“Año de la Promoción de la Industria Responsable y del Compromiso Climático”
UNIVERI!A! NACI"NA# !E E!UCACI$N “ENRI%UE &U'()N * VA##E”
+ACU#,A!-
AGROPECUARIA Y NUTRICIÓN.
EPECIA#I!A!-
DESARROLLO DESARROL LO AMBIENTAL.
AI&NA,URA-
FÍSICA GENERAL.
,E(A-
»ELECTROIMÁN«
!"CEN,E-
ING. GUILLERMO ATENCIA GUERRA.
IN,E&RAN,E-
COQUEL CAT CATASHUNGA DEYSI LISET. LISET.
DÍAZ SAMANIEGO SAMANIE GO BETSY B ETSY.. GÓMEZ LLALLIRE LL ALLIRE LAUR L AURA A ALEJANDRA. ALEJANDRA.
CIC#"ECCI$N-
II “G3
“./01”
DEDICATORIA Este presente trabajo está dedicado a nuestros padres que que día a día nos apoyan apoyan y a todo el público lector que lo lea.
INDICE Introducción Justificación Objetivos 1
Hist Histor oria ia del del elec electr troi oimá mán n
2. clases de electroimanes 1.2.1 1.2. 1 Elec Electro troima imane ness de C.C C.C 1.2. 1. 2.2 2 El Elec ectro troima imane ness de C.A C.A 2 Ventaj ntajas as del del Ele Elect ctro roim imán án !sos del Ele Electro ctroim imán án " Elec lectroi troimá mán n Cas Caser ero o ".1 Como elaborar el electroimán # $uncionamiento de un un electroimán electroimán % Conclusiones
INTRODCCION !n electro electroimán imán es es un ti&o de de imán imán en en el 'ue el cam&o ma(n)tico se ma(n)tico se &roduce mediante el flujo de una corriente el)ctrica* el)ctrica* desa&areciendo en cuanto cesa dic+a corriente. $ue inventado &or el electricista británico ,illiam -tur(eon en -tur(eon en 12# 12#.. El &rimer electroimán era un tro/o de +ierro con forma de +erradura envuelto &or una bobina enrollada sobre )l. -tur(eon demostró su &otencia levantando " 0( con un tro/o de +ierro de 2 ( envuelto en cables &or los 'ue +i/o circular la corriente de una batera. -tur(eon &oda re(ular su electroimán* lo 'ue su&uso el &rinci&io del uso de la ener(a el)ctrica en má'uinas 3tiles 4 controlables* establ establec ecien iendo do los cimien cimientos tos &ara &ara las comuni comunicac cacion iones es electr electróni ónicas cas a (ran (ran escala. 5a corriente 6I7 flu4endo &or un cable &roduce un cam& cam&o o ma(n ma(n)t )tic ico o 687 687 en torn torno o a )l. )l. El cam&o se orienta se(3n la re(la de la mano derec+a.. El ti&o más sim&le de electroimán es derec+a un tro/ tro/o o de cable enrollado enrollado.. !n bobin obina a con con forma de tubo recto 6&arecido a un tornillo tornillo77 se llama solenoide solenoide** 4 cuando además se curva de forma 'ue los e9tremos coincidan se denomina toroide toroide.. :ueden &roducirse cam&os ma(n)ticos muc+o más fuertes si se sit3a un n3cleo n3cleo de de material &arama(n)tico &arama(n)tico o o ferroma(n)tico ferroma(n)tico6normalmente 6normalmente +ierro dulce7 dulce7 dentro de la bobina. El n3cleo concentra el cam&o ma(n)tico* 'ue &uede entonces ser muc+o más fuerte 'ue el de la &ro&ia bobina. 5os cam&os ma(n)ticos (enerados &or bobinas de cable se orientan se(3n la re(la de la mano derec+a. derec+a . -i los dedos de la mano derec+a se cierran en torno a la dirección de la corriente 'ue circula &or la bobina* el &ul(ar indica la dirección del cam&o dentro de la misma. El lado del imán del 'ue salen las lneas del cam&o se define como &olo norte. Electroimán -e &ueden encontrar electroimanes en numerosas a&licaciones de la vida cotidiana* desde rel)s 'ue &ermiten controlar circuitos* +asta (randes (r3a (r3ass &ara &ara car( car(ar ar c+at c+atar arra ras. s. Cuan Cuando do se tien tienen en car( car(as as el)c el)ctr tric icas as en movimiento* a&arece asociado un cam&o ma(n)tico* 'ue es de la misma naturale/a 'ue los 'ue &ro&orcionan los imanes &ermanentes. 5a ;ierra tiene su &ro&io cam&o ma(n)tico 'ue es ca&a/ de orientar a las br3julas. 5as br3julas no son más 'ue &e'ue
!"TI#ICACI$N%
E9isten en el ámbito cientfico* industrial 4 domestico infinidad de a&aratos 4 dis&ositivos 'ue em&lean electroimanes con diversas finalidades. :or esta ra/ón es im&ortante 'ue el alumno cono/ca &or e9&erimentación 'ue es un electroimán* como funciona 4 'ue caractersticas tiene.
