Campo Magnético de un Conductor Rectilíneo: Experimento y Resultados

Práctica 8: Objetivo del Experimento

Inducir experimentalmente la relación funcional entre el campo magnético creado por la corriente que circula por un conductor rectilíneo, la intensidad de esa corriente y la distancia al conductor.

Fundamento Teórico

Ley de Ampère para el Campo Magnético

La Ley de Ampère determina que la circulación del campo magnético a lo largo de una línea cerrada es equivalente a la suma algebraica de las intensidades de las corrientes que atraviesan la superficie determinada por dicha línea, multiplicada por la permitividad del medio.

La ecuación que relaciona el campo magnético (B) generado por una corriente en un conductor muy largo con la intensidad de corriente (i) que por él circula y la distancia (d) al mismo es:

B = (Kb * i) / d

La Brújula

Una brújula es un instrumento de orientación que consiste en una aguja imantada que gira libremente sobre un eje. Esta aguja señala siempre la dirección del sur magnético, alineándose con las líneas del campo magnético terrestre.

Materiales Utilizados

• Fuente de alimentación de corriente continua (CC)
• Conductor rectilíneo muy largo
• Téster (multímetro) para función de amperímetro
• Brújula
• Mesa con regla milimetrada

Procedimiento Experimental

Montaje del Circuito y Calibración

1. Para comenzar, se arma el circuito de la siguiente manera: se conecta el terminal positivo (+) de la fuente al terminal positivo (+) del conductor (cable rojo).
2. Luego, se conecta el terminal negativo (-) del conductor (cable azul o negro) al terminal positivo (+) del amperímetro.
3. Finalmente, se conecta el terminal negativo (-) del amperímetro al terminal negativo (-) de la fuente.
4. Una vez armado el circuito, se coloca una brújula sobre la regla adosada al soporte, asegurando que su punto central coincida con una marca de referencia para obtener mediciones precisas.
5. Se mide la distancia desde la brújula al conductor, registrando su incertidumbre: Δd = (±0.001 m).
6. Antes de encender la fuente, se corrobora que la aguja de la brújula esté alineada con la dirección del campo magnético terrestre, usando una línea de referencia en la mesa.

Medición y Observación

7. Al finalizar el montaje, se enciende la fuente de alimentación. Se observa que la aguja de la brújula se desvía de su posición original.
8. Esta desviación indica la presencia de un campo magnético resultante (B_res), cuya dirección y sentido coinciden con la nueva orientación de la aguja.
9. Para calcular el campo magnético generado por el conductor (B_c), se utiliza la suma vectorial del campo del conductor y el campo magnético terrestre (B_th), como se representa en el diagrama: B_res = B_c + B_th.

Recolección y Procesamiento de Datos

Se varía la intensidad de la corriente y se toman 5 conjuntos de valores, midiendo los diferentes ángulos de desviación e intensidades. Los resultados se anotan en una tabla con las siguientes columnas:

• I_medida (A): Corriente medida por el amperímetro.
• I_3vueltas (A): Corriente efectiva para 3 vueltas de conductor.
• α ± 2°: Ángulo de desviación de la brújula.
• B_c = B_T * tan(α) (x10^-5 T): Campo magnético calculado del conductor.
• Valor máximo
• Valor mínimo

Consideraciones para los Cálculos

• El valor del campo magnético terrestre (B_T) se considera constante e igual a 2 (en las unidades correspondientes).
• Para calcular la corriente efectiva de 3 vueltas (I_3vueltas), se multiplica la corriente medida por 3. Las incertidumbres asociadas se suman.
• Se toma la apreciación del amperímetro (0.01 A) como la incertidumbre absoluta de la corriente.

Análisis Gráfico

Con los valores obtenidos en la tabla, se construye un gráfico de B = f(3I), representando el campo magnético del conductor (B_c) en función de la corriente efectiva (3I).

Escalas del Gráfico

• Eje Y (B_c): 1 cm = 0.2 x 10^-5 T
• Eje X (3I): 1 cm = 1.0 A