Balanza de corriente
Una varilla conductora de 20 cm de longitud se suspende del brazo de una balanza. El conductor está situado entre las dos piezas polares de un imán.
Se pesa la varilla antes de conectarla a la batería. A continuación, se pesa la varilla después de conectarla a la batería. La comparación de ambos pesos nos proporciona la fuerza que ejerce el campo magnético sobre la corriente en la varilla.
Los objetivo de esta "experiencia" son:
1.-Determinar el sentido de la fuerza que ejerce el campo magnético sobre una porción de corriente rectilínea, conocida la dirección y sentido del campo magnético y de la corriente.
2.-Medir dicha fuerza en función de la intensidad de la corriente y del campo
Descripción
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Antes de conectar la corriente
Para que la varilla esté en equilibrio, la fuerza que ejerce el brazo de la balanza F1 deberá ser igual al peso de la varilla F1=mg |
Después de conectar la varilla a la batería
Por la varilla circula una corriente de intensidad i. La fuerza que ejerce el campo magnético es
donde B es la intensidad del campo magnético, L, la longitud del conductor y ut es un vector que nos indica el sentido de la corriente.
Si el campo y la porción de corriente son perpendiculares, el módulo de la fuerza es
Fm=iLB.
El sentido de la fuerza Fm se muestra en la figura para los distintos casos
Sobre la varilla en equilibrio actúan las siguientes fuerzas, el peso de la varilla, la fuerza que ejerce el campo magnético y la fuerza F2 que ejerce el brazo de la balanza, para que la varilla esté en equilibrio.
F2+Fm=mg
La fuerza que ejerce el campo magnético sobre la corriente Fm se puede sumar o restar al peso dependiendo de cómo se disponga los polos del imán o del sentido de la corriente en la varilla.
Actividades
Cada vez que se pulsa el botón titulado Nuevo, el programa interactivo genera un número aleatorio comprendido entre 700 y 900 que representa la masa de la varilla en miligramos.
Para pesar la varilla, movemos con el puntero del ratón los cursores en forma de flecha de colores rojo, azul y negro
Ejemplo:
Hemos pesado la varilla resultando F1=862 mg
Se introduce
- la intensidad del campo magnético (en gauss), en el control de edición titulado Campo magnético
- la intensidad de la corriente (en A), en el control de edición titulado Intensidad corriente
Estos valores pueden ser positivos o negativos.
Se pulsa el botón titulado Conectar, y se conecta los extremos de la varilla a los polos de la batería.
Ejemplo:
- Intensidad i=2.0 A
- Campo magnético 20.0 gauss, B=0.002 T
- La longitud de la varilla L=0.2 m, está fijada por el programa
Verificamos que la fuerza que ejerce el campo magnético sobre la corriente rectilínea señalada por una flecha de color azul es hacia arriba. Por tanto, la balanza se desequilibra. Equilibramos la balanza moviendo los cursores a la posición que marca F2=780 mg. Por tanto,
- La fuerza que ejerce el campo magnético es Fm=F1-F2=862-780=82 mg=82·10-6·9.8=8.04·10-4 N
- La fuerza que ejerce el campo magnético es Fm=iBL=2·0.002·0.2=8·10-4 N
Experimentar con el programa, introduciendo otros valores del campo magnético (positivos o negativos) y de la corriente (positivos o negativos) en los intervalos especificados.
- Comprobar el sentido de la fuerza que ejerce el campo magnético sobre la porción de corriente rectilínea
- Determinar el valor de dicha fuerza mediante la balanza.