O&!ETI'O"%
Anali/ar los diferentes elementos elementos 'ue +ace 'ue 'ue un objeto metálico como lo es un clavo se convierta en un imán. Anali/ar cuál es la función función de la &ila en el sistema 4 cuál cuál es su im&ortancia en el voltaje. Conocer 'ue +a4 una fuer/a ma(n)tica asociada a toda corriente el)ctrica 'ue &asa &or el alambre. Construir un electroimán a &artir de materiales sencillos 4 conocer el efecto de inducción ma(n)tica 'ue se &roduce &or medio de la corriente el)ctrica. =emostrar como la ener(a el)ctrica se &uede transformar en ener(a ma(n)tica.
(istoria del electroi)án El &rime merr ele lecctroimán en el mund mu ndo* o* 'u 'ue e ,il ,illiliam am -t -tur ur(e (eon on e9+ibió el 2 de ma4o de 12# en la -o -occie ied dad 8ri ritá tán nic ica a de Oficios* era una barra la'ueada de +ierro de cm de lar(o 4 1* cm de diá iám met etro ro** do dobl bla ada en forma de +erradura 4 cubierta de una ca&a de alambre de cobre no aislado. -e alimentaba de una fuente 'umica. :esaba 2 (r* sosteniendo en sus&ensión % (r. Era muc+o más &otente 'ue los imanes naturales de i(ual &eso &or lo 'ue fue un lo(ro admirable &ara a'uellos tiem&os. Joule Joul e 6e 6en n cu cu44o +o +ono norr se de deno nomi minó nó la un unid idad ad de en ener er( (a7 a7** di disc sc& &ul ulo o de -tur(eon* +aciendo e9&erimentos con el &rimer imán de su maestro* lo(ró aumentar la fuer/a de sustentación +asta 2 0(. Ese acontecimiento tuvo lu(ar en el mismo a
12#. -tur(eon no estaba dis&uesto a &erder la &rimaca en la e9&lotación de su invento 4 comen/ó una carrera &or la fabricación del electroimán más &otente. En 1* &or su encar(o* se fabricó un electroimán ca&a/ de levantar ## 0(. :ara a'uel tiem&o a&areció en ultramar un adversario mu4 serio de -tur(eon. En abri ab rill de 1 11 1** He Henr nr44* &r &rof ofes esor or de la !niversidad de ?ale 6en cu4o +onor se deno de nomi minó nó la un unid idad ad de in indu duct ctan anci cia7 a7** constr con stru4ó u4ó un ele electr ctroim oimán án 'u 'ue e &es &esab aba a 0( 4 levantaba 1 t* a&ro9imadamente. ;odos a' a'ue uellllo os ima man nes es** se se(3 (3n n su dise di se un tubo de acero de &aredes (ruesas cortado a lo lar(o del eje &or debajo del diámetro. 5a fuer/a de sustentación de ese imán resultó mu4 (rande> siendo el &ro&io imán bastante com&acto* levantaba 1* t.
