UNIVERSIDAD DE SONORA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL Y MINAS. INGENIERO MINERO.
LABORATORIO DE FISICA III.
Profesora: MABEL ANAHI SOTO BRIZUELA
PRACTICA 7 “ESTUDIO DE IMANES.”
Alumnos: Alicia Maria Cohen Franco Juan Arturo Tapia Galaz Emmanuel Figueroa Ibarra Hernández Ruiz Rubén
Hora: 11:00 – 13:00
Hermosillo, Sonora a 11 de Noviembre de 2018
INTRODUCCION. El magnetismo o energía magnética es un fenómeno natural por el cual algunos objetos producen fuerza de atracción o repulsión sobre los otros materiales. Hay algunos materiales conocidos que tienen propiedades magnéticas detectables fácilmente como el níquel, hierro, cobalto y sus aleaciones que comúnmente se llaman imanes. Sin embargo, todos los materiales son influidos, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético. El magnetismo también tiene otras manifestaciones en física, particularmente como uno de los dos componentes de la radiación electromagnética, como, por ejemplo, la luz. Un campo magnético es una descripción matemática de la influencia magnética de las corrientes eléctricas y de los materiales magnéticos.1 El campo magnético en cualquier punto está especificado por dos valores, la dirección y la magnitud; de tal forma que es un campo vectorial. Específicamente, el campo magnético es un vector axial, como lo son los momentos mecánicos y los campos rotacionales.
Marco teórico Los fenómenos magnéticos fueron conocidos por los antiguos griegos. Se dice que por primera vez se observaron en la ciudad de Magnesia del Meandro en Asia Menor, de ahí el término magnetismo. Sabían que ciertas piedras atraían el hierro, y que los trozos de hierro atraídos, atraían a su vez a otros. Estas se denominaron imanes naturales. El primer filósofo que estudió el fenómeno del magnetismo fue Tales de Mileto, filósofo griego que vivió entre 625 a. C. y 545 a. C. El científico Shen Kua (1031-1095) escribió sobre la brújula de aguja magnética y mejoró la precisión en la navegación empleando el concepto astronómico del norte absoluto. Hacia el siglo XII los chinos ya habían desarrollado la técnica lo suficiente como para utilizar la brújula para mejorar la navegación. Alexander Neckam fue el primer europeo en conseguir desarrollar esta técnica en 1187. Peter Peregrinus de Maricourt, fue un estudioso francés del siglo XIII que realizó experimentos sobre magnetismo y escribió el primer tratado existente para las propiedades de imanes. Su trabajo se destaca por la primera discusión detallada de una brújula. El cosmógrafo español Martín Cortés de Albacar, formado en Zaragoza y en la escuela de pilotos de Cádiz, descubrió y situó el polo magnético en Groenlandia en 1551 para los navegantes españoles e ingleses (su libro fue traducido y muy reimpreso en Inglaterra) facilitando así considerablemente la navegación. Galileo Galilei y su amigo Francesco Sagredo se interesaron en el magnetismo engastando un buen trozo de roca magnética de más de kilo y medio en un bello artilugio de madera; la magnetita se
disponía de tal manera que, a modo de imán, atraía una bola de hierro de casi cuatro kilos de peso; pero la falta de aplicaciones prácticas y económicas del invento desalentó más experimentación por parte de estos destacados científicos italianos. El conocimiento del magnetismo se mantuvo limitado a los imanes hasta que en 1820 Hans Christian Ørsted, profesor de la Universidad de Copenhague, descubrió que un hilo conductor sobre el que circulaba una corriente ejercía una perturbación magnética a su alrededor, que llegaba a poder mover una aguja magnética situada en ese entorno. Muchos otros experimentos siguieron con André-Marie Ampère, Carl Friedrich Gauss, Michael Faraday y otros que encontraron vínculos entre el magnetismo y la electricidad. James Clerk Maxwell sintetizó y explicó estas observaciones en sus ecuaciones de Maxwell. Unificó el magnetismo y la electricidad en un solo campo, el electromagnetismo. En 1905, Einstein usó estas leyes para comprobar su teoría de la relatividad especial, en el proceso mostró que la electricidad y el magnetismo estaban fundamentalmente vinculadas.
Objetivo 1. Identificar los polos de un imán. 2. Estudiar la forma como interactúan los polos de los imanes. 3. Medir la fuerza que se ejercen dos imanes entre sí al variar su separación.
