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• MONTAÑEZ VELASQUEZ ANA MARIA

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CAMPOS MAGNETICOS Resumen La práctica realizada tuvo como objetivo observar detalladamente el campo magnético que generan los imanes debido a las formaciones de onda a partir de la limadura de hierro, de igual forma demostrar como una corriente puede generar un campo magnético y viceversa. Esta práctica se desarrolló partiendo del concepto de campos electromagnéticos y se demostró con cada uno de los experimentos llevados a cabo. Luego de realizada la experimentación se procedió a verificar lo observado con las teorías ya planteadas de modo que se pudiera comparar lo observado en el laboratorio con las teorías científicas ya establecidas para entender mejor los conceptos estudiados.

Palabras Claves * Campo magnético * Bobina * Corriente eléctrica * Imanes * Líneas de campo

Introducción El magnetismo es un fenómeno natural que tiene la capacidad de atracción o repulsión de ciertos materiales por la presencia de un campo magnético, bien sea en mayor o menor proporción. Estos materiales deben cumplir con las propiedades magnéticas, tales como lo es el hierro, níquel, cobalto, entre otros. El objeto más conocido a nivel mundial con estas propiedades es el imán. Cada electrón en su naturaleza es un imán sin orientación definida, es decir, que un conjunto de electrones tiene diferentes direcciones, en cambio en un imán, todos los electrones tienden a dirigirse al mismo lado, creando así una fuerza magnética. El magnetismo es un fenómeno estudiado desde muchas décadas atrás, aproximadamente desde los 545 a.C. donde fue el filósofo griego Tales de Mileto el pionero en el tema, tiempo después Sócrates hablaba de un mineral negro explicando el fenómeno de inducción magnética. Pero el mundo del magnetismo no se quedó ahí, pues ya para los años 1000 d.C, el científico Shen kua, hablo de la brújula con aguja magnética y logró mejorar los métodos de navegación gracias a que empleó el concepto astronómico del “norte absoluto” Para esa época, todos hablaban del magnetismo, donde solo sus conocimientos se limitaban a un imán, hasta que un profesor de la Universidad de Copenhague, Christian Oersted, descubrió que en un hilo conductor donde circulaba corriente, ejercía una perturbación magnética llegando a mover una aguja magnética ubicada cerca a este. Gracias al descubrimiento del señor Oersted, otros científicos como Gauss, Farafay, entre otros, empezaron a realizar diversos experimentos sobre esto, logrando demostrar que una corriente crea un campo magnético, y un campo magnético de igual forma puede crear una corriente, dando a entender las relaciones existentes entre el magnetismo y la electricidad,

Método Experimental

Durante el desarrollo de la experiencia se realizan varias pruebas con el fin de observar y entender cómo funcionan los campos magnéticos. La primera y segunda prueba que se realizo fue colocando un imán alargado y sobre este una base y una hoja de papel a la cual se le rego encima limadura de hierro, permitiendo observar las ondas que generaba el campo magnético en el sistema, de igual manera se hizo el mismo proceso en la segunda prueba, pero con diferentes imanes circulares ubicados en distintos lados, permitiendo nuevamente observar el comportamiento de sus campos. Por otro lado, por medio de una bobina se generaron campos magnéticos observando su comportamiento en un aro con agua en su superficie, pudiendo notar las ondas en dicho líquido. También se uso una brújula donde sus manecillas se movían dependiendo hacia donde se colocara el imán, por último, se usaron transformadores reductores y transformadores elevadores, permitiendo entender su uso e importancia, para su comprobación se empleó un galvanómetro.

Resultados y Análisis 

Imán largo

Durante este proceso realizado en el laboratorio, se usa un imán magnetizado por su largo, es decir que uno de sus extremos tiene un polo norte, mientras que el otro un polo sur, donde la fuerza máxima de atracción se encuentra en estos dos extremos. Al realizar el montaje y regar sobre este la limadura de hierro, se pudo observar el campo magnético que este montaje tenia, pues las líneas de flujo iban de un extremo al otro, trazando una forma radial desde cada polo creando líneas cerradas y continuas alrededor del imán alargado (Fig. 1), esto se debe a que los imanes no son monopolos, es decir, que en su interior van también de otro polo a otro.

Figura 1. Líneas de campo entre dos polos de distinto signo.

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Imanes circulares

La práctica de laboratorio se realizó con el fin de observar las líneas de campo magnético que se producen al colocar varios dipolos o imanes bajo una hoja de papel y esparcir sobre ellos la limadura de hierro como se muestra a continuación:

Figura 2. Representación de líneas de campo magnético empleando varios imanes Al ejecutar este procedimiento se evidencio que la limadura se ordenó formando una especie de círculos, la teoría dice que cuando se enfrentan los polos opuestos, las líneas de campo entran en uno y salen del otro razón por la cual se obtiene un trazo continuo que adopta una disposición radial desde cada polo y por tanto une ambos polos por trazos continuos alrededor de la recta que los une, en el caso en que se enfrenten polos iguales, aunque conserven la disposición radial desde cada uno, divergen alrededor de la recta de unión pues la repulsión entre los polos impide que se formen las líneas del campo magnético. De esta manera las líneas de campo convergen donde la fuerza magnética es mayor y se separan donde es más débil, este concepto de líneas de campo lo introdujo Michael Faraday con el fin de visualizar mejor los campos magnéticos, pues el comportamiento de las líneas es fundamental para entender la forma en que se mueven los electrones e iones ya que las partículas cargadas eléctricamente tienden a permanecer unidas a las líneas de campo donde se establecen, girando alrededor de ella .

