CORPORACION UNIVERSITARIA DE COMFACAUCA
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICA II
LABORATORIO MAGNETISMO Y ELECTROMAGNETISM ELECTROMAGNETISMO O
DOCENTE
EDGAR MATALLANA
INTEGRANTES
LAURA ERAZO WILLIAN FERNANDO ACOSTA JORGE IVAN VIVEROS
Santander De Quilichao, cauca 15 de Mayo de 2016
INTRODUCCIÓN Para incorporarnos en el maravilloso mundo de las Máquinas Eléctricas es fundamental conocer diferentes fenómenos naturales muy sencillos que hacen que funcionen muchos de los aparatos que ahora conocemos tanto en la industria como en el hogar. El magnetismo tiene que ver con fenómenos de atracción y repulsión que se presentan con los imanes y con los materiales ferromagnéticos, y el electromagnetismo con fenómenos magnéticos que aparecen cuando los conductores y bobinas son recorridos por una corriente eléctrica. El estudio de estas dos ciencias es importante, ya que aprovechando estos fenómenos se pueden construir electroimanes, transformadores, motores, generadores de electricidad como las dinamos y alternadores, altavoces, relés y contactores, cerraduras electromagnéticas, cocinas de inducción, detectores de metales, electroválvulas electroválvulas y un sin fín más de aplicaciones.
ABSTRACT
Join us in the wonderful world of electric machines is essential to learn different simple natural phenomena that make many of the devices that we now know both in industry and in the home work. Magnetism has to do with phenomena of attraction and repulsion that occur with magnets and ferromagnetic materials, and Electromagnetism with magnetic phenomena that appear when the wires and coils are traversed by an electric current. The study of these two Sciences is important, since taking advantage of these phenomena You can build electromagnets, transformers, motors, generators of electricity as the dynamos and alternators, speakers, relays and contactors, electromagnetic locks, induction, metal detectors, solenoid valves and an endless application.
MARCO TEORICO IMANES Si tomamos un imán e intentamos acercar diferentes objetos metálicos, podremos observar que éste atrae con fuerza sólo aquellos objetos que sean de hierro o de acero. Este fenómeno también se da con el níquel y el cobalto. A estos materiales que son susceptibles de ser atraídos por un imán se les conoce por el nombre de materiales ferromagnéticos. Las aplicaciones de los imanes son muy variadas, ya que con ellos se pueden producir fuerzas mecánicas considerables. Así, por ejemplo se pueden utilizar como separadores magnéticos que separan materiales magnéticos de no magnéticos. Otras aplicaciones de los imanes son: pequeñas, micrófonos, altavoces, aparatos de medida analógicos y pequeños motores eléctricos de C.C. Polos de un imán Si depositamos una cantidad de limaduras de hierro sobre un imán recto como el de la Figura 1, podremos observar que aparece una mayor concentración de éstas en los extremos del imán. A su vez también se puede comprobar cómo esta concentración disminuye hacia el centro, hasta desaparecer prácticamente en el centro. A las zonas donde se produce la mayor atracción se las denomina polos magnéticos. A la zona donde no hay atracción se la denomina línea neutra.
Brújula Una brújula es una aguja imantada que puede girar libremente en su eje central (Figura 2). Si dejamos girar libremente a la aguja imantada de una brújula, ésta se orientará siempre con un extremo hacia el polo norte terrestre y el otro hacia el sur. De aquí proviene el nombre de los polos de un imán. Al extremo de la aguja que se orienta hacia el norte geográfico terrestre se le denomina polo norte, y al otro polo sur. (Figura 3).
