UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA Y SISTEMAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA LABORATORIO DE FISICA III INFORME INFO RME N° N°01 01 TEMA: TEMA: CAMPO MAGNETICO DE UN IMAN PERMANENTE PRESENTADO POR:
APAZA TAPIA THOMAS EDWARD (105137)
SEMESTRE: TERCERO GRUPO: 302
Puno, 24 de mayo del 2012
CAMPO MAGNÉTICO DE UN IMÁN PERMANENTE I.
OBJETIVOS: Estudiar cómo cambia la intensidad del campo magnético producido por un imán permanente en función de la distancia IMAN PERMANENTE Se define un imán permanente como el objeto que no puede producir un campo magnético exterior y atraer al hierro. Todos los imanes tienen un polo norte y un polo sur que podemos identificar con una simple brújula. Teniendo en cuenta que la aguja de la brújula apunta hacia el polo norte magnético de la tierra, es decir, cuando acercamos un imán permanente a una brújula, la aguja apuntara hacia el polo norte del imán permanente.
Hay noticias de observaciones de fenómenos magnéticos por parte de los griegos desde hace ya cerca de 2500 años: cierto mineral (conocido como magnetita) tenía la propiedad de atraer piezas de hierro, y existen referencias escritas del uso de imanes en la navegación que datan del siglo XII. Antes de que se comprendiera la relación entre las interacciones magnéticas y las cargas en movimiento, las interacciones de los imanes permanentes entre sí y con otros objetos que describían en términos de polos magnéticos. Por analogía con las interacciones eléctricas, describimos las interacciones afirmando que un imán permanente origina un campo magnético en el espacio que lo rodea, y los otros cuerpos responden a esos campos, una aguja de brújula tiende a alinearse con el campo magnético en la posición de la aguja. II.
APLICACIONES
1. Conversion de energia mecaniaca en electrica: magneto generadores y alternadores. 2. Conversion de energia electrica en mecanica: motores, parlantes, actuadores. 3. Uso de fuerzas atraccion/repulsion: separadores magneticos. 4. Control, forma y direccion de haces de electrones o de iones: tubos de rayos catodicos enfocados por imanes, magentrones, bombas ionicas. 5. Brujulas. 6. Acelerador de electrones (proyecto del CERN).
III. -
EQUIPOS REQUERIDOS interfaz Science Workshop Sensor de campo magnético Regla o cinta métrica Imán permanente Escuadra
IV.
CUESTIONARIO
Campo magnético como función de la distancia del imán 1. El concepto de polos magnéticos parece similar al de carga eléctrica (con el que Ud. Ya se encuentra familiarizado). ¿esta analogía puede desarrollarse en forma completa, o existen diferencias entre ambos conceptos? Existen diferencias con el más importante es: el campo eléctrico se puede aislar con pantallas a tierra o mallas de faraday, sin embargo el campo magnético no se puede aislar, la única barrera que podemos poner a un campo magnético es la distancia.
2. Dibuje y explique las interacciones que ocurren entre dos imanes permanentes que están próximos el uno con el otro.
Se llama interacción magnética dipolar a la interacción entre dos momentos magnéticos . En mecánica cuántica se puede dar entre momentos magnéticos de espín, pero es el mismo fenómeno que el que tiene lugar entre dos imanes macroscópicos y se rige por las mismas reglas. En términos simples, los polos opuestos se atraen y los del mismo signo se repelen.
3. Mencione un tipo de material con el que se pueden fabricar imanes permanentes e indique sus principales características . Materiales Magnéticos Existen unos cuantos materiales que son magnéticos de forma natural, o que tienen el potencial de convertirse en imanes. Algunos de estos materiales son: hierro hematita magnetita gases ionizados, (como el material del que están hechas las estrellas )
La magnetita: es un mineral de hierro constituido por óxido ferroso-diférrico (Fe 3O 4 ) que debe su nombre de la ciudad griega de Magnesia . Su fuerte magnetismo se debe a un fenómeno de ferrimagnetismo
Su característica fundamental es la del magnetismo. Su microestructura cristalográfica es uniforme y regular, desarrollando un crecimiento en agregados radiales o columnares desde el núcleo.
