Assessment en equipo: Diseñando Experimentos para Medir la Fuerza Magnética

 Instrucciones:  

Diseñar un experimento para medir la fuerza magnética en diferentes condiciones.  Puedes trabajar en pareja o en equipos de tres estudiantes.

Introducción

La fuerza magnética es una interacción fundamental en la naturaleza. Para medirla, podemos diseñar diversos experimentos que nos permitan cuantificar esta fuerza en diferentes condiciones. La elección del experimento dependerá de los materiales disponibles, la precisión requerida y el tipo de configuración magnética que se desee estudiar.

Experimentos Básicos

1. Balanza de torsión:

   • Objetivo: Medir la fuerza magnética sobre una pequeña barra magnética suspendida de un hilo.
   • Procedimiento: Se suspende la barra magnética de un hilo fino y se coloca cerca de un imán. La fuerza magnética ejerce un torque sobre la barra, torciendo el hilo. Midiendo el ángulo de torsión y conociendo la constante de torsión del hilo, se puede calcular la fuerza magnética.
   • Variables: Intensidad del campo magnético, distancia entre los imanes, momento magnético de la barra.

2. Efecto Hall:

   • Objetivo: Medir la fuerza magnética sobre los portadores de carga en un conductor.
   • Procedimiento: Se hace pasar una corriente eléctrica a través de una lámina conductora colocada perpendicularmente a un campo magnético. La fuerza magnética desvía los portadores de carga hacia uno de los lados de la lámina, creando una diferencia de potencial Hall. Midiendo esta diferencia de potencial, se puede calcular la fuerza magnética.
   • Variables: Intensidad de corriente, intensidad del campo magnético, espesor de la lámina, tipo de material.

3. Bobina móvil en un campo magnético:

   • Objetivo: Medir la fuerza magnética sobre una bobina por la que circula una corriente eléctrica.
   • Procedimiento: Se coloca una bobina en un campo magnético uniforme y se hace circular una corriente a través de ella. La fuerza magnética ejerce un torque sobre la bobina, haciendo que rote. Midiendo el torque y conociendo las características de la bobina, se puede calcular la fuerza magnética.
   • Variables: Intensidad de corriente, número de vueltas de la bobina, área de la bobina, intensidad del campo magnético.

Experimentos Avanzados

4. Medición de la fuerza magnética entre dos conductores paralelos:

   • Objetivo: Verificar la ley de Biot-Savart experimentalmente.
   • Procedimiento: Se colocan dos conductores paralelos muy cercanos entre sí y se hace circular una corriente eléctrica por cada uno. La fuerza magnética entre los conductores se puede medir utilizando una balanza o un dinamómetro.
   • Variables: Intensidad de corriente, distancia entre los conductores, longitud de los conductores.

5. Medición de la fuerza magnética en un acelerador de partículas:

   • Objetivo: Estudiar el movimiento de partículas cargadas en campos magnéticos intensos.
   • Procedimiento: Se utilizan aceleradores de partículas para acelerar electrones, protones u otras partículas cargadas a altas velocidades. Al hacer que estas partículas se muevan perpendicularmente a un campo magnético, se puede medir el radio de curvatura de su trayectoria y, a partir de ahí, calcular la fuerza magnética.
   • Variables: Energía de las partículas, intensidad del campo magnético, masa de las partículas.

Consideraciones Experimentales

• Precisión: La precisión de la medición dependerá de la sensibilidad de los instrumentos utilizados y de la cuidadosa eliminación de fuentes de error.
• Calibración: Es fundamental calibrar los instrumentos de medida antes de realizar las mediciones.
• Control de variables: Se deben controlar todas las variables que puedan afectar el resultado de la medición, excepto la variable que se desea estudiar.
• Seguridad: Al trabajar con corrientes eléctricas y campos magnéticos, es importante tomar las precauciones necesarias para evitar accidentes.

Materiales Necesarios

• Imanes permanentes
• Bobinas de alambre
• Fuentes de corriente
• Galvanómetros
• Balanzas de torsión
• Conductores eléctricos
• Aceleradores de partículas (para experimentos avanzados)

Nota: Este es solo un ejemplo de los posibles experimentos que se pueden realizar para medir la fuerza magnética. La elección del experimento dependerá del objetivo específico de la investigación y de los recursos disponibles.