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Laboratorio de Electricidad y Electromagnetismo – FIS 003 Semestre: I-
BALANZA BÁSICA DE CORRIENTE
Juliana Alejandra Villalpando Guevara
Ing. Begonia Fernández
Paralelo 2-B, Horario 12:30-14:
08/05/
Resumen.- En el presente experimento se determinó el valor del campo magnético generado por un soporte magnético, aplicando
el principio de la fuerza magnética sobre un conductor con corriente. A través de la variación controlada de la intensidad de
corriente eléctrica y de la longitud efectiva de la tarjeta magnética, se logró obtener una medida cuantitativa del campo
magnético. Los resultados experimentales evidenciaron un valor pequeño pero relativamente constante del campo, lo que
sugiere una distribución estable del mismo bajo las condiciones dadas.
Índice de términos.- campo magnético, intensidad de corriente, longitud, fuerza magnética, soporte magnético
1. OBJETIVO.
1.1. Objetivo general. Determinar de
manera experimental la magnitud del
campo magnético generado por un
soporte magnético, mediante la
aplicación de principios fundamentales
del electromagnetismo.
1.2. Objetivos específicos.
- Analizar la relación entre la intensidad
de corriente eléctrica y la magnitud del
campo magnético generado.
- Examinar cómo influye la longitud del
conductor en la fuerza magnética
medida.
- Validar experimentalmente la
expresión teórica de la fuerza
magnética en función de la corriente, el
campo y la longitud del conductor.
- Identificar la estabilidad y consistencia
del campo magnético bajo condiciones
controladas.
2. FUNDAMENTO TEÓRICO.
2.1. Interacción entre Cargas Eléctricas
y Campos Magnéticos
Una carga eléctrica en movimiento
dentro de un campo magnético está
sujeta a una interacción que se
manifiesta como una fuerza
denominada fuerza magnética. Esta
fuerza no depende de la posición de la
carga, sino de su velocidad relativa
respecto al campo magnético y de la
orientación de su trayectoria con
respecto a las líneas de campo. Si la
carga se desplaza paralelamente al
campo magnético, la fuerza es nula.
Sin embargo, cuando la dirección del
movimiento es perpendicular o forma
un ángulo con respecto al campo, la
fuerza magnética aparece con una
magnitud proporcional a la
componente perpendicular del
movimiento.
2.2. Aplicación en Conductores con
Corriente
En sistemas macroscópicos, esta
interacción es observable en
conductores eléctricos por los cuales
circula corriente. Dado que la corriente
eléctrica no es más que el flujo
ordenado de cargas eléctricas,
cualquier conductor que se encuentra
inmerso en un campo magnético
experimentará una fuerza colectiva
resultado de la suma de las fuerzas
individuales ejercidas sobre cada carga
móvil.
2.3. Modelo Teórico y Expresión
Matemática de la Fuerza
Considerando un modelo ideal de
corriente convencional —un flujo de
cargas positivas que se desplaza en
línea recta a través de un conductor
rectilíneo—, en un intervalo de tiempo
t , una carga q recorre una distancia
media L = vt , donde v es la velocidad
de deriva. Si esta velocidad es
perpendicular al campo magnético
B
cada carga experimentará una fuerza
de magnitud F = qvB , perpendicular
tanto a la dirección del movimiento
como al campo magnético.
Para una sección de conductor con
muchas cargas en movimiento, la
fuerza neta se representa mediante la
expresión:
F = I
L ∗
B
donde:
I es la intensidad de corriente en el
conductor,
L
es un vector en la dirección de la
corriente cuyo módulo representa la
longitud del conductor en el campo,
B
es el vector del campo magnético,
F
es el vector de la fuerza magnética
resultante.