4. ¿Qué es temperatura curie? Se denomina temperatura de Curie (en ocasiones punto de Curie ) a la temperatura por encima de la cual un cuerpo ferromagnético pierde su magnetismo, comportándose como un material puramente paramagnético. Las temperaturas a las cuales los materiales magnéticos se convierten en no magnéticos son: Cobalto 1127 ºC Hierro 768 ºC Níquel 357 ºC Gadolinio 17 ºC
5. A partir de los datos tomados realice una tabla como la que se muestra. Sugerencia: obtenga estos valores arrastrando los datos de la intensidad de campo magnético vs. Posición hacia la opción tabla en la ventana de pantallas. Distancia(cm) 0.5 1.0 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5
B norte (gauss) 89 58 40 28 20 15 12 9 8 6 5 4 4
B sur (gauss) -47 -32 -23 -18 -14 -11 -10 -8 -6 -6 -5 -5 -4
6. ¿Qué relación debería existir entre las intensidades de campo magnético medidas para cada polo? ¿se cumple la relación? Justifique las semejanzas o discrepancias encontradas.
Como se puede observar en la figura anterior la relación es simétrica en ese caso se justifica que la relación de la intensidad de campo magnético es simétrica en cada punto.
7. Realice un gráfico de Baxial vs. Distancia, proponga y discuta con su instructor un modelo que explique el comportamiento observado.
Grafica obtenida por medio de la medición AXIAL (Las preguntas referidas a las componentes radiales del campo magnético solo son aplicables en los casos en los que fue realizada esta medida opcional.) 8. Realice un gráfico de Bradial vs. Distancia , proponga y discuta con su instructor un modelo que explique el comportamiento observado.
Grafica por medio de la medicion RADIAL Para cada caso de la variación en la componente axial es que la intensidad del campo magnético disminuya a medida que se aleja del imán
9. Haga un esquema del vector de campo magnético en cada posición usando los valores de las componentes axial y radial de un extremo a otro del imán.
El campo magnético producido por un imán, se aproximará a la suma vectorial de los campos producidos por un par de cargas puntuales magnéticas o minipolos situados en sus extremos.
10. ¿Por qué el imán distorsiona la pantalla del monitor? La pantalla se reviste por una serie de franjas verticales y paralelas entre sí de material fosforescente. Una franja es roja, la contigua, verde y la siguiente, azul; siempre se repite el mismo patrón. Dentro del tubo de imagen se halla el cañón de electrones, dispositivo que contiene tres tubos –uno para cada color básico –, que generan haces de electrones. Cada uno de éstos impacta sobre las franjas del color que le corresponde. Los electrones realizan un barrido de la pantalla, excitando el material fosforescente. Si acercamos un imán a la pantalla, su campo magnético desvía la trayectoria de los electrones, que impactan en zonas donde no deberían hacerlo. El resultado es una imagen distorsionada.
11. ¿Qué es la ferrita? La ferrita o hierro- α (alfa) es, en metalurgia una de las estructuras cristalinas del hierro . Cristaliza en el sistema cúbico centrado en el cuerpo (BCC) y tiene propiedades magnéticas . Se emplea en la fabricación de: imanes permanentes aleados con cobalto y bario ; en núcleos de inductancias y transformadores con níquel , zinc o manganeso , ya que en ellos quedan eliminadas prácticamente las Corrientes de Foucault . Usos: Los primeros ordenadores estaban dotados de memorias que almacenaban sus datos en forma de campo magnético en núcleos de ferrita, los cuales estaban ensamblados en conjuntos de núcleos de memoria. El polvo de ferrita se usa también en la fabricación de cintas para grabación ; en este caso, el material es trióxido de hierro.