Al mismo tiem&o* Joule dise<ó un imán de construcción absolutamente nuevo> la car(a 'ue se atraa estaba sometida a la acción no de dos &olos* como siem&re* sino de muc+os más* lo 'ue &ermitió aumentar considerablemente la sustentación. Ese imán &esaba #*# 0( 4 mantena en sus&ensión 1*2 t. 5o 5oss el elec ectro troima imane ness a& a&ar arec ecie iero ron n en (r (ran an n3me n3 mero ro en la labo bora rato tori rios os f fsi sico cos* s* sa salo lone ness aris ar isto tocr crá áti ticcos 4 con onssultlto ori rios os m) m)d dic icos os.. Em&e/aron a utili/arlos incluso en fábricas de confección 6en las má'uinas7 4 en -ociedades filarmónicas 6como elemento del @ór(ano ma(n)tico@7. En 1% los imanes se utili/aban 4a am&liamente &ara el accionamiento de telares Jac'uard 4 el &un/onado de orificios en &lacas metálicas. :oco des&u)s de +aberse construido unos cuantos (randes imanes más 4 todos se +ubieran convencido de 'ue eran &otentes* se(uros* com&actos 4 cómodos* se &ro&uso utili/ar los electroimanes &ara levantar &ie/as de +ierro 4 de acero en fábricas metal3r(icas 4 de ma'uinado de metales. En Busia* la -ociedad de tranvas de caballo 4 ómnibus utili/aba +asta la Bevolución imanes &ara lim&iar de clavos de +ierro la avena con 'ue se alimentaban los caballos. En Euro&a 4 Am)rica* los imanes se em&leaban am&liamente en molinos &ara la lim&ia del (rano. En los a
C*A"E" DE E*ECTROI+ANE" En los electroimanes se tiene 'ue distin(uir* inde&endiente de otras muc+as divisiones 'ue se &ueden +acer* dos &rinci&ales>
Electroimanes de C.C Electroimanes de C.A
E*ECTROI+ANE" DE CORRIENTE CONTINA En estos electroimanes el n3cleo ma(n)tico está construido de +ierro maci/o. Cuando &or la bobina del electroimán circula una corriente el)ctrica* esta crea en el n3cleo un flujo ma(n)tico* 'ue circula a trav)s del circuito ma(n)tico ad'uiriendo &ro&iedades ma(n)ticas ma(n)ticas 4 se com&orta como un imán natural. Al a&ro9imar al electroimán una &ie/a ferro ma(n)tico* el es&acio 'ue e9iste entre el electroimán 4 la &ie/a a atraer* denominado entre+ierro* se reduce rá&idamente &rovocando 'ue la inducción aumente tambi)n rá&idamente. Esto es debido al es&acio 'ue e9iste entre el electroimán 4 la &ie/a a atraer* las lneas de fuer/a 'uedan mu4 dis&ersas en el entre+ierro 4* &or tanto* circulan &ocas lneas de fuer/a. !na ve/ 'ue +a sido atrada la &ie/a &or el electroimán* el circuito ma(n)tico 'ueda saturado* &or lo 'ue la fuer/a de atracción es ma4or de la 'ue realmente es necesaria &or'ue todas las lneas de fuer/as se cierran &or el circuito del electroimán de la &ie/a 4a atrada> la bobina* &ues se &uede &ro4ectar &ara 'ue consuma menos corriente el)ctrica reduciendo as &arte de las es&iras de cobre 4 &or tanto tambi)n el costo del electroimán. En el caso de los contactores de C.C 6'ue son en realidad electroimanes de C.C7. C. C7.se se le co cone nect cta a en se seri rie e un una a re resi sist sten enci cia* a* de deno nomi mina nada da re resi sist sten enci cia a de economa* 'ue &ermite reducir la intensidad de la bobina* 4 &or lo tanto* la &otencia disi&ada una ve/ 'ue el circuito ma(n)tico está cerrado.
