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• Camilo Andres Guevara

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LOS ENIGMATICOS ANILLOS DE THOMSON.

INTRODUCCIÓN. En este trabajo trataremos de exponer de una forma sencilla la investigación implementación con respecto al experimento Seleccionado al cual hacemos referencia a los llamados "Anillos danzantes” de forma más común el reconocido experimento de los “Anillos de Thompson” por lo tanto a lo largo de este documento se pretende enfatizar en todo lo concerniente a este fenómeno electromagnético. Desde la explicación de donde nació la idea de proyecto, pasando por una breve reseña histórica de los personajes principales, luego describiendo el experimento, continuando con los materiales y la forma de construcción del prototipo en el cual está basado el experimento teniendo en consideración la cuestión de sí ¿Cualquier tipo de material es propicio para la realización del experimento ó se necesita de materiales específicos? y ¿Por qué?, luego describiendo cada uno de los pasos a seguir de tal forma que su elaboración pueda ser adecuada y Precisa tolerando un rango de error mínimo para la realización de sus respectivas pruebas, demostración del experimento de forma matemática, implicaciones que el experimento o el fenómeno natural ha tenido en nuestro mundo actual y finalmente algunas conclusiones ligadas a los objetivos propuestos.

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA Y/O PREGUNTA. La levitación magnética siempre ha sido uno de los fenómenos más llamativos que ah tenido el ser humano debido a que a la vista humana se comporta como un fenómeno de gravedad cero, parecida a la experimentada en el espacio exterior pero la cuestión no es así de simple o mejor dicho involucra muchas más cosas que permiten que sea posible tal fenómeno, en realidad sabemos que la levitación se logra por medio del principio de repulsión que tienen dos polos de igual carga magnética es por esto que la idea del grupo de investigación de este proyecto quiso ir más allá y responder la siguiente pregunta ¿Cómo se puede reflejar y/o demostrar el fenómeno de levitación que no implique la utilización de los imanes, por el contrario utilizándolos?

OBJETIVOS Elaborar y demostrar el comportamiento total referente al fenómeno de levitación en los anillos de Thompson teniendo en cuenta para su desarrollo la respectiva investigación y diseño para concluir en sus respectivas conclusiones.  Investigar acerca del experimento de los anillos de Thompson.  Diseñar el prototipo con el cual se realizarán las pruebas demostrativas del fenómeno mencionado 

Elaborar el prototipo citado previamente.



Demostrar el fenómeno de levitación y a su vez los fenómenos que intervienen en el experimento.



Establecer conclusiones sujetas a las experiencias obtenidas a través del proceso de experimentación.

METODOLOGIA El experimento consiste en el fenómeno de la levitación de un anillo de cobre y/o aluminio que esta introducido en el núcleo y/o tubo de hierro montado en el prototipo anteriormente descrito, dicha levitación se produce por la interacción de dos campos magnéticos; con la disposición del Prototipo, se procede a conectar la bobina a una fuente de corriente alterna que generara a su vez campo magnético alterno, es decir el campo magnético generado es variable debido a que la corriente suministrada es cambiante en el tiempo por lo tanto genera este mismo efecto en él, esta variación del campo inducirá corrientes eléctricas parásitas en el anillo. Al permitir el flujo de corriente alterna a través de la bobina, se genera un flujo magnético a lo largo del núcleo que pasa por el centro de la bobina, como se comento previamente el flujo magnético es variable y atraviesa el área del anillo induciendo una corriente parásita en el mismo, dichas corrientes crean un campo magnético en oposición al campo magnético generado por la bobina, es decir se Crean polaridades iguales tanto en el anillo como él la bobina, produciendo una repulsión permanente, permitiendo observar la suspensión y por lo tanto el efecto de levitación en el anillo. Esta levitación también está dada debido a que el campo producido por la bobina tiene dos componentes una longitudinal o normal que es la que permite inducir las corrientes parásitas en el anillo y la otra componente se conoce como radial, está permite una interacción entre ambas corrientes tanto la de la bobina como ahora la creada o suministrada en el anillo por consiguiente también hay presencia de dos campos magnéticos que provocan que el anillo quede suspendido a cierta altura esto dado por la repulsión que existe entre los campos.

Materiales. Los materiales necesarios para la realización del experimento son: 1.

