Panel de control
Lectura del experimento
Ajusta los controles del panel y cierra el interruptor. La varilla de cobre, colocada perpendicularmente a un campo magnético entrante (símbolos ×), experimenta la fuerza de Ampere, que el medidor registra en newtons.
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Actividades guiadas
Progreso: 0 de 7 completadas
A1 · La fuerza y la corriente Pendiente
Predicción: con \(B\) y \(\Delta L\) fijos, si la corriente se duplica, la fuerza…
- Fija \(B = 1.00\ \text{T}\), \(\Delta L = 10.0\ \text{cm}\) y \(R = 20.0\ \Omega\); cierra el interruptor.
- Anota la corriente y la fuerza (deberías leer \(I = 0.250\ \text{A}\)).
- Cambia la resistencia a \(R = 10.0\ \Omega\) para duplicar la corriente a \(0.500\ \text{A}\).
- Con esa configuración activa, pulsa Verificar.
A2 · La fuerza y el campo magnético Pendiente
Predicción: con \(I\) y \(\Delta L\) fijos, si el campo se triplica, la fuerza…
- Fija \(R = 10.0\ \Omega\), \(\Delta L = 10.0\ \text{cm}\) y \(B = 0.25\ \text{T}\); cierra el interruptor.
- Anota la fuerza indicada (\(F = 0.0125\ \text{N}\)).
- Triplica el campo: \(B = 0.75\ \text{T}\).
- Con esa configuración activa, pulsa Verificar.
A3 · La fuerza y la longitud en el campo Pendiente
Predicción: con \(B\) e \(I\) fijos, si la longitud dentro del campo se duplica, la fuerza…
- Fija \(R = 6.5\ \Omega\), \(B = 1.00\ \text{T}\) y \(\Delta L = 5.0\ \text{cm}\); cierra el interruptor.
- Anota la fuerza indicada (\(F \approx 0.038\ \text{N}\)).
- Duplica la longitud: \(\Delta L = 10.0\ \text{cm}\).
- Con esa configuración activa, pulsa Verificar.
A4 · Los tres ceros de la fuerza Pendiente
Predicción: ¿de cuántas maneras independientes puede anularse la fuerza magnética en este montaje?
- Cierra el interruptor con \(B = 1.00\ \text{T}\), \(\Delta L = 10.0\ \text{cm}\), \(R = 6.5\ \Omega\) y observa \(F\).
- Anula \(F\) quitando solo el campo (\(B = 0\)); después restablece \(B = 1.00\ \text{T}\).
- Anula \(F\) abriendo solo el interruptor; ciérralo de nuevo.
- Termina anulando \(F\) solo con la longitud: \(\Delta L = 0.0\ \text{cm}\), con \(B = 1.00\ \text{T}\) e interruptor cerrado, y pulsa Verificar.
A5 · Compensación: misma fuerza, configuraciones distintas Pendiente
Predicción: si \(B\) se duplica y al mismo tiempo \(R\) se duplica (con \(\Delta L\) fija), la fuerza \(F\)…
- Fija \(B = 0.50\ \text{T}\), \(\Delta L = 10.0\ \text{cm}\), \(R = 10.0\ \Omega\); cierra el interruptor y anota \(F\) (0.025 N).
- Duplica ambas a la vez: \(B = 1.00\ \text{T}\) y \(R = 20.0\ \Omega\).
- Compara la nueva lectura con la anterior y pulsa Verificar.
A6 · Problema inverso: tres caminos hacia \(F = 0.050\ \text{N}\) Pendiente
Predicción: ¿cuántas combinaciones distintas de \(B\), \(R\) y \(\Delta L\) pueden producir exactamente \(F = 0.050\ \text{N}\)?
- Con el interruptor cerrado, ajusta \(B\), \(R\) y \(\Delta L\) hasta que el medidor marque \(F = 0.050\ \text{N}\) (±0.002).
- Pulsa Verificar para guardar esa combinación.
- Cambia de forma apreciable al menos un control, vuelve a conseguir 0.050 N con otra combinación y verifica; repite hasta acumular 3 combinaciones distintas.
A7 · La recta de \(F\) contra \(I\) Pendiente
Predicción: con \(B\) y \(\Delta L\) fijos, la gráfica de \(F\) contra \(I\) será…
- Fija \(B = 1.00\ \text{T}\) y \(\Delta L = 10.0\ \text{cm}\); cierra el interruptor.
- En la pestaña Registro, captura al menos 3 filas con corrientes distintas (por ejemplo \(R = 6.5\), \(10.0\) y \(20.0\ \Omega\)).
- Abre la pestaña Gráfica con «Corriente I (A)» y compara tus puntos con la recta teórica.
- Vuelve aquí y pulsa Verificar.
Quiz
Gráfica de resultados
La línea continua es la predicción teórica \(F = B\,I\,\Delta L\) evaluada con los parámetros actuales del simulador; los puntos son tus registros validados.
Guía teórica y de procedimiento
1. Marco teórico: la fuerza de Ampere
En 1819 Hans Christian Oersted descubrió que una corriente eléctrica produce efectos magnéticos. Poco después, en 1820, André Marie Ampère estableció la ley de la interacción entre corrientes; en su honor, la fuerza ejercida sobre un conductor con corriente situado en un campo magnético se denomina fuerza de Ampere. Es el principio de funcionamiento de los motores eléctricos y de las bocinas electrodinámicas.