Material 1. Dos imanes en forma de anillo. 2. Un imán en forma de barra. 3. 7 Cilindros huecos de aluminio, cuyo diámetro interno sea de una a dos pulgadas. La longitud de éstos de al menos 4 centímetros. No es necesario que todos sean iguales. 4. Una balanza granataria de 0.1 gramo. 5. Un metro de alambre de cobre delgado, número 38 aproximadamente. 6. Base y barra vertical de aluminio para los imanes. 7. Base y soporte universal. 8. Cinta adhesiva (que se pueda escribir sobre ella). 9. Regla de 30 centímetros.
Procedimiento Primer objetivo: Identificar los polos de un imán.
1. Con uno de los extremos de un pedazo de alambre cobre de 50 centímetros de longitud, sujete un imán y enseguida cuélguelo del soporte universal, procurando que la parte que cuelga sea de unos 25 centímetros de longitud. Observe la figura 1. 2. Gire un poco el imán y déjelo que oscile hasta que prácticamente quede en reposo. Observe qué cara del imán apunta hacia el norte geográfico y póngale un pedacito de cinta adhesiva para distinguirla. 3. Vuelva a girar el imán y déjelo que se estabilice. Observe si la misma cara del imán es la que apunta hacia el norte geográfico. 4. Gire el soporte universal y deje que el imán se vuelva a estabilizar. Observe si la misma cara del imán apunta en el sentido indicado anteriormente. Si es así al pedazo de cinta adhesiva póngale la letra N indicando que ese es el Polo Norte del imán. A la cara opuesta, que apunta hacia el sur geográfico, péguele otro pedazo de cinta y escriba en ella la letra S indicando que ese es el Polo Sur del imán. 5. Repita los pasos 1, 2, 4 y 4 para el segundo imán en forma de anillo. 6. De ese modo quedan determinados los polos Norte y Sur de cada imán, lo cual servirá para desarrollar el siguiente objetivo.
Segundo objetivo: Estudiar la forma como interactúan los polos de los imanes.
1. Uno de los imanes usados en el objetivo previo, cuélguelo en el soporte universal mediante el hilo de cobre, procurando que la longitud que cuelgue sea de unos 30 centímetros. Vea la figura 1 para llevarlo a cabo. 2. Al imán que cuelga acérquele el segundo imán a unos 10 centímetros de separación, procurando que queden frente a frente polos opuestos. Observe el
efecto que se produce en el magneto colgado y a partir de ello deduzca cómo interaccionan los polos opuestos. 3. Repita el paso 2, pero ahora acercando el segundo imán de tal modo que queden frente a frente polos iguales. Observe el efecto que se produce en el magneto colgado y a partir de ello deduzca la forma cómo interaccionan los polos iguales de un imán.
4. A partir de los resultados obtenidos en los pasos 2 y 3, determine los polos del imán de barra. Para llevarlo a cabo, acerque el imán de barra al magneto que cuelga del alambre y basado en el efecto que observe, determine dónde está el polo norte y dónde el polo sur de dicho magneto. Guíese por la figura 3 para llevarlo a cabo.
Tercer objetivo. Medir la fuerza que se ejercen dos imanes entre sí al variar su separación. 1. En la barra vertical de aluminio coloque el primer imán en forma de anillo, de tal modo que descanse en la base de aluminio. Puede ser cualquiera de los dos. 2. Con la balanza mida la masa del segundo imán en forma de anillo. 3. Enseguida, coloque este segundo imán en la barra vertical de aluminio, procurando que queden frente a frente polos iguales. Es decir que entre el primero
4.
5.
6. 7. 8.
y segundo imán exista repulsión. No deje caer los magnetos porque pueden quebrarse. Cuando ambos queden estables en la barra, vertical de aluminio, mida la separación entre los polos que están frente a frente. Procure que la medición de la separación se lleve a cabo entre las dos superficies de los imanes y no entre sus protecciones, si es que éstos poseen. Enseguida, mida la masa a uno de los cilindros huecos de aluminio. Ahora agréguelo suavemente a la barra vertical de aluminio, de tal modo que descanse sobre el segundo imán. Guíese por la figura 4 para llevarlo a cabo. Una vez que el sistema se ha estabilizado, mida la separación entre los polos de los imanes que están frente a frente. Repita el paso 5 y 6 para un segundo cilindro hueco, sin quitar el primero. Siga agregando cilindros huecos de aluminio, uno por uno, y repita los pasos 5 y 6 de este objetivo. Deje de agregar cilindros hasta que la separación de los imanes sea de 0.5 centímetros aproximadamente.