Clases de imanes En la naturaleza se pueden encontrar imanes naturales, como la magnetita, que poseen ciertas propiedades magnéticas. Ahora bien, si lo que deseamos es potenciar dichas propiedades se pueden fabricar imanes artificiales a partir de substancias ferromagnéticas. A su vez los imanes artificiales, o substancias magnetizadas, dependiendo del tipo de substancia utilizada, una vez magnetizados pueden mantener durante largo tiempo sus propiedades magnéticas (imanes permanentes) o sólo cuando están sometidos a la acción de un campo magnético (imanes temporales). Como ejemplo de imanes temporales tenemos al hierro puro y como imán permanente al acero. Mediante una sencilla experiencia se puede comprobar cómo al acercar un trozo de acero (por ejemplo un destornillador) a un imán, queda magnetizado, apreciándose sus propiedades de atracción aunque retiremos el imán de dicho trozo de acero. Sin embargo, si utilizamos un trozo de hierro para la experiencia (por ejemplo un clavo de hierro), éste manifiesta propiedades de atracción hacia otros materiales sólo cuando está bajo la acción del campo magnético del imán; una vez retirado el imán, dicho trozo de hierro pierde prácticamente todas las propiedades magnéticas adquiridas. Para la construcción de imanes permanentes se utilizan aleaciones de: acerotungsteno, acero-cobalto, acero al titanio, hierro-níquel-aluminio-cobalto y otras más. Los imanes temporales son de gran utilidad para la construcción de núcleos para electroimanes, motores, generadores y transformadores. En estos casos se emplea la chapa de hierro aleada, por lo general, con silicio. Teoría molecular de los imanes Si rompemos un imán en dos, las dos partes resultantes son dos imanes completos con sus polos correspondientes. Si volviésemos a romper una de estas partes obtendríamos otros dos nuevos imanes. Este proceso se puede repetir multitud de veces hasta alcanzar lo que vendremos a llamar molécula magnética. Según esta teoría, se puede suponer que: Un imán está compuesto de moléculas magnéticas perfectamente orientadas con los polos respectivos del imán (Figura 4). Un trozo de hierro sin imantar está compuesto de moléculas magnéticas totalmente desorientadas (Figura 5).
Gracias a esta teoría también podremos entender más fácilmente el comportamiento de los materiales magnéticos utilizados para la elaboración de imanes permanentes y artificiales. En el caso de los imanes permanentes, aparece una especie de rozamiento interno entre las moléculas magnéticas que dificulta el retorno al estado inicial una vez orientadas y magnetizadas. Al contrario, en los imanes temporales las moléculas
magnéticas se ordenan y desordenan con facilidad, en función de la influencia ejercida por la acción de un campo magnético externo al mismo. Las propiedades magnéticas de los imanes se ven alteradas por la temperatura, así por ejemplo, el hierro puro pierde totalmente su magnetismo por encima de los 769 °C. Por otro lado, si golpeamos fuertemente un trozo de acero imantado se puede modificar sus propiedades magnéticas. Esto es debido a que los golpes pueden cambiar el orden de las moléculas magnéticas. Campo magnético de un imán Se puede decir que el campo magnético es el espacio, próximo al imán, en el cual son apreciables los fenómenos magnéticos originados por dicho imán. El campo magnético de un imán es más intenso en unas partes que otras. Así, por ejemplo, el campo magnético adquiere su máxima intensidad en los polos, disminuyendo paulatinamente según nos alejamos de ellos. OBJETIVOS
MATERIALES E INSTRUMENTOS
Grafica # 1
LABORATORIO # 1 IMANES (Polos Magnéticos) Material necesario - 02 imanes en forma de cilindro; - 02 imanes en forma de anillo; - 01 brújula didáctica (soporte para brújula didáctica + 01 aguja magnética) Procedimientos
Fuente: propia 1. Tome dos imanes cilíndricos y aproxime sus extremidades del mismo color (polos iguales).
¿Qué sucede? Haga una ilustración representando las fuerzas presentes.