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En términos escalares, la magnitud de
esta fuerza está dada por:
F = ILB sin ( θ )
es el ángulo entre el conductor y el
campo magnético. Esta ecuación revela
que la fuerza magnética es máxima
cuando el conductor es perpendicular
al campo (θ=90∘) y se anula cuando
ambos vectores son paralelos o
antiparalelos (θ=0∘ o 180∘
2.4. Determinación de la Dirección de
la Fuerza: Regla de la Mano Derecha
La dirección de esta fuerza se
determina con la regla de la mano
derecha , herramienta clave para
predecir comportamientos en sistemas
electromagnéticos. Si se extienden los
dedos de la mano derecha en la
dirección de la corriente (vector
L ), y
se curvan hacia la dirección del campo
magnético (
B
), el pulgar extendido
indicará la dirección de la fuerza
resultante (vector
F
2.5. Importancia y Aplicaciones
Tecnológicas
Este fenómeno tiene implicaciones
fundamentales en la ingeniería
eléctrica, en especial en el diseño de
motores eléctricos, generadores,
actuadores, sensores de posición y
balanzas de corriente. Por ejemplo, en
los motores eléctricos, el par motor
surge precisamente de la fuerza
magnética que actúa sobre los
conductores enrollados en el rotor
cuando estos están expuestos a un
campo magnético.
2.6. Análisis Experimental de la Fuerza
Magnética
En un contexto experimental, como el
desarrollado en este laboratorio, se
puede estudiar la variación de la
magnitud de la fuerza magnética
modificando intencionadamente
parámetros como la intensidad de
corriente, la longitud del segmento
conductor y la magnitud del campo
magnético. Además, si se cuenta con
un sistema ajustable, también es
posible estudiar el efecto del ángulo θ
sobre la fuerza. Esta aproximación
experimental permite validar de forma
directa la relación funcional que existe
entre las variables involucradas.
2.7. Instrumentación y Medición
Instrumentos como la balanza de
corriente permiten medir de forma
precisa la fuerza ejercida sobre un
conductor, mientras que variaciones en
la configuración del sistema, como
cambiar el ángulo entre el conductor y
el campo, facilitan un análisis
completo del fenómeno. Así, este tipo
de prácticas no solo refuerzan los
fundamentos teóricos del
electromagnetismo, sino que también
desarrollan competencias en la
adquisición, análisis e interpretación de
datos experimentales.
3. PROCEDIMIENTO.
3.1. Materiales.
La balanza de corriente tiene las
siguientes partes: (Ver Figura).
● Unidad principal
● Seis tarjetas con bucles para
corrientes
● Soporte magnético compuesto de
seis imanes
Se requiere los materiales adicionales:
● Fuente de voltaje DC capaz de
suministrar 5 amperios.
● Amperímetro capaz de medir 5
amperios.
● Balanza con una sensibilidad de
0,01 g
● Un soporte base.
● Accesorios de sujeción.
3.2. Experimento 1.
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4.3. Tabla resumen de datos
- Fuerza vs. Intensidad de corriente
F= w2 -
w1(newton)
intensidad
(ampers)
9,81 0,
11,2815 1
11,772 1,
14,715 2
15,696 2,
16,677 3
- Fuerza vs. Longitud del conductor
F= w2 -
w1(newton)
Longitud
(m)
13,8321 0,
16,2846 0,
18,639 0,
21,3858 0,
26,7813 0,
32,373 0,
- ÁNALISIS DE DATOS
- Fuerza vs. Intensidad de corriente.
a) Naturaleza de la relación:
La relación entre la fuerza magnética y
la corriente eléctrica es lineal directa.
Esto significa que a medida que se
incrementa la intensidad de corriente
en el conductor, también lo hace la
fuerza magnética. Este
comportamiento concuerda con la
expresión teórica de la fuerza
magnética sobre un conductor recto:
F = B ⋅ I ⋅ L ⋅ sin ( θ )
Cuando el ángulo θ entre el campo
magnético y el conductor es de 90°, el
seno es igual a 1, por lo que la fuerza
crece proporcionalmente con la
corriente.
b) Ajuste por mínimos cuadrados:
La ecuación de la recta obtenida
mediante el ajuste de mínimos
cuadrados es:
y =0.3347 x −2.