12. Mencionen imanes de tierras raras y mencione sus aplicaciones Neodimio Compuesto de Neodimio (Nd) - Hierro (Fe) - Boro (B). Excelentes valores magnéticos con relación a su masa. Apropiado para montajes que requieren miniaturización. Según el proceso de fabricación pueden ser sinterizados o bonded. Cobalto-Samario Compuesto por Cobalto (Co) - Samario (Sm). Importantes valores magnéticos aunque sensiblemente inferiores al Neodimio Sinterizado en cuanto a la calidad. Bajo demanda se pueden suministrar diferentes dimensiones. Características
Alta inducción y fuerza coercitiva. (Cobalto-Samario). Materias primas sujetas a fluctuaciones de valor al ser consideradas estratégicas. Dificultad de mecanizado por su fragilidad. Baja resistencia a la oxidación. (Neodimio). Escasa resistencia a temperaturas elevadas. A causa de sus altos valores magnéticos, pueden ser de muy reducidas dimensiones, lo cual les da utilidad en aplicaciones imposibles para otros materiales magnéticos. (Cobalto-Samario). Muy estable a alta temperatura (250º C). (Neodimio). Buen precio con relación a sus prestaciones.
Principales aplicaciones
Filtros magnéticos Instrumental de precisión Motores Sensores
Riesgos La gran fuerza ejercida por los imanes de tierras raras creó riesgos que no habían sido vistos con otros tipos de imanes. Imanes mayores que unos pocos centímetros son suficientemente fuertes para causar lesiones a las partes del cuerpo atrapadas entre dos imanes o entre un imán y una superficie metálica, causando incluso huesos rotos .5 Los imanes que se colocan muy cerca uno del otro pueden golpearse con suficiente fuerza para astillar y hacer pedazos el material quebradizo, y las astillas que vuelan pueden causar lesiones.
13. ¿Qué es la levitación magnética? La levitación magnética, también conocida por su acrónimo inglés Maglev, es un método por el cual un objeto es mantenido a flote por acción únicamente de un campo magnético . En otras palabras la presión magnética se contrapone a la gravedad . Cabe decir que cualquier objeto pueder ser levitado siempre y cuando el campo magnético sea lo suficientemente fuerte . El teorema de Earnshaw demuestra que utilizando únicamente el ferromagnetismo estático es imposible hacer a un objeto levitar establemente contra la gravedad, pero el uso de materiales diamagnéticos , servomecanismos o superconductor hacen posible dicha levitación. Las aplicaciones más comunes de la levitación magnética son los trenes Maglev , el rodamiento magnético , y la levitación de productos para su exposición. En un futuro, y si llegamos a controlar la fusión nuclear , otra utilidad de la levitación magnética podría ser la levitación del plasma. Esta sería la única manera posible ya que los millones de grados a los que ocurre este fenómeno derretirían cualquier contenedor.
14. ¿Qué son materiales diamagnéticos, paramagnéticos y ferromagnético? Materiales diamagnéticos: Las sustancias, en su gran mayoría, son diamagnéticas, puesto que todos los pares de electrones con espín opuesto contribuyen débilmente al diamagnetismo, y sólo en los casos en los que hay electrones desparejados existe una contribución paramagnética (o más compleja) en sentido contrario. Algunos ejemplos de materiales diamagnéticos son: el bismuto metálico, el hidrógeno , el helio y los demás gases nobles , el cloruro de sodio , el cobre , el oro , el silicio , el germanio , el grafito , el bronce y el azufre . Nótese que no todos los citados tienen número par de electrones.
Materiales paramagnéticos: El paramagnetismo se produce cuando las moléculas de una sustancia tienen un momento magnético permanente. El campo magnético externo produce un momento que tiende a alinear los dipolos magnéticos en la dirección del campo. La agitación térmica aumenta con la temperatura y tiende a compensar el alineamiento del campo magnético. En las sustancias paramagnéticas la susceptibilidad magnética es muy pequeña comparada con la unidad. En el programa interactivo de esta página, experimentaremos con un modelo de sustancia paramagnética consistente en un número pequeño, pero suficiente de iones. Distinguiremos entre el comportamiento individual de cada ión y el comportamiento de la muestra en su conjunto.