Acercando el polo norte de una aguja magnética al polo norte de otra, se observará que se rechazan. Lo mismo sucede si se acercan los polos sur. En cambio sí se acerca un polo norte a un polo sur se observará que se atraen. Podemos, pues, obtener así una ley del magnetismo: polos del mismo nombre se rechazan; polos de nombre contrario se atraen. Esta ley nos sirve de inmediato para conocer cuál es el polo norte o sur de un imán; basta acercarlo al polo norte de una aguja magnética; el polo que atrae el norte de la aguja es el polo sur de nuestro imán. 2. Dele vuelta a uno de los imanes, aproxime las extremidades con color diferente (polos diferentes). ¿Qué sucede? Elabore una ilustración representando las fuerzas presentes.
Una de las propiedades fundamentales de la interacción entre imanes es que los polos iguales se repelen, mientras que los polos opuestos se atraen.
El efecto de atracción y repulsión tiene que ver con las líneas de campo magnéticas. Las líneas de campo magnéticas exteriores suelen ir del polo Norte al polo Sur. Por lo tanto, cuando se acercan dos polos opuestos, estas líneas tienen a saltar de un polo a otro: tienden a pegarse. Y según sea la distancia entre los dos imanes esta atracción será mayor o menor.
3. ¿Qué se puede concluir a partir de los experimentos propuestos arriba? Los polos de un imán están unidos por líneas de fuerza, debidas al campo magnético existente. Estas líneas de fuerza salen de uno de los polos y vuelven a entrar por el otro creando una curva cerrada, atravesando el material. Aunque estas líneas de fuerza son invisibles pueden vislumbrarse, por ejemplo, mediante el uso de limaduras de hierro extendidas alrededor de un imán, ya que las líneas de campo indican la posición energéticamente más favorable en la que se dispondrá otro imán o momento magnético.
Dado que las líneas del campo magnético conectan los polos norte y sur, resulta evidente que dos imanes enfrentados por sus polos opuestos se atraerán y por los mismos polos se repelerán. En el primer caso nuevas líneas de campo magnético unirán los polos de los dos imanes, mientras que en el segundo no habrá ningún tipo de conexión entre ellos. 4. Acerque un imán con el polo pintado de azul a la brújula. ¿Qué sucede con la aguja de la brújula?
Inmediatamente la brújula con la punta de color rojo busca el imán en cualquier movimiento que se haga con el imán, es decir hay atracción en polos diferentes.
5. Repita la operación con el otro polo del imán. ¿Y ahora, qué se observa?
VIDEO IMANES .mp4 WP_20160506_064.mp4
WP_20160506_066.mp4
video 1
En este caso observamos que la brújula busca la orientación (punta de color roja) al imán de color o polo de azul.
LABORATORIO # 2
DESCUBRIENDO EL NORTE GEOGRÁFICO Para descubrir el norte geográfico, utilizamos la siguiente regla: el Sol nace siempre al este y se pone al oeste, se puede descubrir el norte extendiéndose el brazo derecho en dirección al sol naciente (este) y el izquierdo en dirección al sol poniente (oeste). Debido a la disposición de los puntos cardinales, se concluye que el Sur queda a su espalda y el Norte adelante. 1. Explique el funcionamiento de la brújula. Su funcionamiento se basa en el magnetismo terrestre, por lo que señala el sur magnético que corresponde con el norte geográfico y es inútil en las zonas polares norte y sur debido a la convergencia de las líneas de fuerza del campo magnético terrestre.
2. Monte la brújula didáctica como se muestra en la foto.
3. Utilice la brújula para identificar los polos de los imanes cilíndricos.
LABORATORIO # 3
AMORTIGUADOR MAGNÉTICO Material Necesario - 01 soporte para el amortiguador magnético; - 05 imanes en anillo de Ø40 x 7mm con los polos identificados; Procedimientos 1. Encaje en el soporte un imán cilíndrico tipo anillo con el color rojo hacia arriba. A continuación, ponga otro imán con el color rojo volteado hacia abajo. ¿Qué se observa?