E*ECTROI+ANE" DE CORRIENTE A*TERNA Está fo Está form rmad ado o &o &orr un n3 n3cl cleo eo de c+ c+a& a&as as ma ma(n (n)t )tic icas as la lami mina nada dass de al alta tass &ermeabilidad ma(n)tica 4 bajo la fuer/a coercitiva* similares a las utili/adas en la construcción de transformadores 4 motores. Estas c+a&as están aisladas entre s ma(n)ticamente &ara reducir las &)rdidas &or corriente de $oucault. En el em&ilado la c+a&a ma(n)tica deben 'uedar mu4 unidas &ara evitar el /umbido de estas al vibrar.
Como 'u Como 'uie iera ra en el ca cale lent ntam amie ient nto o de dell n3 n3cl cleo eo ma ma(n (n)t )tic ico o es de debi bido do a la lass &erdidas en el +ierro del n3cleo ma(n)tico* conviene 'ue la sujeción de las c+a&as se realice con remac+es o &asadores mu4 finos 4 dis&uestos en las /onas donde el flujo más &e'ue
'ENTA!A" DE* E*ECTROI+AN El electroimán +a llevado a las invenciones 4 descubrimientos en la ener(a 4 la medicina 'ue son de lar(o alcance 4 mu4 mu 4 lejos &lenamente. -u &oder está limitado solo &or la ima(inación +umana* con consecuencias como una fuente renovable de ener(a &ara la &ro&ulsión del ve+culo 4 la tecnolo(a de imá(enes. Como utili/amos esta tecnolo(a en el futuro &uede ser la clave &ara la inde&endencia ener()tica 4 la vida tal ve/ más. Imanes como trabajadores com&onentes ma(n)ticos tienen una ventaja sobre los e'ui&os no ma(n)ticos dise
"O" DE* E*ECTROI+AN
-e usan en muc+as situaciones en las 'ue se necesita un cam&o ma(n)tico variable o rá&idamente. uc+as de estas a&licaciones im&lican la defleccion de +aces de &artculas car(adas* como en el caso de los ra4os catódicos 4 el es&ectrómetro de masa. 5os electroimanes son usados en muc+os de los interru&tores* siendo usados en los frenos 4 embra(ues electroma(n)ticos de los automóviles. En una cerradura el)ctrica funciona cuando se +a contestado el interfono* la &uerta &uede abrirse desde el &iso de arriba. !n electroimán tira del cerrojo &ara abrirlo. Cuando se desconecta* el cerrojo vuelve atrás. !na (r3a &ara c+atarra &uede levantar un coc+e entero* lo mueve a su &osición 4 se desconecta &ara soltarlo. ;ambi)n ambi)n &ara se&arar metales en c+atarreras 4 centros de reciclaje.
E*ECTROI+-N CA"ERO C$+O (ACER N E*ECTROI+-N CA"ERO/ C A"ERO/ +ateriales%
1 tornillo (rande. 2 &ilas (randes. Alambre de cobre. Cinta ad+esiva. Cli&s. C+inc+es.
