Kevin Fernando Alarcón, Juan Sebastián Sánchez, David Alejandro Morcillo y Sebastián Hurtado Facultad de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones/ Universidad del Cauca/ Popayán/Colombia e-mail:
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RESUMEN: En el siguiente informe se dará a conocer como los imanes pueden levitar unos sobre otros debido a la repulsión que ejercen entre si dos polos magnéticos del mismo tipo. Estos tienen dos polos diferentes llamados Norte o Sur. Si se enfrentan e nfrentan los polos iguales de dos imanes estos se repelen, pero si por el contrario se enfrentan polos diferentes estos se atraen. También busca visualizar las diferentes formas de la fuerza magnética. PALABRAS CLAVES: Imán, repulsión, atracción, polaridad, fuerza magnética. ABSTRACT: In the following report it will be announced as the magnets some can levitate on others due to the repulsion that they exercise between if two magnetic poles of the same type. These have two different poles called North or South. If there face the equal poles of two these magnets they are repelled, but if on the contrary there face different these poles they attract. Also it seeks to visualize the different forms of the magnetic force. KEYWORDS: Magnet, repulsion, attraction, polarity, magnetic force. 1. INTRODUCCION La naturaleza fundamental del magnetismo es la interacción de cargas eléctricas en movimiento; es decir que las fuerzas magnéticas actúan solo sobre cargas en movimiento; a diferencia de las fuerzas eléctricas, que actúan sobre cargas eléctricas ya sea que estén en movimiento o no. Una brújula es un instrumento consistente en una caja en cuyo interior una aguja imantada (fabricada con un material ferromagnético), es atraída por el polo de la tierra de forma que, al girar sobre el eje se orienta hacia el polo del imán, en este caso la Tierra y señalando así el norte magnético de la superficie terrestre. El Norte magnético de la Tierra no coincide exactamente con el Norte geográfico de la tierra. Al ángulo entre el Norte geográfico y el magnético se le denomina declinación magnética (depende de la situación geográfica del observador y varía con el tiempo). Antes que se comprendiera la relación entre las interacciones magnéticas y las cargas en movimiento, las interacciones de los imanes permanentes y de las agujas de brújula se describían en términos de polos magnéticos. Entre dos polos magnéticos existe siempre o una atracción o una repulsión; sólo existen dos clases de polos magnéticos denominados polo norte(N) y
polo sur(S). La fuerza de interacción entre dos polos magnéticos presenta la dependencia del inverso al cuadrado de la distancia que los separa. 2. MATERIALES Y METODOS Limadura de hierro. Dos imanes en forma de anillo. Dos imanes en forma de barra. Cilindros huecos de aluminio. (arandelas, tuercas), cuyo diámetro interno sea de una a dos pulgadas. No es necesario que todos sean iguales. Una balanza. Un metro de alambre de cobre delgado, número 38 aproximadamente. aproximadamente. Base y barra vertical para los imanes. Base y soporte universal. Cinta adhesiva (que se pueda escribir sobre ella). Regla de 30 centímetros. Conductores, multímetro.
Magnetismo: Fenómeno físico por el que los objetos ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Algunos materiales conocidos presentan propiedades magnéticas que se detectan fácilmente tales como: níquel, hierro, cobalto, y sus aleaciones a estos se les llama imanes. Aunque todos los materiales son agregados de mayor o menor
forma, por la presencia de un campo magnético. El magnetismo también tiene otras formas en la física, uno de los componentes de la radiación electromagnética, un ejemplo es la luz. Existe en la naturaleza un mineral llamado magnetita o piedra imán que tiene la propiedad de atraer el hierro, el cobalto, el níquel y ciertas aleaciones más. a esta propiedad se le conoce como magnetismo. Fuerza de atracción: Fuerza de repulsión:
imán a 10 cm de separación, dejando frente a frente polos opuestos, observando como ambos imanes se repelan y el segundo imán hacia girar al primero a su mismo polo, apreciando el efecto de atracción. Con lo llevado a cabo en este procedimiento se dedujo la polaridad de la barra de imán (Figura 3); acercando este al imán que cuelga en el soporte marcado con el polo norte, se pudo apreciar como la cara que se encontraba frente a frente con el imán colgante la atraía, concluyendo así que este era el polo sur del imán barra.
Características de la fuerza magnética:
Imán: 1. RESULTADOS Experiencia I: se tomó uno de los imanes y se colgó al soporte universal, procurando que la parte que cuelga sea de unos 25 cm de longitud, como lo muestra la figura 1. se giró el imán dejándolo oscilar hasta que quedara en reposo, observando cuales de sus caras apunta hacia el norte geográfico, este proceso se repito dos veces con el fin de confirmar cual cara apuntaba hacia el norte, posteriormente se giró el soporte esperando a que el imán se estabilizara hacia esta misma dirección. A su cara opuesta se marcó con cinta adhesiva indicando el sur.