Al realizar este paso observamos cómo las fuerzas o campos magnéticos se repelen ya que estamos colocando los imanes por los mismos polos, rojo con rojo (Norte con Norte 2. Ponga los otros imanes, siguiendo el mismo procedimiento, hasta llenar la barra. Describa lo que se observa.
Observamos que todos los imanes generan un campo magnético que repelen sobre cada uno de ellos, esto quiere decir que los imanes se encuentran iguales en sus mismos polos como lo observamos en la fotografía, rojo con rojo, azul con azul, rojo con rojo, azul con azul, además miramos como los espacios se van reduciendo cada vez que montamos los imanes unos tras otros. 3. Conclusión: Los polos iguales SE REPELEN (se atraen / se repelen) Los polos diferentes SE ATRAEN (se atraen / se repelen)
LABORATORIO # 4
CAMPO MAGNÉTICO Material Necesario - 06 imanes en barra de 25x13x4mm; - 01 frasco de 25g de limaduras de hierro; - 01 placa de acrílico cuadrada de 200x200mm; Procedimientos ATENCIÓN: Al realizar los experimentos con imanes y limaduras de hierro, use SIEMPRE la placa de acrílico para aislar los imanes de las limaduras. Los imanes no deben entrar NUNCA en contacto directo con las limaduras de hierro.
1. Ponga la placa de acrílico sobre dos imanes en forma de barra plana dispuesta horizontalmente y esparza un poco de las limaduras sobre la placa. Observe la disposición que asumen dichas limaduras y elabore una ilustración. Para mejorar el espectro formado, golpee suavemente la placa de acrílico. Describa lo que observó.
Las limaduras empiezan a formar una especie de campo y se disipan entre si, unas toman formas al colocarse de pie al golpearlas suavemente y al ser acercadas a los imanes 2. Disponga cuatro imanes en forma de barra plana de manera que formen dos polos opuestos y ligeramente alejados entre sí (3cm) como se muestra en la imagen. Ponga sobre ellos la placa de acrílico, esparza limaduras de hierro sobre ella y observe el efecto o que forman. Para mejorar el espectro formado golpee suavemente la placa de acrílico. Describa lo que observó.
Observamos como las limaduras forman un campo magnético visible en medio de los imanes, y como en el centro se expanden cada vez que se mueve la base en la que estas se encuentran
3. ¿Qué son líneas de inducción magnética? Es la cantidad de líneas de fuerza que atraviesa una superficie perpendicularmente. Indica la densidad de líneas de fuerza en una parte del campo magnético. 4. ¿Cuál es el sentido de las líneas de inducción en la región externa del imán? La inducción magnética se representa por la letra B. Se calcula de la siguiente manera:
5. Ejecute experimentos con los diversos imanes disponibles.
WP_20160506_075.mp4
WP_20160506_085.mp4
LABORATORIO # 5
IMANTACIÓN POR CONTACTO 1. Acerque la extremidad de la barra de hierro a las limaduras y en seguida aléjela. ¿Qué sucede?
Aquí observamos evidentemente que la barra de hierro no atrae las limaduras del mismo, ya que ambos no están generando ningún campo magnético ni han sido imanados 2. Mantenga la extremidad de la barra de hierro cerca de las limaduras y toque la otra extremidad con los imanes tipo anillo. Mantenga los imanes en contacto con la extremidad de la barra de hierro y aleje la barra de hierro aproximadamente 3cm de las limaduras de hierro. ¿Qué sucede?
Aquí observamos como las limaduras son atraídas por el campo magnético generado por el imán y que está siendo transmitido hacia la barra de hierro como un flujo. 3. Aleje el imán de la barra de hierro. ¿Qué sucede? Entre más se aleja el imán menor es el campo magnético generado y las limaduras se van desprendiendo poco a poco, es decir el capo magnético se va debilitando sobre la barra de hierro. 4. Repita los mismos procedimientos para la barra de aluminio. ¿Qué sucede?
