Agosto 27 del 2009
Código:
Laboratorio de Física Electricidad
Pedro Antonio Diaz Daconte
pdaconte@uninorte.edu.co
Ingenieria industrial
Alberto Iriarte Quintero
albertoq@uninorte.edu.co
Ingeniería mecanica
ABSTRACT
As it is of being known, an electric current produces a magnetic, but the mutual relation of the electricity and the magnetism doesn’t stop there. Next we will see like under certain conditions, it is possible to use a magnetic for to produce an electrical current, for this it is necessary to keep in mind how the magnetic varies with the time, or also, if a wire spire crosses this rotates inside this, if it happens then we can say that a current is induced in the wire.
RESUMEN
Como es de saberse, una corriente eléctrica produce un campo magnético, pero la relación mutua de la electricidad y el magnetismo no se detienen ahí. A continuación veremos cómo bajo ciertas condiciones, es posible utilizar un campo magnético para producir una corriente eléctrica, para esto hay que tener en cuenta como el campo magnético varia con el tiempo, o también, si una espira de alambre atraviesa dicho campo o rota dentro de este, si esto sucede entonces podemos decir que se induce una corriente en el alambre.
OBJETIVOS
General:
Determinar la relación entre el campo magnético en el centro de un solenoide muy largo y la intensidad de corriente que circula a través de él.
Específicos:
• Comparar los valores experimentales y teóricos del campo magnético.
• Determinar la dirección del campo magnético en el interior de un solenoide.
• Explicar las características de la magnitud del campo magnético en el interior de un solenoide..
2. MARCO TEORICO
DEFINICIÓN Y FUNCIONAMIENTO DE UN SOLENOIDE
El solenoide es un hilo metálico en el cual se enrolla un cable en forma de bobina para que circule la corriente eléctrica. Cuando esto sucede, se genera un campo magnético dentro del solenoide que se comporta como un imán.
El embobinado es activado aplicándole corriente positiva y negativa en dos conectores. Al suceder esto se forma un campo magnético que atrae al núcleo hacia abajo, cuando se desconecta la corriente, el resorte retrae el núcleo a su posición de descanso.
En un motor de arranque, el solenoide se utiliza para interrumpir o permitir la circulación de corriente de alto amperaje que se conduce por el cable o alambre de grueso calibre. La conexión debe ser segura; una conexión floja calienta el circuito, por ello el uso de un solenoide. El principio de funcionamiento de un solenoide, permite que su uso sea común en diferentes partes del motor, por esta razón en algunos casos se prestan a confusión, pues el solo nombre de solenoide hace que muchas personas lo relacionen únicamente con el motor de arranque. Sin embargo, su ubicación es variable, su figura puede ser diferente, pero el principio de funcionamiento es el mismo.
Funcionamiento
El solenoide es un actuador que funciona en base a magnetismo; por ejemplo, si tenemos un motor de arranque y queremos que éste mueva al motor, lo único que necesitamos es enviar corriente positiva a un terminal del solenoide. Este se magnetiza y como consecuencia, atrae un extremo de un núcleo deslizante, al suceder esto, el extremo atraído se coloca haciendo un puente entre un terminal que mantiene corriente positiva conectada directamente de la batería, y el otro terminal (que está conectado al interior del motor de arranque) da lugar a la activación y funcionamiento del mismo.
Por el otro extremo del núcleo, al deslizarse de su posición, mueve al béndix (embrague) colocando los dientes de éste entre los dientes de la rueda volante (flywheel), iniciándose así las vueltas que necesita el motor para el arranque.
Cuando la corriente positiva enviada es cortada, el motor de arranque se detiene, y el béndix regresa a su posición de descanso.
3. PROCEDIMIENTO
En esta experiencia se mide el campo magnético dentro de un solenoide y se compara con el campo magnético teórico basándose en el valor de la intensidad de corriente que circula a través del solenoide.
Se utiliza el sensor de campo magnético para medir el campo magnético dentro del solenoide cilíndrico.
Se utiliza el DataStudio para registrar y medir la intensidad el campo magnético en el interior del solenoide. Se compara el campo magnético medido dentro del solenoide con el campo magnético teórico calculado sobre la base de la intensidad y al número de espiras de alambre por unidad de longitud.
Configuración del ordenador
1. Conecte el interfaz al ordenador, encienda el interfaz y el ordenador
2. Conecte un sensor de campo magnético al Canal analógico A.
3. Conecte el Amplificador de potencia al canal analógico B del interfaz. Enchufe al cable de alimentación la parte posterior del amplificador de potencia y conecte el cable a una toma de corriente adecuada. Debe ser configurado para un voltaje DC.
4. Abra el archivo titulado: Data Studio.
Calibración del sensor y montaje del equipo.
1. No se necesita calibrar el Sensor de campo magnético ni el amplificador de potencia. el sensor de campo magnético produce una tensión que es directamente proporcional a la fuerza del campo magnético: 10 millivoltios = 10 gauss (donde 10000 gauss = 1.0 tesla).
2. Utilice el solenoide que se suministra. Emplee los cables de conexión para conectar la salida del amplificador de potencia a los terminales del solenoide.
3. Coloque el solenoide y el sensor de campo magnético de manera que el sensor pueda introducirse dentro del solenoide..
4. DATOS OBTENIDOS
Primero averiguamos como es el campo magnético en el interior del solenoide, por lo que el suche del sensor se coloco en el modo radial y se introdujo en el espacio vacío que había en el interior de nuestro solenoide. En la siguiente figura se pueden observar los resultados:
El campo magnético radial en el interior del solenoide es cero, entonces se deduce que no existe campo magnético radial en el interior de una bobina o solenoide.
