Brújula de Tangentes
Enviado por Agustín Binora
Síntesis
Se estudian los efectos producidos por dos campos magnéticos producidos por la Tierra (Bt) y por el paso de corriente eléctrica por una bobina (B) cuyo número de espiras (N) podemos variar. Ante el movimiento de la brújula y determinando el ángulo formado por la nueva posición de la brújula y la anterior ubicación de la misma, obtendremos los valores de la tangente de α (tg α), y a partir de los gráficos de tg α en función de intensidad (I) y de N, obtendremos los valores de las constantes de proporcionalidad de los mismos (k1 y k2) y el valor de la constante de la ecuación B = K * N * I. Al aumentar I o N, α es mayor. Estudiaremos además la relación entre tg α y B, definida como tg α = B / Bt.
Objetivo
Estudiar el campo magnético generado por una bobina y su dependencia con la corriente que circula por la bobina y con el número de espiras de la misma, tratando de independizarlo del campo magnético terrestre.
Introducción
En el trabajo, mediante la medición de los ángulos de deflexión formados por la aguja de la brújula a partir del paso de corriente por una bobina y su interacción con Bt obtendremos K de la ecuación B = K*N*I, que permite conocer el vector inducción en el centro del cuadro, a partir de dicha constante, el número de espiras o vueltas de los cables de cobre alrededor del cuadro y la intensidad de la corriente (cantidad de cargas por unidad de tiempo).
Previamente, para obtener dicho valor, debemos conocer el valor de la tg α, que es equivalente al cociente de B y Bt. Como Bt para la Ciudad de Buenos Aires es constante ya que el campo magnético generado por la Tierra así lo es, entonces, las variaciones en la tg α son modificaciones en B. Igualmente es necesario aclarar que ocurra cuando la bobina correctamente orientada: los bordes del cuadro (supuestamente paralelos a las espiras) deben ser paralelos a la dirección de la aguja cuando sólo está sometida al Bt, de forma tal que B, al circular corriente, sea perpendicular al mismo.
En el trabajo práctico utilizamos una fuente de corriente continua y diferencia de potencial variable conectada a la pared y dará energía a un reóstato, tipo de resistencia variable que nos permite modificar I, medida mediante un multímetro en serie al circuito en la función de amperímetro con una escala de 10 A. A continuación se conectó en serie una llave que permitía cerrar o abrir el circuito e invertir el sentido de circulación de la corriente. La bobina está formada por un marco cuadrado en el cual se enrollan 5 cables de cobre, que conforman las espiras. Tiene una bornera para seleccionar el número de espiras deseadas. En el medio del marco se encuentra una tarima de madera en cuyo centro ubicamos la brújula, compuesta por una aguja de hierro imantada sostenida por un eje que permite su libre movimiento en 360º, señalando el ángulo en un borde graduado.
Figura I: Esquema del circuito.
Procedimiento
Mediante los materiales dispuestos de la forma que se observa en la Fig. 1, nos disponemos a realizar el trabajo práctico. Colocamos la brújula en el centro del marco valiéndonos de las líneas marcadas en la tarima que lo definen, y ubicamos el cuadro de tal manera que esté paralelo a Bt, y, por lo tanto, B sea perpendicular a éste; es necesario orientarlo así para saber que, si varía tg α, esto se debe a una variación en B por la circulación de la corriente, por ser Bt constante. Verificamos esta posición cerrando el circuito con la llave y observamos el ángulo de deflexión; luego invertimos el sentido de circulación de la corriente y repetimos la observación: si los ángulos coinciden, se encuentran en la posición deseada. Es necesario tener en cuenta que la variación del sentido de circulación de la corriente modifica el cuadrante hacia el cual se desplaza la aguja, debido a que cambia el sentido del cambo producido.
Parte 1
En esta parte del trabajo práctico tomamos varios valores de α variando I utilizando el reóstato. Como primer paso seleccionamos un valor mínimo de resistencia, es decir, de máxima intensidad (recordemos la Ley de Ohm, que establece que ante un voltaje constante, R e I son inversamente proporcionales: V = R * I), y, cerrando el circuito, medimos I y α para ambos sentidos de circulación: αi y αd (izquierda y derecha). Realizamos este paso 5 veces más, variando la resistencia del reóstato y por lo tanto I de todo el circuito, y completamos la tabla 1 con estos datos, el ángulo promedio (α p), las incertezas de I (definida en 0,01 A por ser ésta la menor división del amperímetro en la escala seleccionada) y de α (de 2º, correspondiente a la menor división de la escala de la brújula). Mediante la resta y la suma de αp y su incerteza, obtenemos αmín y αmáx, que nos permitirá completar la segunda parte de la tabla 1 tras calcular sus tangentes.
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