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3. Fundamentos teóricos
La bobina plana se hace rotar en un campo
magnético homogéneo externo, de tal forma que en
los extremos de la bobina se pueda medir una
tensión inducida.
Para poder tener una información exacta sobre la
altura de la tensión inducida, es necesario conocer
exactamente las variables de las cuales depende la
misma. En este caso se trata de la intensidad del
campo magnético externo, la velocidad con la cual
se atraviesan las líneas de campo magnético y la
carga de las partículas que atraviesan en campo.
Estas tres variables están combinadas entre sí por
medio de la llamada "Fuerza de Lorentz":
r
r
r
=
⋅
×
F
q
v
B
Esta fuerza actúa perpendicularmente al campo B y
a la dirección de movimiento de las partículas
cargadas.
Debido a la forma de la bobina y la característica
del medio en cual se mueven las partículas, se
origina en los extremos una tensión amplificada por
el número de espiras de la bobina de cobre, la cual
se puede medir directamente con un instrumento
de medida normal.
Para producir un movimiento regular, la bobina
giratoria se conecta a un motor que gira
lentamente. Un campo externo homogéneo en el
espacio y de intensidad constante se produce por
medio de un par de bobinas conectadas en la una
combinación de Helmholtz.
Como portadores de carga se tienen electrones, que
se mueven libremente en las espiras de cobre y cuya
carga es constante.
Por el movimiento giratorio de la bobina en el
campo magnético externo se obtiene una tensión
alterna de forma senoidal:
=
⋅
ω
U
U
sin
t
con
U
m
m
n = Número de espiras de la bobina
B = Inducción magnética
A = Superficie efectiva de la bobina
f = Frecuencia de rotación de la bobina
A y n se pueden determinar directamente. B se
obtiene indirectamente por la ordenación de las
bobinas de Helmholtz. La frecuencia de rotación de
la bobina se puede ajustar por medio de las
revoluciones del motor y medir por medio de una
puerta fotoeléctrica..
La tensión inducida se puede determinar por miedo
de un voltímetro con con escala con punto cero en
el centro o por medio de un osciloscopio.
En caso de movimientos de rotación muy lento sería
posiblemente necesario un amplificador de medida.
=
⋅
⋅
⋅
ω
ω 2
=
π ⋅
n
A
B
y
•
El marco giratorio con la bobina plana con sus
soportes se fija con los tornillos moleteados en
los travesaños distanciadores de las bobinas de
Helmholtz, de tal forma que ésta se pueda girar
en el centro del campo homogéneo de las
bobinas de Helmholtz.
•
En un experimento previo, accionando la
bobina manualmente se evalúa la altura de la
tensión de inducción.
•
A continuación se conecta la roldana con el eje
del motor..
•
Con esta disposición se realiza el experimento.
Para la realización de los experimentos se requieren
los siguientes aparatos:
1 Fuente CA/CC 0–20 V, 5 A
2 Multímetros Escola 10
1 Par de bobinas de Helmholtz
5.1 Inducción de tensión en el campo magnético
•
Se colocan las bobinas de Helmholtz sobre la
mesa de trabajo y se conectan serie entre sí y
luego en serie con un amperímetro y con la
fuente de alimentación de tensión continua.
•
El marco giratorio con la bobina plana con sus
soportes se fija con los tornillos moleteados en
los travesaños distanciadores de las bobinas de
Helmholtz, de tal forma que ésta se pueda girar
en el centro del campo homogéneo de las
bobinas de Helmholtz.
•
Se conecta el voltímetro directamente en los
contactos de la bobina plana.
f ⋅
•
Se ajusta la corriente en aprox. 1,5 A como
suministro de las bobinas de Helmholtz.
•
Se acciona la manivela con la mano y se observa
la señal en el voltímetro.
•
Se varía la velocidad de rotación de la bobina
hasta que se obtenga la máxima señal en
voltímetro. La velocidad de rotación debe ser
lenta.
Para lograr un velocidad de rotación constante se
recomienda accionar el marco giratorio por medio
de un motor de revoluciones lentas (p.ej.: Motor de
corriente continua, 12 V U8552330).
El curso exacto de la tensión inducida se puede
observar y medir por medio de un osciloscopio.
5.2. Determinación
terrestre por medio de la tensión inducida
Con el mismo montaje experimental del punto 5.1
se puede medir el campo magnético terrestre.
2
4. Manejo
5. Ejemplos de experimentos
del
campo
U8521131
U8531160
U8481500
magnético
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