable dependiente: La distancia a la cual se observa que la masa pendular se aleja visiblemente de la posición de equilibrio.
Todas las pilas usadas para el experimento no van a ser desechadas pues estas van a destinarse para el uso personal. En todo momento se tomaron las medidas de seguridad adecuadas: uso de guantes y control de la sobrecarga de las pilas Ninguna consideracion etica ha sido necesaria
Materiales
- 9 pilas de 9 Voltios - Hilo - Una tuerca de acero de 2g - 2 metros de cable de cobre - 6 Clavos - Cuadrícula milimétrica - Celo
Procedimiento experimental
Pasos del experimento: 1. Se colgó un hilo de 90 cm con una tuerca. 2. Se utilizaron 6 solenoides distintos con distintas cantidades de monofilamentos y vueltas. 3. Se empleó una mesa para mantener la altura constante entre el solenoide y el péndulo. 4. Se utilizó una cámara con un ángulo recto respecto al plano delpéndulo. 5. Se midieron las distancias con una hoja milimétrica. 6. El error promedio fue de ±0.015 cm.
Análisis de datos
El experimento constaría de un error en la medida de ±0,015mm al este estar medido con un objeto analógico. Teóricamente la línea de tendencia debería pasar por las coordenadas (0,0).
Conclusión
Una vez cncluid el experimento, pudimos observar que sí hay una relación lineal entre el número de vueltas que da el solenoide y la distancia recorrida por el péndulo. (Tabla 1, Gráfico 1). Dicha afirmación, valida nuestra hipótesis y responde a la pregunta de investigación.
Evaluación
Errores: 1. La descarga de la pila durante el proceso ya que no se utilizaron resistencias. 2. La oscilación del péndulo. 3. El mínimo ángulo de desviación que pudiera tener la cámara situada frente al péndulo. 4. El trenzado de los monofilamentos 5. La magnetización remanente en el péndulo y el clavo. Limitaciones: 1. Tiempo de espera para no tener oscilación. 2. La precisión del electoimán. 3. Aproximaciones realizadas durante el experimento para simplificarlo Ampliaciones: 1. Calcular el peso máximo que puede levantar el electoimánpor por sí mismo en contra de la fuerza gravitacional y establecer más relaciones con diferentes pesos y distintas variables.
Bibliografía
Libretexts. (2022). 10.8: Campos Magnéticos Producidos por Corrientes- Ley de Amperios. LibreTexts Español. Colaboradores de Wikipedia. (2023). Magnetización. Wikipedia, la enciclopedia libre. https://es.wikipedia.org/wiki/Magnetizaci%C3%B3n Campo magnético creado por un conductor rectilíneo. (s. f.). http://elfisicoloco.blogspot.com/2013/02/campo-magnetico-creado-por-un-conductor.html CENAM (2005) (Antonio escobar y Mario Alatorre ))Medición de susceptibilidad magnética de Materiales- https://www.cenam.mx/dme/pdf/PRE-Medicion%20de%20susceptibilidad%20magnetica%20de%20materiales.pdf