Resultados. Primer objetivo: Identificar los polos de un imán.
1. ¿Se orientaron siempre los dos imanes en la misma dirección o se orientaban en diferentes direcciones? S iempre la mis ma cara s e orientaba al norte, aun cuando lo
g iráramos o moviéramos el s oporte, la mis ma cara s e s eg uía orientando hacia el norte. Gracias a esto pudimos definir el polo norte y sur de los imanes.
Segundo objetivo: Estudiar la forma como interactúan los polos de los imanes.
1. Cuando acercó los imanes con los polos diferentes frente a frente ¿qué fenómeno observó en el imán colgado? Los imanes s e atraen. 2. Cuando acercó los imanes con los polos iguales frente a frente ¿qué fenómeno observó en el imán colgado? S e repelen o buscan la cara contraria.
Tercer objetivo: Medir la fuerza que se ejercen dos imanes entre sí al variar su separación. 1. Mida la fuerza magnética del primer imán sobre el segundo, calculando el peso de los objetos que flotan, para cada una de las separaciones. Es decir que las masas serán el segundo imán y los cilindros de aluminio que se agreguen en cada caso. Medición
Masa (m)
Fuerza Magnética (Fm)
Separación (d)
1
56.9 gr
558.18 N
0
2
59.8 gr
586.63 N
2.4 cm
3
94.3 gr
925.08 N
1.7 cm
4
129.1 gr
1266.47 N
1.4 cm
5
164.5 gr
1613.74 N 10.48
1 cm
6
199.8 gr
1960.03 N 12.74
0.9 cm
7
235.4 gr
2309.27 N 15.01
0.7 cm
8
269.9 gr
2647.71 N 17.21
0.6 cm
9
306.9 gr
3010.68 N 19.56
0.5 cm
2. Haga una gráfica de la fuerza magnética en función de la separación de los dos imanes.
Conclusiones y Preguntas. Primer objetivo. Identificar los polos de un imán. 1. ¿Qué fenómeno es el que origina que los imanes (que pueden girar sin fricción) se orienten siempre en la dirección norte-sur? E s to es debido a que la tierra es en si un iman natural g ig ante y s e orienta s egún los polos de la tierra. 2. Cuando fue descubierto este fenómeno estudiado ¿a qué dispositivo dio origen? ¿para qué sirvió? El científico Shen Kua (1031-1095) escribió sobre la brújula de aguja
magnética y mejoró la precisión en la navegación empleando el concepto astronómico del norte abs oluto. Segundo objetivo. Estudiar la forma como interactuan los polos de los imanes. 1. A partir de los efectos observados en el imán colgado cuando se ponen frente a frente polos distintos ¿Qué conclusión obtiene sobre las fuerzas que se ejercen polos diferentes? Las fuerzas ejerci das s on de atracci ón. 2. En base a los efectos observados en el imán colgado cuando se ponen frente a frente polos iguales ¿Qué conclusión obtiene sobre las fuerzas que se ejercen polos iguales?
Las fuerzas ejercidas s on de repuls ión. 3. ¿Cómo determinó los polos del imán de barra? E n base a la ori entaci ón que tomo
al estar colgado en el s oporte 4. En el caso de la electricidad se pueden tener cargas eléctricas aisladas. En el caso del magnetismo ¿es posible tener polos aislados? ¿cómo se puede comprobar su respuesta? Los imanes tienen dos polos magnéticos, uno norte y otro sur, y que
los polos opues tos s e atraen y los ig uales s e repelen. También s e sabe que s i un imán se divi de, inmediatamente adquiere un polo sur y uno norte, y que cada uno emite automáticamente un campo magnético que se atrae o se repele. No es pos ible tener imanes c on un solo polo. Tercer objetivo. Medir la fuerza que se ejercen dos imanes entre sí al variar su separación. 1. ¿Cómo fue la fuerza magnética entre los imanes conforme la separación entre ellos decrece? La fuerza fue aumentando. 2. ¿Si la separación disminuye a la mitad, la fuerza crece el doble? No 3. ¿Qué tipo de gráfica encontró? Una curva
Conclusión. En la practica pudimos comprender como funcionan los imanes, desde saber como ubicar los polos magnéticos, hasta conocer las fuerzas que ejercen al interactuar entre ellos. Esta practica también nos permite conocer un poco mas sobre aspectos muy basicos empleados en la ingeniería en minas, como el uso de la brújula y la apreciación de imanes de origen natural como lo es la magnetita.