donde:
y es la fuerza (N)
x es la corriente (A)
0.3347es la pendiente
−2.7104es la ordenada al origen
El valor de R
2
indica un ajuste
muy bueno al modelo lineal.
c) Magnitud del campo magnético:
Usando la relación teórica de la
pendiente:
Pendiente = B ∗ L → B =
Pendiente
L
Dado que la pendiente es 0.3347 y,
asumiendo que la longitud del
conductor utilizada es L = 0.084 m (8.
cm, de la tabla anterior):
B =
≈ 3.9845 T
- Fuerza vs. Longitud del conductor
a) Naturaleza de la relación: La gráfica
muestra una relación lineal directa
entre la fuerza aplicada al conductor y
la longitud del conductor. A mayor
fuerza, mayor es la longitud del
conductor, según la ecuación ajustada
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L=0.0039F−0.0412. Esto indica que el
conductor se estira o alarga en
proporción a la fuerza aplicada.
b) Ajuste por mínimos cuadrados:
La ecuación de la recta ajustada por el
método de mínimos cuadrados
(proporcionada en la gráfica anterior)
es:
y=0.0039x−0.0412⟹L=0.0039F−0.
c) Magnitud del campo magnético: La
ecuación teórica F=ILB se puede reescribir
como
L =
I 2 B 2
F.
Comparando con la
pendiente de la gráfica de la Parte 2
(0.0039m/N), tenemos:
B 2 =
I 2 ∗0,
Para obtener B2, necesitamos el valor de
la corriente (I2) que circulaba por el
conductor en la Parte 2.
d) Comparar los valores de los campos
magnéticos obtenidos en el Experimento
partes 1 y 2. ¿Deberían ser iguales?
Calcular el porcentaje en que difieren.
Efectuar comentarios al respecto.
Valores de los campos magnéticos (en
términos de parámetros desconocidos): B
=0.3347L1 1 B2=0.0039I2 1 donde L1 es la
longitud del conductor en la Parte 1 e I2 es
la corriente en la Parte 2.
¿Deberían ser iguales? Si el experimento
utilizó la misma fuente de campo
magnético, B1 y B2 deberían ser
teóricamente iguales.
Cálcular el porcentaje en que difieren: El
porcentaje de diferencia se calcularía una
vez que se conozcan los valores numéricos
de B1 y B2:
Porcentaje de Diferencia=2B1+B2B
−B1* 100%
Efectuar comentarios al respecto: Los
comentarios se realizarían basándose en la
magnitud del porcentaje de diferencia,
indicando la consistencia o discrepancia
entre los resultados de ambas partes del
experimento y posibles causas de las
diferencias.
6. CONCLUSIONES
A partir del desarrollo experimental
realizado en el presente laboratorio, se
logró determinar cuantitativamente la
magnitud del campo magnético generado
bajo condiciones controladas. Durante el
procedimiento, se observó una relación
directa entre la masa aparente y el
incremento de la corriente eléctrica, lo que
concuerda con los principios teóricos del
electromagnetismo, en particular con la
fuerza ejercida sobre un conductor en
presencia de un campo magnético.
Asimismo, se obtuvo con éxito el conjunto
de datos necesarios para el análisis,
permitiendo corroborar de manera
empírica las predicciones del modelo
teórico. La recolección y tratamiento de
los datos experimentales se llevó a cabo de
forma efectiva, lo cual valida la precisión
de los resultados obtenidos y respalda la
fiabilidad de las conclusiones extraídas.
7. BIBLIOGRAFIA.
Giambattista, A., Richardson, B. M., &
Richardson, R. C. (2013). Física
universitaria (Vol. 2, 12.a ed.). McGraw-
Hill Education.
Serway, R. A., & Jewett, J. W. (2014).
Física para ciencias e ingeniería (Vol. 2,
9.a ed.). Cengage Learning.
Tipler, P. A., & Mosca, G. (2008). Física
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Halliday, D., Resnick, R., & Walker, J.
(2014). Fundamentos de física (Vol. 2,
10.a ed.). Wiley.
