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Universidad de Sonora Departamento de Físi a Ele tromagnetismo

Estudio de los imanes Prá ti a 07

María Fernanda Moreno López

Li en iatura en Físi a Grupo 1 , Horario 17:00-19:00 Hermosillo - 15 de marzo de 2015

Estudio de los imanes

1.

4 Mar o teóri o

Introdu

ión

En la prá ti a siguiente se estudia el omportamiento de los imanes en presen ia de otros imanes y el tipo de fuerza que maniestan entre ellos.

2.

Objetivos

1. Identi ar los polos de un imán. 2. Estudiar la forma omo intera tuan los polos de los imanes. 3. Medir la fuerza que se ejer en dos imanes entre sí al variar su separa ión.

3.

Materiales

1. Dos imanes en forma de anillo. 2. 7 Cilíndros hue os de aluminio, uyo diámetro interno sea de una a dos pulgadas. La longitud de éstos de al menos 4 entímetros. No es ne esario que todos sean iguales. 3. Una balanza granataria de 0.1 gramo. 4. Un metro de alambre de obre delgado, número 38 aproximadamente. 5. Base y barra verti al de aluminio para los imanes. 6. Base y soporte universal. 7. Cinta adhesiva (que se pueda es ribir sobre ella). 8. Regla de 30 entímetros.

4.

Mar o teóri o

Los griegos des ubrieron que la magnetita atrae fragmentos de hierro. Podemos de ir que ellos tenían ono imiento del magnetismo desde el año 800 a.C. En 1269, Pierre de Mari ourt des ubrió que una aguja er a de un imán de forma esféri a apunta en dire

iones que forman líneas que rodean al imán, pero en dos puntos diametralmente opuestos, las líneas que se forman lo atraviesan. De ahi que se les llamó polos del imán a estos dos puntos. Experimentos siguientes demostraron que todo imán, de ualquier geometría, siempre posee dos polos llamados norte (N) y sur (S). Estos polos ejer en fuerzas sobre otros polos magnéti os omo las argas elé tri as ejer en fuerzas entre sí. William Gilbert amplió el experimento de Mari ourt y se basó en las dire

iones en las que se posi iona una brújula para segerir que la Tierra es un imán permanente. Si a un imán en forma de barra se le suspende de su entro de masa

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5 Pro edimiento

de manera que gire on libertad, girará hasta que su polo norte apunte al Polo Norte geométri o de la Tierra y su polo sur señale al Polo Sur geográ o de la Tierra. Por lo anterior se puede inferir que el Polo Norte geográ o de la Tierra es en realida un polo sur magnéti o y por el ontrario el Polo Sur es un polo norte magnéti o. La fuerza entre los polos magnéti os es similar a la fuerza entre argas elé tri as, pero on la diferen ia de que una arga elé tri a se puede aislar y un polo magnéti o no. Todo imán, no importa en uantos trozos se divida, ada uno tendrá siempre un polo norte y un polo sur.

5.

Pro edimiento

Primer objetivo: Identi ar los polos de un imán 1. Con uno de los extremos de un pedazo de hilo, sujete un imán y enseguida

uélguelo del soporte universal, pro urando que la parte que uelga sea de unos 15 entímetros de longitud. Observe la gura 1. 2. Gire un po o el imán y déjelo que os ile hasta que prá ti amente quede en reposo. Observe qué ara del imán apunta ha ia el norte geográ o y póngale un peda ito de inta adhesiva para distinguirla. 3. Vuelva a girar el imán y déjelo que se estabili e. Observe si la misma ara del imán es la que apunta ha ia el norte geográ o. 4. Gire el soporte universal y deje que el imán se vuelva a estabilizar. Observe si la misma ara del imán apunta en el sentido indi ado anteriormente. Si es así al pedazo de inta adhesiva póngale la letra N indi ando que ese es el Polo Norte del imán. A la ara opuesta, que apunta ha ia el sur geográ o, péguele otro pedazo de inta y es riba en ella la letra S indi ando 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 ada imán, lo

ual servirá para desarrollar el siguiente objetivo.

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5 Pro edimiento

Figura 1: Primer objetivo.

Segundo objetivo: Estudiar la forma omo inter tuan los polos de los imanes 1. Uno de los imanes usados en el objetivo previo, uéguelo en el soporte universal mediante el hilo de obre, pro urando que la longitud que uelgue sea de unos 30 entímetros. Vea la gura 1 para llevarlo a abo. 2. Al imán que uelga a érquele el segundo imán a unos 10 entímetros de separa ión, pro urando que queden frente a frente polos opuestos. Observe el efe to que se produ e en el magneto olgado y a partir de ello deduz a

ómo intera

ionan los polos opuestos. 3. Repita el paso 2, pero ahora a er ando el segundo imán de tal modo que queden frente a frente polos iguales. Observe el efe to que se produ e en el magneto olgado y a partir de ello deduz a la forma ómo intera

ionan los polos iguales de un imán.

Figura 2: 4. A partir de los resultados obtenidos en los pasos 2 y 3, determine los polos del imán de barra. Para llevarlo a abo, a erque el imán de barra

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5 Pro edimiento

al magneto que uelga del alambre y basado en el efe to que observe, determine dónde está el polo norte y dónde el polo sur de di ho magneto. Guíese por la gura 3 para llevarlo a abo.