Para una porción de conductor de longitud \(\Delta L\), con corriente de intensidad \(I\), situada en un campo magnético uniforme de valor \(B\) formando un ángulo \(\theta\) con las líneas de campo:
La fuerza tiene su valor máximo cuando el conductor es perpendicular a las líneas de campo (\(\theta = 90^\circ\)) y es nula si es paralelo a ellas. En este montaje la varilla es perpendicular al campo, de modo que el medidor registra la fuerza máxima:
Despejando \(B\) se obtiene la definición operacional del campo magnético, \(B = F_{\mathrm{m}}/(I\,\Delta L)\): así puede medirse \(B\) con un conductor de longitud e intensidad de corriente conocidas. Su unidad en el SI es el tesla, \(1\ \mathrm{T} = 1\ \mathrm{N/(A{\cdot}m)}\), en honor de Nikola Tesla (1856-1943).
La intensidad de corriente la impone una fuente ideal de \(V = 5.00\ \text{V}\) en serie con un reóstato, según la ley de Ohm:
Valores de referencia del campo magnético:
| Cuerpo o instalación | \(B\) (T) |
|---|---|
| Cerebro humano (impulsos nerviosos) | \(1\times10^{-13}\) |
| Superficie de la Tierra | \((3\text{–}6)\times10^{-5}\) |
| Cerca de un imán pequeño de barra | \(1\times10^{-2}\) |
| Cerca de un electroimán mediano | \(1.5\) |
| Superficie de una estrella neutrónica | \(1\times10^{8}\) |
Reflexiona: el intervalo de \(B\) del simulador (0 – 1.00 T) corresponde a electroimanes de laboratorio; el campo terrestre es unas 30 000 veces menor que 1 T.
2. Dirección de la fuerza: regla de la mano derecha
La fuerza de Ampere es perpendicular a las líneas de campo y al conductor. Su sentido se determina con la regla de la mano derecha: si los cuatro dedos simulan un barrido que va del sentido de la corriente hacia el sentido de las líneas de campo, el pulgar señala el sentido de la fuerza. Al invertir el sentido de la corriente —o la polaridad del imán— la fuerza se invierte.
En el simulador el campo magnético es entrante al plano de la pantalla (símbolos ×) y la corriente circula por la varilla de derecha a izquierda: la regla da una fuerza hacia abajo. La varilla, sujeta por el soporte en T, transmite esa fuerza al medidor, que la registra en newtons.
3. Instrumentos y resoluciones
| Instrumento | Magnitud | Alcance | Resolución | Incertidumbre \(u\) |
|---|---|---|---|---|
| Control de campo | \(B\) | 0 – 1.00 T | 0.01 T | ±0.005 T |
| Regla / región | \(\Delta L\) | 0 – 10.0 cm | 0.1 cm | ±0.05 cm |
| Reóstato | \(R\) | 6.5 – 20.0 Ω | 0.1 Ω | ±0.05 Ω |
| Amperímetro (aguja) | \(I\) | 0 – 1.00 A | 0.02 A | ±0.01 A |
| Medidor de fuerza (aguja) | \(F\) | 0 – 0.100 N | 0.002 N | ±0.001 N |
La incertidumbre de lectura se toma como la mitad de la división mínima de la escala del instrumento.
4. Procedimiento sugerido
- Con el interruptor abierto, fija \(B\), \(\Delta L\) y \(R\) en los valores que te indique tu plan de trabajo.
- Cierra el interruptor y espera a que las agujas se estabilicen.
- Lee la intensidad de corriente en el amperímetro y la fuerza en el medidor; en modo Evaluación deberás interpretar las escalas de aguja.
- Captura la pareja de lecturas en la pestaña Registro.
- Repite variando una sola magnitud por serie (primero \(R\) → \(I\); luego \(B\); luego \(\Delta L\)).
- Analiza la proporcionalidad en la pestaña Gráfica y redacta el Informe.
5. Nota sobre el simulador de referencia
Esta app corrige un defecto del simulador original de Explerify: aquel mostraba en el medidor la cantidad \(F/100 + 0.02\) (mezcla de escalas y una tara no documentada), no la fuerza física. Aquí el medidor indica directamente la fuerza de Ampere \(F_{\mathrm{m}} = B\,I\,\Delta L\) en newtons.
6. Referencias
Alvarado Lemus, J. A., Valdés Castro, P., & Varela Nájera, J. B. (2011). Electromagnetismo: Bachillerato universitario (2.ª ed.). Once Ríos Editores.
Serway, R. A., & Jewett, J. W. (2019). Física para ciencias e ingeniería (10.ª ed., Vol. 2). Cengage Learning.
Young, H. D., & Freedman, R. A. (2018). Física universitaria con física moderna (14.ª ed., Vol. 2). Pearson Educación.
Registro de datos
Para capturar una fila el interruptor debe estar cerrado (ON). Escribe tus lecturas del amperímetro y del medidor de fuerza; la app las compara con el valor real del estado del simulador.
| # | \(B\) (T) | \(\Delta L\) (m) | \(R\) (Ω) | \(I\) alumno (A) | \(I\) real (A) | \(F\) alumno (N) | \(F\) real (N) | Eval. |
|---|
Informe de práctica
Genera un borrador en Markdown con tus datos registrados; complétalo con tu análisis y conclusiones.