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Bobina y agua

Una bonina tiene un cable de cobre que es un material conductor, al ser conectada a una fuente de energía, a través del cable de cobre pasa la corriente generando un campo magnético en la barra que se encuentra entre la bobina, a simple vista no se logra ver dicho campo magnético, por esta razón, se coloca un aro donde en su superficie se encuentra agua ya que es un buen conductor y es allí donde se evidencia el campo magnético por medio de las ondas que se forman dentro de dicho líquido (Fig. 3). Después de cierto tiempo el agua presente allí puede hervir debido a que la fuente de corriente alterna genera un gran campo magnético, donde dicho campo penetra el recipiente y genera calor dentro de este, dicho calor se transfiere al agua y hace que hierva.

Figura 3. Campo magnético observado en ondas de agua.

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Brújula con imán

La brújula es un instrumento utilizado muy común para orientarse en cualquier parte del mundo (fig. 4).

Figura 4. Brújula. La brújula tiene dos agujas las cuales son de color rojo y blanco, estas agujas nos indican donde nos encontramos ubicados como puede ser Norte, Sur, Este y Oeste. Para saber cómo funciona este instrumento se acercaron dos imanes que tenían sus polos marcados con los colores blanco y rojo como se puede ver a continuación:

Figura 5. Brújula con imán cerca. En la imagen podemos observar que el polo de color blanco del imán, atrae a la aguja de color rojo de la brújula. Esto se explica por la atracción magnética que ejerce el polo de color blanco el cual es de polaridad negativa y el rojo de polaridad positiva sobre las agujas de la brújula. En una situación cotidiana, el imán natural que ejerce fuerza sobre las agujas es la tierra, ya que los dos polos que tiene funcionan como imanes.

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Transformadores

Un transformador es una máquina de corriente alterna que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia; es decir, convierte la corriente alterna a continua o viceversa. Existen dos tipos de transformadores los cuales son los elevados, que son los que se encuentran en los postes, o los transformadores que reducen la corriente. En esta experiencia de laboratorio se utilizó un transformador en miniatura con dos bobinas una de 800 vueltas y la otra de 400 vueltas.

Figura 6.Transformadores. El funcionamiento de estas bobinas se puede explicar cómo: -

Si la bobina por donde entra la corriente es más grande por donde sale la corriente, es un reductor. Si la bobina por donde entra la corriente es más pequeña que por donde esta sale, se le llama elevador.

Para explicar este fenómeno de manera teórica, se utiliza la siguiente ecuación:

Np Vp = Ns V s Donde: Np: Número de vueltas del primario Ns: Numero de vueltas del secundario Vp: Voltaje del primario Vs: Voltaje del secundario En la práctica se pasó corriente alterna de una fuente a través de la bobina, después se midió la corriente que salía con ayuda de un galvanómetro como se muestra en la figura 7:

Figura 7.Transformador reductor en funcionamiento.

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Imanes

IMAN SUPERFICIAL: Es aquel que está construido por la combinación de dos óxidos de hierro. Una de las características destacadas de los imanes superficiales, es que tienden a atraer materiales de hierro, metal o acero. Estos imanes se fabrican con materiales de hierro o metal, después se coloca el material dentro de una bobina y se hace circular corriente eléctrica dentro de la misma para que de esta manera dentro de la bobina se genere un campo eléctrico, dándole así las propiedades de un imán al trozo de metal.

Figura 8. Imán superficial. IMAN NATURAL: existen diversos tipos de imanes naturales como lo son minerales naturales, los cuales tienen la propiedad de atraer elementos como el hierro, el níquel, etc. El imán natural más conocido es la tierra, ya que esta produce un campo magnético natural debido a los movimientos del núcleo que está hecho de hierro y níquel. Este campo magnético es el que hace que la aguja de una brújula siempre se oriente hacia el norte.

Figura 8. Imán natural.

Conclusiones 

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Se observó que al momento de hacer cada prueba se lograron identificar con satisfacción los fenómenos magnéticos permitiendo su total aprendizaje y comprendiendo cosas tan simples como la verdadera explicación de una brújula. El magnetismo es tan vital e importante para el ser humano que se encuentra en todo lugar y se usa para el funcionamiento de diversas cosas, desde la creación de un motor, hasta la orientación en el mar. En el proceso de la bobina, se pudo comprobar lo planteado por Oersted, ya que observamos como la corriente generó un campo magnético demostrado en las ondas del agua.

Referencias   

http://newton.cnice.mec.es/newton2/Newton_pre/escenas/electricidad_magnetismo/campocre adoporbobina.php http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/elecmagnet/campo_magnetico/espira/espira.html http://www.etitudela.com/Electrotecnia/principiosdelaelectricidad/tema1.3/contenidos/01d56 994aa101f202.html