Figura 3: Segundo objetivo.

Ter er objetivo: Medir la fuerza que se ejer en dos imanes entre sí al variar su separa ión 1. En la barra verti al de aluminio oloque el primer imán en forma de anillo, de tal modo que des anse en la base de aluminio. Puede ser ualquiera de los dos. 2. Con la balanza mida la masa del segundo imán en forma de anillo. 3. Enseguida, oloque este segundo imán en la barra verti al de aluminio, pro urando que queden frente a frente polos iguales. Es de ir que entre el primero y segundo imán exista repulsión. No deje aer los magnetos porque pueden quebrarse. 4. Cuando ambos queden estables en la barra, verti al de aluminio, mida la separa ión entre los polos que están frente a frente. Pro ure que la medi ión de la separa ión se lleve a abo entre las dos super ies de los imanes y no entre sus prote

iones, si es que éstos poseen. 5. Enseguida, mida la masa a uno de los ilindros hue os de aluminio. Ahora agréguelo suavemente a la barra verti al de aluminio, de tal modo que des anse sobre el segundo imán. Guíese por la gura 4 para llevarlo a

abo. 6. Una vez que el sistema se ha estabilizado, mida la separa ión entre los polos de los imanes que están frente a frente. 7. Repita el pasos 5 y 6 para un segundo ilindro hue o, sin quitar el primero. 8. Siga agregando ilindros hue os de aluminio, uno por uno, y repita los pasos 5 y 6 de este objetivo. Deje de agregar ilindros hasta que la separa ión de los imanes sea de 0.5 entímetros aproximadamente.

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6 Resultados

Figura 4: Ter er objetivo.

6.

Resultados

Primer objetivo 1. ¾Se orientaron siempre los dos imanes en la misma dire

ión o se orientaban en diferentes dire

iones? Se orientan en la misma dire

ión.

Segundo objetivo 1. Cuando a er ó los imanes on los polos diferentes frente a frente ¾qué fenómeno observó en el imán olgado? Se atraía ha ia el otro imán 2. Cuando a er ó los imanes on los polos iguales frente a frente ¾qué fenómeno observó en el imán olgado? Giraba a la ara ontraria a la del imán que a er abamos.

Ter er objetivo 1. Mida la fuerza magnéti a del primer imán sobre el segundo, al ulando el peso de los objetos que otan, para ada una de las separa iones. Es de ir que las masas serán el segundo imán y los ilindros de aluminio que se agreguen en ada aso. Medi ión 1 2 3 4 5 6 7 8

Masa (m) 0.06 0.097 0.132 0.168 0.205 0.24 0.275 0.312

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Fuerza magnéti a (Fm ) 0.589 0.951 1.295 1.648 2.01 2.35 2.7 3.06 5

Separa ión (d) 0.027 0.019 0.014 0.012 0.01 0.009 0.007 0.006

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7 Preguntas

2. Haga una grá a de la fuerza magnéti a en fun ión de la separa ión de los dos imanes. 3.5

3

2.5

2

1.5

1

0.5 0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

Figura 5: Fuerza ele tromagnéti a ontra distan ia.

7.

Preguntas

Primer objetivo 1. ¾Qué fenómeno es el que origina que los imanes (que pueden girar sin fri

ión) se orienten siempre en la dire

ión norte-sur? La Fuerza del ampo magnéti o terrestre. 2. Cuando fue des ubierto este fenómeno estudiado ¾a qué dispositivo dio origen? ¾para qué sirvió? Dio origen la brújula. Dispositivo que sirve para orientar a las naves, señalando en las dire

iones norte y sur geográ as.

Segundo objetivo 1. A partir de los efe tos observados en el imán olgado uando se ponen frente a frente polos distintos ¾Qué on lusión obtiene sobre las fuerzas que se ejer en polos diferentes? Polos distintos de atraen. 2. En base a los efe tos observados en el imán olgado uando se ponen frente a frente polos iguales ¾Qué on lusión obtiene sobre las fuerzas que se ejer en polos iguales? Polos iguales se repelen. 3. ¾Cómo determinó los polos del imán de barra? A er andolo a la ara Sur del imán olgado y el iman giró y se detuvo en la ara Norte, por lo que la ara del imán de barra era la Sur.

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8 Bibliografía

4. En el aso de la ele tri idad se pueden tener argas elé tri as aisladas. En el aso del magnetismo ¾es posible tener polos ailados? ¾ ómo se puede

omprobar su respuesta? No se puede aislar un polo magnéti o. Cuando se rompe un imán ada trozo adoptara dos polos magneti os. Se puede omprobar en la prá ti a partiendo un imán en dos.

Ter er objetivo 1. ¾Cómo fue la fuerza mangéti a entre los imanes onforme la separa ión entre ellos de re e? Mayor. 2. ¾Si la separa ión disminuye a la mitad, la fuerza re e el doble? No. 3. ¾Qué tipo de grá a en ontró? Una parábola. 4. ¾Cuáles fuerzas son las que provo an que las masas que otan puedan mantenerse en equilibrio? Haga un diagrama de las fuerzas. La fuerza gravita ional ha ia abajo y la fuerza magnéti a ha ia arriba. Fm

O b

Fg

8.

Bibliografía

inbook, Serway,Jewett, ed.

Ele tri idad y magnetismo , Físi a vol. II, 2005, 6ta

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