Al realizar este experimento con la barra de aluminio, claramente observamos que no ocurre ninguna transferencia inductiva del campo magnético ya que el aluminio no es un conductor magnético porque no es ferroso y tiene otras especificaciones en su material.
LABORATORIO # 6
DETECTOR DE CORRIENTE CON BRÚJULA Material Necesario - 01 brújula; - 01 par de cables de conexión de 0,5m banana/banana; -01 circuito-fuente CC de 17x13cm con: 2 boquillas para una pila; 2 bornes para conexión; 1 llave de 3 posiciones; - 02 pilas grandes; - 01 bobina de Ø60mm con 22 espiras y base de acrílico. Procedimientos 1. Monte el equipo como se muestra en la imagen.
2. Ponga la brújula dentro de la bobina
3. Gire la placa de acrílico hasta que la brújula quede paralela a la bobina; 4. Con dos cables conecte la fuente de tensión CC de 1,5V a los bornes de la bobina
5. Identifique el sentido de la corriente en la bobina (corriente convencional del polo positivo al polo negativo 6. Utilizando la regla de la mano derecha, identifique el sentido del campo magnético externo a la bobina
7. Encienda la llave y observe el comportamiento de la brújula. ¿El resultado es el que se esperaba?
WP_20160511_063.mp4
8. Invierta el sentido de la corriente y encienda la llave, observe el comportamiento de la brújula. ¿El resultado es el que se esperaba? Teniendo en cuenta la ley de la mano derecha, miramos que esta se cumple puesto que la brújula se mueve en dirección contraria por la inducción de la corriente
LABORATORIO # 7
LEY DE LENZ
Material Necesario - 01 brújula didáctica (soporte para brújula didáctica + 01 aguja magnética) - 01 bobina conjugada de 200-400-600 espiras; - 01 imán cilíndrico revestido de caucho con cable; - 01 galvanómetro didáctico de –2mA a +2mA; - 01 par de cables de conexión de 0,5m banana/banana
Procedimientos 1. Monte el equipo como se muestra en la imagen
2. Conecte el galvanómetro primero a la bobina de 200 espiras.
WP_20160511_064.mp4
3. Identifique el polo (N o S) en la extremidad del imán con cable.
4. Mueva el imán colocándolo dentro de la bobina. ¿Qué sucedió con el puntero del galvanómetro? Al introducir el imán dentro de la bobina pudimos observar que el galvanómetro se empieza a mover desde el punto 0 hacia la derecha 5. Identifique el sentido de la corriente inducida en la bobina. Aplique la regla de la mano derecha e identifique el sentido del campo magnético en la parte externa de la bobina.
6. Identifique los polos magnéticos que se formaron en la bobina.
7. Mueva el imán retirándolo del interior de la bobina. ¿Qué sucedió con el puntero del galvanómetro en relación al punto 4?
8. ¿Qué sucedió con el sentido de la corriente inducida en relación al punto 5?
9. Para producir un polo norte sobre el lado de la espira volteado en dirección al imán, ¿debemos acercar o alejar dicho imán?
10. Ponga el imán dentro de la bobina y déjelo en reposo. ¿Qué sucedió con el puntero del galvanómetro? Justifique su respuesta.
11. Repita los procedimientos con las bobinas de 400 y de 600 espiras. Verifique qué ocurre con el puntero del galvanómetro y por qué ocurre.
Bobina de 200
bobina de 400
Bobina de 600
BIBLIOGRAFIA https://www.google.com.co/?gfe_rd=cr&ei=QnlOVvT2K8fI8AfM142gBg#q=magnetismo+y+ele ctromagnetismo+formulas http://www.analfatecnicos.net/archivos/10.QueEsElMagnetismo.pdf http://atomosybits.com/el-efecto-meissner-y-el-magnetismo/ http://www.lavidacotidiana.es/como-funciona-una-brujula/
