Experimento casero. Atenuación del campo magnético
El siguiente post es un experimento casero en el que intento ver la relación de la atenuación del campo magnético de un pequeño imán casero con respecto a la distancia. Por las ecuaciones que establece la teoría electromagnética sabemos que este campo disminuye con la distancia, pero en esta experiencia trato de ver si es posible establecer esa relación e incluso hacer una gráfica de la misma donde relacione campo magnético con la distancia. Sin duda este experimento casero tendrá muchos errores de precisión, pero creo que será muy instructivo hacerlo y comparar con la teoría existente, al igual que las leyes que rigen el electromagnetismo.
Materiales a utilizar
- Imán cilíndrico.
Se usó un imán que tenía en mi casa el cual usaba para sostener hojas de papel, su intensidad de campo se apreciaba bastante grande en comparación con otros, Se puede observar que la geometría no es del todo esférica, de hecho, parece estar construido con dos aros y un cilindro en el medio (ver figura).
- Medidor de campo magnético.
Para medir la magnitud del campo magnético se utilizó un "Gaussimetro" marca FW. Bell, modelo 5070. Ver figura.
- Regla de madera.
Con esta regla pudimos medir las diferentes distancias en las que colocamos la muestra que sería atraída por el campo magnético del imán. Ver figura.
- Tuerca de acero.
Use como muestra una pequeña tuerca de acero para que fuese atraída por el imán. Ver figura.
- Papel y lápiz.
Usé una hoja de papel en el que hice una tabla para tomar los datos que registraba el gaussimetro. Ver figura.
Procedimiento
Para hacer las mediciones coloqué el imán verticalmente sobre una mesa, lo hice de esta manera para tener la mayor intensidad del campo magnético, ya que a los lados era menor. Luego puse la regla de madera de tal manera que pudiera indicarme la distancia de la muestra, es decir, de la tureca, al imán. (Ver figura).
Con el gaussimetro medí el campo magnético alejando del imán el sensor milímetro por milímetro hasta que el campo magnético me registrara cero. Los resultados obtenidos se muestran en las siguientes tablas
Tabla 1a.
Tabla 1b.
Tabla 1c.
En la teoría, una ecuación que rige el decaimiento de un campo magnético en imán permanente es el siguiente:
Pero esta ecuación es la del campo magnético sobre el eje de una espira de corriente con momento magnético y es la distancia de la fuente del campo a la muestra y representa el tamaño del imán. Si consideramos los siguientes datos dados en la bibliografía para imanes de uso doméstico y con las dimensiones de nuestro imán obtenemos el siguiente resultado.
Introduciendo en la variable x los valores de las distancias usadas en el experimento, obtenemos las siguientes tablas
Tabla 2a.
Tabla 2b.
Tabla 2c.
Resultados y análisis
Con los datos obtenidos en las tablas a. y b. se hicieron dos gráficas tomando al campo magnético como variable dependiente y la distancia como independiente. La curva obtenida muestra un evidente comportamiento de decaimiento exponencial. La curva teórica es la siguiente:
La curva experimental es la siguiente:
Comparando ambas curvas en una sola gráfica tenemos
Como podemos observar, la curva teórica y la experimental son muy similares, lo que nos indica que el experimento, a pesar de las imprecisiones, arrojó resultados válidos. Se debe observar que en los últimos valores de la curva experimental hay un abrupto decaimiento a cero, esto lo atribuyo a la sensibilidad del sensor del gaussímetro utilizado.
Conclusiones
Con la excepción de los últimos valores de la curva experimental, podríamos decir que el experimento casero fue bastante satisfactoria y que nos muestra el decaimiento exponencial del campo magnético.
Para otras futuras entregas tengo pensado hacer el mismo experimento, pero tratando de cambiar la temperatura del imán, es decir, ver el comportamiento del campo magnético en función de la temperatura.
Bibliografía
- Adolfo Raiz Imánes permanentes. Instituto Balseiro, Bariloche, Argentina, 2020
2 Finn E., Alonso M. Física Vol. II: Campos y ondas. Addison-Wswley, Argentina, 1987. - Young H., Freedman R., Física Universitaria. Vol. 2. Addison-Wesley, México, 2009.
Fuente de las imágenes
Todas las imágenes fueron tomadas con mi celular Xiaomi Redmi 9C.
Las gráficas fueron hechas con el software Microsoft Excel.
