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Práctica 8

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Campo magnético en el interior de un conductor Práctica 8 Introducción OBJETIVOS En esta práctica vamos a estudiar la dependencia de la fuerza electromotriz inducida en una bobina dentro de un conductor con la frecuencia de la corriente, su intensidad y la posición de la bobina, lo que nos facilitará información sobre la distribución del campo magnético dentro del conductor. Descripción de la práctica Resultados experimentales Conclusiones Dependencia de la fem con la intensidad Fundamento teórico Fundamento teórico Fundamento teórico Fundamento teórico La ley de Ampère relaciona la circulación del campo magnético con la corriente que origina el campo según la siguiente expresión: Siendo B el campo magnético, J la densidad de corriente y S la superficie encerrada por la curva C. (1) La ecuación (1) es solo verdaderamente válida para corrientes estacionarias, pero si el circuito es lo suficientemente pequeño la ecuación es válida en aproximación. Esta aproximación se denomina "aproximación magnetocuasiestática".

Con un valor de la intensidad igual a y suponiendo que el campo magnético está uniformemente distribuido por el conductor cilíndrico, aplicando la ec. (1) se obtiene que el campo magnético es: Si colocamos una espira cilíndrica pequeña con n vueltas en el interior del conductor en esta se inducirá una fuerza electromotriz según la ley de Faraday. Suponiendo que el campo dentro de la espira es constante (la espira es pequeña comparada con el cilindro), la fem inducida será: Sustituyendo el valor de B y de I(t) y derivando: (3) (4) (2) Si expresamos la ecuación (4) en función de los valores de la intensidad y la fem eficaces la expresión queda: Donde podemos ver que la fem tiene una relación de proporcionalidad directa con la frecuencia, la intensidad y la distancia media al eje del cilindro conductor. Estas tres dependencias son las que hemos estudiado experimentalmente en esta práctica. Instrumental Montaje Conductor Para poder introducir la bobina en el conductor hemos tenido que usar un conductor electrolítico. En estos conductores el movimiento de corriente se basa en un transporte de átomos cargados (iones) en lugar de electrones como en los conductores metálicos.
El agua tiene una cierta cantidad de iones, pero es pequeña, este es el motivo por el que se ha disuelto un ácido fuerte (ác. clorhídrico), que se disocia completamente en sus iones y de esta forma aumentamos la conductividad del líquido. Descripción del método: dependencia con la intensidad Descripción del método: dependencia con la frecuencia Descripción del método: dependencia con la posición Colocamos la bobina en el fondo del cilindro y dejando fija la frecuencia en 5kHz vamos variando la intensidad de la corriente. Esto es lo mismo que variar la intensidad del campo magnético que atraviesa la espira.

Variamos la intensidad entre 100 y 1000 mA y vamos tomando valores de fem con el voltímetro. Ahora vamos a variar la frecuencia dejando la espira en el fondo y la intensidad en un valor constante de 1000 mA.

Variamos la frecuencia entre 1kHz y 5kHz tomando valores de la fem efectiva cada 500Hz. Por último veremos la dependencia con la posición de la espira dentro del conductor.

Dejamos la intensidad en 1000mA y la frecuencia en 5kHz y vamos subiendo la espira desde el fondo tomando valores de fem inducida cada 5mm. Dependencia de la fem con la frecuencia Dependencia de la fem con la posición Comparación con los valores teóricos (5) Comparamos los datos obtenidos con los teóricos, sacados de la ecuación (5). Para la dependencia con la intensidad y la frecuencia: 1 1 0,9996 0,9998 1,031 ±0,005 0,945± 0,007 La dependencia con la posición: 0,997 0,995 -0,147 ± 0,003 0,143 ± 0,004 -0,146 0,185
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