Basta una brújula un alambre por donde pase corriente o un imán y un poco de trigonometría para hacer diferentes experimentos de mediciones de de campos magnéticos.
Las siguientes actividades son adecuadas para un nivel pre-universitario.
Una brújula funciona porque una aguja es magnetizada, por lo cual su componente horizontal se alinea con el campo magnético neto en la vecindad. En lugares abiertos el campo magnético terrestre es suficiente para afectar la dirección de la aguja de la brújula. Por su puesto, en presencia de otros cuerpos magnéticos o de un alambre por donde pase corriente, se debe tomar en cuenta la suma vectorial de las componentes magnéticas, esto es:
En una situación particular cuando la componente adicional es perpendicular al campo terrestre. Entonces la razón de las intensidades se relaciona fácilmente con la trigonometría.
(¿puedes demostrar la anterior ecuación?)
El ángulo theta es la deflexión del ángulo de la brújula del norte magnético (el corresponde a cero grados), el campo magnético terrestre puede variar en un intervalo de 1.53 a2.77 e-5 teslas. Por lo cual la anterior ecuación puede emplearse para medir la intensidad del campo magnético adicional
Primera actividad: campo magnético de un alambre con corriente.
Asegurándose de que la brújula este lejos de materiales magnéticos o de hierro, como se muestra en la figura se alinea el alambre (30 cm de largo aprox.) con la dirección que muestra la brújula. Entonces se conecta el alambre a una pila o a una fuente de corriente, alternativamente se puede conseguir un amperímetro para relacionar la corriente con el campo magnético producido. De este modo podemos calcular la intensidad de campo magnético en el alambre.
Este valor se puede comparar con la ley de Biot-Savart para un alambre largo:
donde I es la corriente en el alambre, y r es la distancia del centro del alambre al centro de la brújula
Segunda actividad: Campo magnético de un imán.
La anterior actividad se puede hacer con un imán permanente, pero también se puede añadir la dependencia con la distancia la cual es una función del tipo
donde k es una constante de proporcionalidad, que se debe medir; d es la distancia que separa a la brújula del imán; y n es una potencia por determinar. Por su puesto la dependencia con la distancia es diferente para diferentes configuraciones imán/brújula. Aquí estamos pensando en que los imanes (alambres) están alineados (forman una línea recta los ejes magnéticos de los elementos) con la brújula.
Tomando en cuenta el logaritmo natural de los dos lados:
Para un dipolo magnético n debe estar cercano a -3, mientras que para un alambre n es -1.
Entonces, empleando nuestra ecuación inicial para la dependencia del campo magnético, para un dipolo magnético, como es el caso de las barras de imán.
Por su puesto, una gráfica puede ser mejor que solo considerar dos puntos. Tomar en cuenta las incertidumbres es suficiente para sostener el argumento del dipolo.
Estas dos actividades son suficientes como primera aproximación para un curso introductorio de magnetismo. Espero que puedan hacer los experimentos y nos dejen un comentario de cómo les fue.
Fuente.
Lunk, B., & Beichner, R. (2011). Exploring Magnetic Fields with a Compass The Physics Teacher, 49 (1) DOI: 10.1119/1.3527756
Estimados: Muchas gracias, es un buen método para explicar a alumnos, cuando se carece de un magnetómetro.
ResponderBorrarMe ha encantado el método, habria que compararlo con la medida real de un magnetometro. http://cem.teleingenieria.es
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