0rocedi)iento% 1. Co(er el tornillo de +ierro 4 enrollar en )l el +ilo de cobre* de forma 'ue las vueltas 'ueden lo más a&retadas &osible. Han de estar juntas* sin montar unas sobre otras. =eja los e9tremos del tornillo libres* 4 unos # cm de +ilo libre antes de comen/ar a enrollar. 2. !na ve/ cubierto el tornillo # cm a&ro9imadamente* sujeta con cinta ad+esiva* enrolla de nuevo el +ilo 4 vuelve a cubrir con la cinta ad+esiva. . Be&ite la o&eración anterior 4 corta el +ilo* dejando libres unos # cm. ". !ne a la &ila los e9tremos libres a los dos +ilos sobrantes. #. A+ora &rueba a utili/ar el tornillo &ara levantar cli&s o c+inc+es* D'u) ocurre %. =esconecta los cables de la &ila 4 vuelve a intentarlo* D'u) sucede a+ora
E1plicaci,n% Al enrollar el +ilo de cobre al tornillo se +a fabricado un solenoide. Cuando se deja &asar la corriente el)ctrica* el solenoide 'ueda imantado instantáneamente 4 act3a como un imán. Cuando se desconecta* la imantación desa& esa&a arec rece* &er &ero el clav lavo +abrá abrá 'ue 'uedad dado li( li(erame ramen nte iman imanta tad do. 5a (ran ma4ora de los electroimanes están +ec+os con alambre enrollado* es decir con solenoides. !na barra de +ierro en el interior aumenta el &oder del electroimán. !n conductor el)ctrico crea a su alrededor un cam&o ma(n)tico* cuando circula la corriente a trav)s de )l.
#NCIONA+IENTO DE* E*ECTROI+AN El material del n3cleo del imán se com&one de &e'ue
CONC*"IONE" -i &ulsamos el interru&tor el electroimán se com&ortara como un imán 4 atrae a las cosas metálicas. Como tambi)n +a4 ma'uinas 'ue funcionan i(ual* como el timbre de una casa 4 el &ortero automático. En esta &ráctica 'ue se reali/o nuestro (ran objetivo fue demostrar cómo se (ene (enera ra una una corri corrien ente te el)c el)ctr tric ica* a* &ero &ero a trav trav)s )s de 'ue 'ue real reali/ i/am amos os nues nuestr tro o electroimán* se em&e/ó a anali/ar al(unas investi(aciones sobre este tema entonces &udimos observar 'ue la idea de nuestro electroimán era semejante al de un solenoide 4 e9actamente cuando se reali/o 4 se &uso en &ráctica tubo e9actamente la misma función reali/ada &or una bobina solenoide* as 'ue mi conclusión fue 'ue nuestro electroimán era una bobina solenoide con n3cleo de aire* 4 al conectarlo con una &ila creo un cam&o ma(n)tico más intenso 'ue el 'ue se ori(ina en el conductor normal de un circuito el)ctrico cual'uiera cuando se encuentra e9tendido* sin formar es&iras. A esa misma bobina le introducimos un tro/o de metal como el +ierro 'ue fue un clavo* ese n3cleo* a+ora metálico* &rovoco 'ue se intensifi'ue el cam&o ma(n)tico 4 actuará como un imán el)ctrico 6o electroimán7* con el 'ue se &odan &odan atraer diferentes diferentes objetos metálicos metálicos como lo fueron los cli&s* durante durante todo el tiem&o 'ue la corriente el)ctrica se mantuvo circulando &or las es&iras del enrollado de alambre de cobre. Cuando el flujo de corriente el)ctrica 'ue circulaba a trav)s del enrollado de cobre* el ma(netismo debió desa&arecer de inmediato* as como el efecto de atracción ma(n)tica 'ue ejerca el n3cleo de +ierro sobre los cli&s. :ero la conclusión final del del &or 'u) no sucedió sucedió fue &or'ue esto no siem&re sucede sucede as* &or'ue de&ende en (ran medida de las caractersticas del metal de +ierro 'ue se +a4a em&leado como n3cleo del electroimán* &ues en al(unos casos 'ueda lo 'ue se denomina @ma(netismo remanente@ &or un tiem&o más o menos &rolon &rolon(ad (ado o des&u) des&u)ss de +abers +aberse e interr interrum& um&ido ido totalm totalment ente e el sumini suministr stro o de corriente el)ctrica.
RE#ERENCIA" &I&*IO2RA#ICA"
5ibro> electroimanes escrito &or anuel anuel Flvare/ :ulido +tt&>GGelectroimn.blo(s&ot.comG +tt&>GGalan(oa.blo(s&ot.comG2G11 +tt&>GGalan(oa.blo(s&ot.comG2G11Gelelectroiman.+tml Gelelectroiman.+tml