Materiales ferromagnéticos Los materiales ferromagnético, compuestos de hierro y sus aleaciones con cobalto, tungsteno, níquel, aluminio y otros metales, son los materiales magnéticos más comunes y se utilizan para el diseño y constitución de núcleos de los transformadores y maquinas eléctricas. En un transformador se usan para maximizar el acoplamiento entre los devanados, así como para disminuir la corriente de excitación necesaria para la operación del transformador. En las maquinas eléctricas se usan los materiales ferromagnéticos para dar forma a los campos, de modo que se logren hacer máximas las características de producción de par. Estos materiales han evolucionado mucho con el paso del tiempo lo que implica más eficiencia, reducción de volúmenes y costo, en el diseño de transformadores y maquinas eléctricas .
15. Que son materiales magnéticos blandos y materiales magnéticos duros? Los materiales magnéticos blandos ; son aquellos que, cuando cesa el campo magnético inductor dejan de comportarse como imanes. Los materiales magnéticos duros; siguen comportándose como imanes cuando cesa el campo inductor. Mas técnicamente, los lazos de histéresis, son muy amplios en los duros y estrechos en los blandos, es decir los materiales magnéticos duros tienen un elevado Magnetismo Remanente y exigen una fuerte inducción magnética para desimanarse. Todo lo contrario en los materiales magnéticos blandos.
16. ¿Existen los monopolos magnéticos? ¿cuáles han sido los resultados de detectarlos? ¿Qué consecuencias traería su detección para la física, la explicación del origen del universo y para su vida? Hasta ahora todos los intentos de crear un monopolo magnético en aceleradores de partículas han sido poco claros. Pero hay publicaciones como esta; La investigación , llevada a cabo en el Centro de Nanotecnología de Londres, es la primera que hace uso de los monopolos magnéticos que sólo existen en un material cristalino llamado hielos de espín . Según los científicos, lograron demostrar que los monopolos se juntan para formar una "corriente magnética" similar a la electricidad. El equipo, dirigido por Stephen Bramwell, implantó estos muones en hielo de espín para demostrar la forma como los monopolos magnéticos se mueven. Demostraron que cuando el hielo de espín es colocado en un campo magnético, los monopolos se acumulan en un lado, justo como se acumularían los electrones cuando se les coloca en un campo eléctrico Un monopolo magnético es una partícula hipotética que consiste en un imán con un solo polo magnético . La idea la planteó Paul Dirac en 1931 y con ella se podría explicar la cuantización de la carga eléctrica. Con los monopolos magnéticos, además, se pueden escribir las ecuaciones de Maxwell de forma completamente simétrica ante un intercambio de las cargas magnéticas y eléctricas.
Un campo magnético tiene siempre asociados dos polos magnéticos (norte y sur), al igual que un imán. Si se corta un imán en dos partes, cada una tendrá a su vez dos polos magnéticos. Si se sigue el proceso hasta tener únicamente un electrón girando en una órbita, el campo magnético que genera tiene, también, dos polos. Por tanto, clásicamente, los monopolos no existen.
V.- CONCLUSIONES
El decubrimiento de la fuerza del campo magnetico tiene actualmente muchas aplicaciones en nuestro entorno actual dado que su uso esta en los mas sofisticados aparatos actuales. Seria muy bueno conocer y entender todas sus propiedades que tiene estos materiales y sus caractaristicas internas de las cuales ya se habla el surgimiento de nuevas energia renobables . VI BIBLIOGRAFIA
www.google.com/campomagneticodeuniman www.wikipedia.com/iman http://en.wikipedia.org/wiki/Magnet#Permanent_magnets http://en.wikipedia.org/wiki/Magnet#Permanent_magnets Humberto leyva naveros – electrostatica y magneticos
