Laboratorio de deflexión magnética

Magnetic Deflection Lab

Laboratorio interactivo con brújula para modelar B = K/rⁿ, linealizar datos en escala log-log y calcular incertidumbres mediante derivadas parciales.

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Configuración del experimento

Bx = 30.0 uT

Regla con división mínima de 1 mm: use 0.10 cm. Lab formal OFF usa incertidumbre instrumental = división mínima / 2; Lab formal ON usa incertidumbre estándar = división mínima / √12.

Simulación del montaje

B = 17.3 uT
N Bx Tierra / Earth field N centro S N E S W mitad del imán 0 cm 20.0 cm θ = 30.0° Polo N hacia la brújula

Resultados principales

ModeloB = A / rn
Exponente n--
R²--
Predicción--
En grosor/2--
Comparación n=3--
Muestras0
u regla / u ángulo--
Bimán = Bx,tierra tan(θ),   u(B)=√[(tan(θ)u(Bx))² + (Bx sec²(θ)u(θ))²]

Si θ = 45°, tan(θ)=1 y el campo del imán iguala a Bx de la Tierra en esa distancia.

Fundamento teórico y límites del método

Ley tangente

La brújula queda en la dirección del campo resultante. Si el campo del imán es perpendicular al campo horizontal terrestre, entonces tan(θ)=Bimán/Bx y Bimán=Bx tan(θ).

Bimán = Bx tan(θ)

Modelo B = K/rⁿ

Los datos se linealizan con logaritmos: ln(B)=ln(K)-n ln(r). La pendiente de la recta es m=-n. Para un dipolo magnético ideal y suficientemente lejano, se espera n≈3.

ln(B/1 uT)=ln(K)-n ln(r/1 cm)

Barras de error y resolución del eje

No confunda dos cosas: las barras de error de cada punto son δX=δr/r y δY=δB/B; pero en A5, δeje_x y δeje_y salen de la escala dibujada: δeje = menor división visual / 2.

δX = δr/r,   δY = δB/B

Escalas para el gráfico

Elija mínimos y máximos que cubran todos los puntos, deje un margen pequeño y use divisiones uniformes. Ejemplo: si cada división pequeña del eje X vale 0.02, entonces δeje_x = ±0.01.

Límite de dipolo

  • El modelo de dipolo funciona mejor cuando la distancia es mucho mayor que el grosor del imán: d ≫ grosor.
  • Cerca del imán, la geometría real importa; por eso la predicción a 1 cm puede tener más error que una medición lejana.
  • No se debe interpretar K como una constante universal del imán; depende del montaje y del eje de medición.

Límite angular

  • Para θ mayor que 70°, tan(θ) crece muy rápido y una pequeña lectura angular produce una gran variación en B.
  • La sensibilidad viene de ∂B/∂θ=Bx sec²(θ); cuando θ aumenta, sec²(θ) también aumenta.
  • Para mejores datos escolares, use puntos entre 5° y 55° y evite campos metálicos o eléctricos cercanos.

Datos medidos y calculados

# d cara (cm) theta (°) r efectivo (cm) B (uT) u(B) (uT) u rel (%) ln(r) ln(B) Acción

Gráfica y curva ajustada

B vs r

El punto amarillo mueve solo la distancia de predicción; la curva roja cambia solo si modifica o graba datos experimentales.

Informe técnico

Ver cálculos paso a paso

Hoja 1: modelo físico

Hoja 2: incertidumbre

Tabla de predicción 0.25-10 cm

Desde el ajuste
d cara (cm) r efectivo (cm) B (uT) u(B) (uT) u rel (%)

Gráfica linealizada

ln(B) vs ln(r)