Figura 2. Interacción entre dos imanes.
Figura 3. Determinación de los polos de un imán barra. 5.3. Medir la fuerza que se ejercen dos imanes entre sí al variar su separación.
Figura 1. Determinación de los polos de un imán. Experiencia II: se repitió el mismo procedimiento de la experiencia I, a diferencia que la longitud de la cuerda con la que cuelga el imán fuese 30 cm, como lo ilustra la figura 2. Al imán que cuelga se acercó el segundo
Experiencia I: Se introdujo el primer imán en la barra vertical de aluminio y enseguida el segundo imán procurando que quedaran frente a frente polos iguales, para así generar repulsión, Cuando el sistema se estabilizo, procedimos a medir la separación de los polos iguales entre los imanes que fue de 2,2 cm
2 26,39 571,6 2 3 26,58 807,9 1.7 4 30,39 1108,0 1.02 5 31 1402,0 0.8063 6 31,14 1413,0 0.8 7 31,87 2019,8 0.56 8 31,9 2365,0 0.48 Tabla1. Fuerza magnética entre imanes.
Figura1: Fuerza magnética de repulsión. Experiencia II: se midió la masa de cada una de las arandelas.
Grafica Fuerza magnética vs Separación entre los imanes. R/ como se puede evidenciar en la anterior
Figura2: arandelas medidas. Se fueron introduciendo las arandelas ya medidas de menor a mayor masa sucesivamente en la barra de aluminio hasta que la separación entre los dos imanes fue de 0,5 cm.
gráfica, lo que ella nos dice es que en el experimento (5.4), que la distancia es inversamente proporcional a la fuerza magnética en otras palabras “ a mayor distancia existe menor fuerza magnética, y a menor distancia mayor fuerza magnética ” (en nuestro caso es fuerza de repulsión ya que los dos imanes estaban en posición de que sus polos positivos estuvieran frente a frente) 5.4. Determinación de las líneas de campo magnético.
Figura3: Determinación de la fuerza magnética entre los dos imanes. Medición 1
Masa 36
Fuerza Separación Magnética 353,5 2,2
Experiencia I: se distribuyeron las limaduras de hierro sobre una hoja de papel y se colocó el imán debajo del papel. Podemos deducir que una mayor cantidad de limaduras de hierro se sienten atraídas por el imán y se nota que las limaduras de hierro cambian a una posición vertical .
Figura 1: limaduras de hierro atraídas por un imán.
Experiencia II: se realizó el procedimiento anterior usando dos imanes con igual polaridad. Cuando los dos imanes tienen la misma polaridad y son acercados a las limaduras de hierro podemos evidenciar la fuerza magnética, donde las limaduras de hierro crean caminos llamados hipotéticamente líneas de campo, en el sentido del campo eléctrico de los dos imanes, donde se evidencia el fenómeno de repulsión por parte de los dos campos eléctricos ya que son de igual polaridad.
Figura3: limaduras de hierro atraídas por dos imanes con distinta polaridad. Experiencia IV: Creamos campos magnéticos, con las limaduras de hierro, la hoja de papel y los dos imanes con distinta polaridad, tomando como referencia la distancia de A) 1cm. B) 2cm. C) 3cm. C) A 3cm de distancia, la cantidad de
limaduras atraídas es poca y no se evidencia bien la atracción a las limaduras (Fuerza magnética) por parte de los dos imanes. B) A 2cm de distancia, son atraídas más limaduras de hierro y se evidencian hipotéticamente algunas líneas de campo que son creadas por las limaduras de hierro. A) A 1cm de distancia, podemos decir que a una menor distancia existe una fuerza magnética mayor y las limaduras crean hipotéticamente líneas de campo en el sentido del campo eléctrico de cada uno de los dos imanes, donde existe un fenómeno de atracción.
Figura2: limaduras de hierro atraídas por dos imanes con igual polaridad. Experiencia III: realizamos el procedimiento anterior usando imanes con distinta polaridad. Cuando los imanes tienen distinta polaridad, se evidencia el fenómeno de atracción por parte de las limaduras, donde las limaduras forman hipotéticamente líneas de campo en el sentido del campo eléctrico de cada uno de los imanes.
PREGUNTAS A RESPONDER.
¿Se orientaron siempre los dos imanes en la misma dirección o se orientaban en diferentes direcciones?
Respuesta. Los imanes se orientaban siempre en la
misma dirección, el polo norte hacia el norte geográfico y el polo sur hacia el sur.
Cuando acercó los imanes con los polos diferentes frente a frente ¿qué fenómeno observó en el imán colgado?
Respuesta. Ocurre el fenómeno de la
atracción de
los polos diferentes entre los imanes.