En la experiencia se mide el campo magnético dentro de un solenoide y comparamos este con el campo magnético teórico basándonos en el valor de la intensidad de corriente a través del solenoide. Al mover el sensor de campo magnético dentro del solenoide podemos detectar la intensidad de Ben función del tiempo, veamos la gráfica:
Podemos ver muy claramente que el campo magnético se hace más fuerte en el centro del solenoide, a continuación comprobamos que tanto los datos teóricos como los experimentales tienen valores muy cercanos lo que nos comprueba la veracidad de nuestra información, los datos utilizados para aplicarlos a la formula que nos da los valores experimentales del numero de espiras de nuestro solenoide nos lo proporciona la siguiente grafica:
Tomamos el punto medio o la pendiente de la grafica y sus coordenadas representan la corriente en el eje de las (x) y al campo en el eje de las (y) en dicho punto. Mi compañero y yo tomamos el punto (0.05, 17) muy cercano al centro. Entonces se tiene que:
I = 0.05 Amperios B = 17 Gauss = 1.7 x 10-4 Tesla
Uo = 4π x 〖10〗^(-7) (T m,)/A L = 0.108 Metros
Basándonos en la ecuación:
B= Uo (N/L) I
En donde N: número de espiras que contiene el solenoide, despejamos la incógnita N y reemplazamos por los valores correspondientes:
N= BL/(Uo I) = ((1.7x〖10〗^(-4) Tesla) (0.108Metros))/((4π x 〖10〗^(-7)(Tm,)/A) (0.05 Amperios) ) =2922.08
N= 2922.1
Hallamos el porcentaje de error comparando este resultado con el teorico N = 2920.
%E= |( N_teorico - N_experimental )/(N_teorico )|x 100%
%E= |( 2920 – 2922.1 )/( 2920 ) |x 100%
%E=0.08%
ANALISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS
De acuerdo a los datos y gráficos obtenidos en las mediciones conteste las siguientes preguntas:
Pregunta 1: Comparar las lecturas axial y radial del campo ¿qué dirección tiene el campo magnético en el interior del solenoide?
Solución: Al mirar detenidamente las lecturas presentadas por data estudio podemos darnos cuenta por medio de la primera grafica presenta anteriormente de que en al leer radial mente el campo producido esto nos arroja un valor de cero a diferencia de cuando colocamos el sensor a medir en forma axial en donde nos muestra un máximo, de tal forma podemos concluir que el campo en el interior del solenoide tiene una dirección axial.
Pregunta 2: ¿Cómo es la magnitud del campo magnético en el interior del solenoide en relación a la posición?
Solución: Se supone inicialmente que el campo en toda la bobina es igual. Pero podemos darnos cuenta de manera experimental que el campo del solenoide en el centro y cerca de él es constante pero al acercarse a los extremos empiezan a haber variaciones notables y esto es obvio a mirar la formula: B= U_o (N/L) I y darnos cuenta de que el valor del campo si la corriente y el numero de espira son constantes es inversamente proporcional al campo.
Pregunta 3: ¿Qué relación existe entre la magnitud del campo magnético en el interior de un solenoide y la intensidad de la corriente que circula por ella?
Solución: teniendo en cuenta la misma ecuación anteriormente mencionada, nos damos cuenta de que al aumentar la corriente aumenta el campo magnético, teniendo el valor de N y la longitud L iguales. Por consiguiente podemos afirmar que el campo magnético en el interior de un solenoide es directamente proporcional a la corriente que pasa por dicho solenoide.
Pregunta 4: ¿Qué relación existe entre la magnitud del campo magnético en el interior de un solenoide y el número de espiras del solenoide?
Solución: En caso de que I y L permanezcan constantes, el campo magnético es proporcional a N, es decir, que entre más espiras tenga el solenoide mayor será el campo magnético en el interior de él.
CONCLUSION
Podemos concluir con que un solenoide está definido como una bobina de forma cilíndrica que cuenta con un hilo de material conductor enrollada sobre si a fin de que, con el paso de la corriente eléctrica, se genere un intenso campo eléctrico. Cuando este campo magnético aparece comienza a operar como un imán.
También pudimos observar la función principal de un solenoide la cual es activar una válvula que lleva su mismo nombre, la válvula solenoide.
Por lo general, este tipo de dispositivo se puede programar según ciertos horarios y dentro de sus usos más comunes se encuentran los sistemas de regulación hidráulica y neumática.
Es importante mencionar que existen varios tipos de solenoides, por lo que es lógico que su instalación y conexión también varíe. No obstante, ya se trate de un solenoide u otro, y se le den usos diferentes, todos ellos operan bajo el mismo principio explicado con anterioridad.
Una de las principales conclusiones, es respecto al Campo Magnético que se produce dentro del solenoide. En el centro de éste es prácticamente constante, más precisamente entre los intervalos, aproximado, mientras que en los bordes, o sea en los intervalos y, aproximado, el campo comienza a sufrir cambios notables en su magnitud. También podemos concluir respecto al campo que a medida que aumenta la Intensidad de Corriente, o el número de vueltas del solenoide o disminuye el largo de éste, el Campo Magnético aumenta. Por lo que tenemos que “I” es directamente proporcional a B, al igual que N. No así el largo del solenoide, que es inversamente proporcional a B.
BIBLIOGRAFIA
http://www.ledex.com/es/solenoid/what-are-solenoids.html
http://www.ledex.com/es/solenoid/solenoid-basics.html
http://www.solociencia.com/fisica/carga-electrica-forma-cargar-cuerpo.htm
http://www.babylon.com/definition/Ley_de_conservaci%C3%B3n_de_la_carga_el%C3%A9ctrica/Spanish
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