Experimento N o 1 BALANZA BASICA DE CORRIENTE INTRODUCCIÓN Dos principios físicos relacionados entre sí sirven de base al funcionamiento de los generadores y de los motores. El primero es el principio de la inducción descubierto por el científico e inventor británico Michael Faraday en 1831. Si un conductor, se mueve a través de un campo magnético, o si está situado en las proximidades de otro conductor por el que circula una corriente de intensidad variable, se establece o se induce una corriente eléctrica en el primer conductor. El principio opuesto a éste fue observado en1820 por el físico francés André Marie Ampere. Si una corriente pasa a través de un conductor situado en el interior de un campo magnético, éste ejerce una fuerza mecánica sobre el conductor. Un conductor transportando corriente en un campo magnético experimenta una fuerza que es generalmente referida como una fuerza magnética. La magnitud y dirección de esta fuerza producida depende de cuatro variables: 1) La magnitud de la corriente (I); 2) La longitud del conductor (L); 3) la densidad del campo magnético (B); 4) El ángulo entre el campo magnético y el conductor (θ). Esta fuerza magnética puede ser descrita matemáticamente por el producto vectorial: En términos escalares se escribe:
PARTE I: Fuerza (Fm) vs Corriente (I) 1. Fije el aparato como se muestra en la figura (current loop SF-38): Figura 1.1 2. Situé el montaje de los imanes en el plato de la balanza. Cuando no circule corriente presione el botón "TARE", llevando la lectura a 0,000 gramos. 3. Ahora fije la corriente en 0,5 Amperios, y copie el valor de la masa en la columna de "Fuerza magnética" de la tabla 1.1. 4. Incremente la corriente en 0.5 Amp hasta un máximo de 5.0 Amp. Cada momento copiando los nuevos valores de fuerzas. Qué ocurre si cambiamos la polaridad de los cables conectores en la fuente. Tabla 1.1 Corriente (I) (Amp) 0,5 A 1 A 1,5 A 2 A 2,5 A 3 A 3,5 A 4 A 4,5 A 5 A
Grafique fuerza (eje vertical) vs. Corriente (eje horizontal). Cuál es la naturaleza de la relación entre estas dos variables? Explique cómo los cambios, de la corriente afectan la fuerza actuante en un conductor que esté dentro de un campo magnético? PARTE II: Fuerza (Fm) vs. Longitud del Conductor (L) 1. Monte el aparato como se muestra en la figura: Figura 1.2 2. Determine el primer valor de la longitud de la lámina de metal conductiva en el lazo de corriente (CURRENT LOOP) de tabla 1.2. 3. Situé el montaje de los imanes en el plato de la balanza. Cuando, no circule corriente, presione el botón "TARE", llevando la lectura a 0,00 gms. 4. Ahora fije la corriente en 2.0 Amperios. Copie el valor de la masa como Fuerza en la tabla 1.2. 5. Apague el equipo y reemplace el lazo de corriente por otro. Repita los pasos del 2 al 4.
Tabla 1.2 Longitud del conductor Current Loop Longitud efectiva SF-40 1,2 mm SF-37 2,2 mm SF-39 3,2 mm SF-38 4,2 mm SF-41 6,4 mm SF-42 8,4 mm Grafique la fuerza (eje vertical) versus Longitud (eje horizontal). Cuál es.la naturaleza de la relación entre esas dos variables? Explique cómo los cambios de la longitud del conductor por donde circula la corriente afecta la fuerza que experimenta cuando está en presencia de un campo magnético? PARTE III FUERZA ((Fm) VS CAMPO MAGNÉTICO (B). 1. Monte el aparato como se muestra en la figura 1.3, use un lazo de corriente (Current Loop) de longitud corta (SF -38). Figura 1.3
2. Use el montaje de imanes con solo un imán y colóquelo en el centro del sostenedor. 3. Situé el montaje de los imanes en el plato de la balanza. Cuando no circule corriente, presione el botón TARE", llevando la lectura a 0,000grns. 4. Ahora fije la corriente en 2.0 Amperios. Copie el valor de la masa en la columna de fuerza en la tabla 1.3. 5. Agregue imanes adicionales, uno a la vez (Estar seguro que los polos norte los imanes coincida con el mismo lado del montaje del imán). Agregue un imán y repita los pasos del 3 al 5. Que ocurre si usamos imanes con polaridades invertidas. Tabla 1.3 Campo Magnético (B) (Número de imanes) 1 2 3 4 5 6 Grafique fuerza (eje vertical) versus numero de imanes (eje horizontal). Cuál es la relación entre estas dos variables? Cómo el número de imanes afecta la fuerza entre un conductor transportando corriente y un campo magnético? Es razonable asumir que la densidad del campo magnético es directamente proporcional al número de imanes? Qué podría suceder si uno de los imanes está colocado al revés en el montaje de los imanes con el polo norte próximo al polo sur del otro?
PARTE IV FUERZA ((Fm) VS ANGULO (θ). 1. Monte el aparato como se muestra en la figura 1.4, use un lazo de corriente (Current Loop) de longitud corta (SF -38). Figura 1.4 2. Situé el montaje de los imanes en el plato de la balanza. Cuando no circule corriente, Presione el botón "TARE:", llevando la lectura a 0,00 gms. 3. Fije el ángulo a cero grados (0 ) con la dirección de la bobina de alambre aproximadamente paralela al campo magnético. Fije la corriente en 1.0 Amperios, copie el valor de la masa en la columna de la tabla 1.4 4. Incremente el ángulo de 10 en 10 hasta!legar a 90, y llego en -10 hasta Ilegal a -90. En cada ángulo repita las mediciones.
Tabla 1.4 Angulo (θ) Angulo (θ) 0 0 10-10 20-20 30-30 40-40 50-50 60-60 70-70 80-80 90-90 Grafique fuerza (eje vertical) versus Angulo (eje horizontal). Cuál es la relación entre estas dos variables? Cómo los cambios en el ángulo entre la corriente y el campo magnético afecta la fuerza actuante entre ellos? Qué ángulo produce mayor fuerza?