Respuesta. En conclusión, al poner frente a
frente los polos distintos, existe una fuerza magnética de atracción en los dos imanes.
Cuando acercó los imanes con los polos iguales frente a frente ¿qué fenómeno observó en el imán colgado?
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?
Respuesta.
Respuesta. Se observaron dos fenómenos, el primero fue de repulsión ya que sus polos son iguales y en pocos segundos el imán volteo su cara opuesta al segundo imán y ocurrió el fenómeno de atracción.
Son de carácter repulsivas, ya que cuando las pusimos frente a frente, el imán que estaba sostenido en la barra, giro de inmediato cambiando su polaridad para volver al sistema polos distintos.
¿Qué fenómeno es el que origina que los imanes (que pueden girar sin fricción) se orienten siempre en la dirección nortesur?
Respuesta. El campo
magnético terrestre, debido a este, el polo norte geográfico atrae a los polos sur de un imán, y viceversa. Es por ello que al polo sur del imán lo llamamos comúnmente polo norte, por su orientación.
Cuando fue descubierto este fenómeno estudiado ¿a qué dispositivo dio origen? ¿Para qué sirvió?
Respuesta. Hace más de dos mil años en la ciudad
de Magnesia en Turquía se descubrió una roca negra, la cual atraía el hierro, llamada magnetita o piedra imán. A la fuerza de atracción se le conoce como magnetismo y al objeto que ejerce una fuerza magnética se le llama imán. A las regiones donde se concentra la fuerza del imán se llaman polos magnéticos. Dio origen a la brújula, la primera aplicación del imán y sirvió para orientar a los navegantes a través de sus viajes. Aunque no existe una fecha exacta que nos indique cuando se descubrió este fenómeno, existen indicios que fue alrededor del siglo 11.
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?
¿Cómo determinó los polos del imán de barra?
Respuesta. Los polos del imán se
determinaron colocando una cara del imán de barra al polo (cara) norte del imán colgado y si existía repulsión eran polos iguales (polo norte), en el otro caso serían polos distintos (polo sur).
En el caso de la electricidad se pueden tener cargas eléctricas aisladas. En el caso del magnetismo ¿es posible tener polos aislados? ¿Como se puede comprobar su respuesta?
Respuesta. No existen polos aislados o mono
polo magnético y se puede comprobar, si un imán se rompe en dos partes, se forman dos nuevos imanes, cada uno con su polo norte y su polo sur.
Medir la fuerza que se ejercen dos imanes entre sí al variar su separación.
Respuesta. Conforme la separación entre los
imanes disminuye, la fuerza magnética entre ellos aumentó, ya que la fuerza y la distancia están relacionados de la forma 1/r2 lo cual provoca, que a menor distancia la fuerza magnética sea mucho mayor.
¿Cómo fue la fuerza magnética entre los imanes conforme la separación entre ellos decrece?
Respuesta. La fuerza de los imanes al ser
separados a una distancia mayor al campo eléctrico que dichos imanes generan, no se alcanza
a apreciar, entre más cerca estén se genera una fuerza magnética mayor.
La brújula es un objeto de gran ayuda para determinar los polos magnéticos que tiene un imán (norte y sur).
Los imanes pueden atraerse o repelerse al hacer contacto con otros. Los polos contrarios se atraen (se puede ver cuando dos imanes se juntan) y polos iguales se repelan (se ve cuando al juntar dos imanes, se siente una fuerza entre ellos que no deja unirlos).
¿Si la separación disminuye a la mitad, la fuerza crece el doble?
Respuesta. No, ya que no están relacionadas
linealmente, sino como un cociente con un término cuadrático como denominador, en todo caso, aumentaría 4 veces.
¿Cuáles fuerzas son las que provocan que las masas que flotan puedan mantenerse en equilibrio? Haga un diagrama de las fuerzas.
Las fuerzas que interactúan son la fuerza de repulsión la cual hace que flote el imán, pero lo que hace en el experimento 5.4 que permanezca en equilibrio es la barra de aluminio vertical que hace que en el eje x no halla ningún movimiento y así los imanes pueden flotar
La distancia existente por la repulsión entre dos imanes es inversamente proporcional a la fuerza magnética, es decir entre menor.
4. BIBLIOGRAFÍA [1] Sears, Francis y Zemansky, Mark. Física Universitaria Volumen I. 12° Edición. ADDISON-WESLEY. 456-458 [2] Serway. Física para ciencias e Ingenierías, con física moderna. Volumen II. 7º Edición.
2. DISCUSIÓN
3. CONCLUSIONES
El magnetismo es un fenómeno físico por el que los materiales ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. El magnetismo de los materiales es el resultado del movimiento de los electrones dentro de sus átomos, en otras palabras, es el efecto causado por la fuerza magnética entre cargas en movimiento.