Una bobina (solenoide) con un número de vueltas entre 600 y 1000 vueltas, el calibre del cobre debe ser de 23 AWG. 2. Un núcleo y/o tubo de material de hierro dulce u otro material conductor que no se magnetice. 3. Uno o varios anillos de material de cobre y/o aluminio 4. Un generador de corriente alterna regulada (opcional) 5. Un Led indicador 6. Un pulsador y/o interruptor 7. Cables para la conexión del prototipo 8. Un reóstato (opcional) MARCO TEÓRICO Historia El experimento del salto del anillo fue realizado por primera vez por Elihu Thompson en el American Institute of Electrical Engineers de Nueva York en mayo de 1887 y repetido en París en 1889. Elihu Thomson nació el 29 de Marzo de 1853 en Manchester, Inglaterra, Aunque sus dos padres eran escoceses, debido a una depresión económica de la época hizo que sus padres emigraran a los Estados Unidos en 1858, cuando él tenía cinco años, para radicarse en Filadelfia. Elihu Thomson se graduó en la Central High School en 1870, ubicada en el mismo Filadelfia, que era una escuela orientada a la técnica a través de trabajo de laboratorio. Thomson fue maestro en la misma Central High School, en la enseñanza de química y física, al mismo tiempo que empezó a investigar en el campo de la electricidad. Thomson llegó a ser un prolífico inventor y llegó a tener aproximadamente 700 patentes en su vida activa. E.Thomson condujo la empresa Thomson-Houston, la empresa Thomson-Houston en 1892 se unió con la Edison General Electric para formar la General Electric Company. Elihu Thomson murió el 13 de Marzo de 1937, a los 83 años. Este experimento tiene una relación muy cercana con las leyes de Michael Faraday y Heinrich Lenz por lo que son personajes importantes para la comprensión del experimento realizado por Thomson.

Michael Faraday (Newington, Gran Bretaña, 1791-Londres, 1867) Científico británico. Uno de los físicos más destacados del siglo XIX. En esa época, el científico danés Hans Christian Oersted descubrió los campos magnéticos generados por corrientes eléctricas. Basándose en estos experimentos, Faraday

logró desarrollar el primer motor eléctrico conocido. En 1831 colaboró con Charles Wheatstone e investigó sobre fenómenos de inducción electromagnética. Observó que un imán en movimiento a través de una bobina induce en ella una corriente eléctrica, lo cual le permitió describir matemáticamente la ley que rige la producción de electricidad por un imán Heinrich Friedrich Emil Lenz (Dorpat, 1804 - Roma, 1865) Físico ruso. Profesor y rector de la Universidad de San Petersburgo, estudió el efecto Peltier, la conductividad de los metales y la variación de la resistencia eléctrica con la temperatura. Enunció una ley que permite conocer la dirección y el sentido de la corriente inducida en un circuito eléctrico Filosófica A partir de la contribución de Elihu Thomson se hautilizado su participación en la física como un ejemplo impactante de la ley de Faraday, ley de Lenz y la ley de Joule, es decir es una prueba irrefutable y explicativa de estas leyes, es la forma visual-descriptiva para la teoría suministrada por estos personajes. En la época actual este demostración y todo lo que conlleva este fenómeno ha sido la base de los crecimientos tecnológicos que avanzan a pasos agigantados con relación a lo referente a la levitación, es por ello que se han realizado invenciones como el tren Maglev, implementación en juegos mecánicos, propulsión de naves espaciales con Levitación Magnética etc., además de ser una tendencia en auge que trae consigo la reducción de la explotación minera ya que no existe fricción entre elementos por lo que no se requiere de algún tipo de lubricante y la inexistencia del ruido mejorando la estadía en los entornos. Antes de continuar con el desarrollo matemático del experimento, se debe hacer alusión de algunos conceptos importantes para entender el comportamiento físico que se evidencia en la demostración del experimento en cuestión. Los términos son los siguientes: Campo Magnético: Un campo magnético es un campo de fuerza creado como consecuencia del movimiento de cargas eléctricas. La fuerza de un campo magnético se mide en Gauss (G) o Tesla (T). El flujo decrece con la distancia a la fuente que provoca el campo. Inducción electromagnética: es el proceso mediante el cual campos magnéticos generan campos eléctricos. Al generarse un campo eléctrico en un material conductor, los portadores de carga se verán sometidos a una fuerza y se inducirá una corriente eléctrica en el conductor Fuerza electromotriz (fem): de una fuente se define como el trabajo realizado por el dispositivo por unidad de carga, por lo que las unidades de fuerza electromotriz son los voltios. Cuando decimos que un campo magnético genera una corriente eléctrica en un conductor, nos referimos a que aparece una fem (llamada fem

inducida) de modo que las cargas del conductor se mueven generando una corriente (corriente inducida) Ley de Lenz: El signo menos de la ley de Faraday Indica el sentido que va a llevar la corriente inducida ya que la fem puede pasar de ser negativa o positiva y no dice nada acerca del sentido que debe tener. El sentido correcto de la fem se puede obtener de la ley de Lenz propuesta en 1834 y una de sus muchas formas para enunciarla es: “Una fuerza electromotriz inducida genera una corriente que a su vez induce un campo magnético con sentido tal que se opone a la causa que lo produce" Ahora que ya se han definido los conceptos trascendentes podemos ahora pasar a definir la parte matemática del experimento. Si bien es cierto que la explicación del experimento se hace más comprensible a través del método visual es también de vital importancia comprender los principios físicos de fondo que se inmiscuyen durante el planeamiento y la posterior realización experimental de los anillos de Thomson, por lo tanto a continuación se describirán las fórmulas matemáticas que se deben utilizar. Cabe destacar que solamente se enunciaran dichas fórmulas ya que para hallar los diferentes ítems como fuerza magnética, corrientes inducidas etc., se debe poseer algún dispositivo que calcule campos magnéticos generados por la bobina y estos implementos por el momento no está disponibles.

. Dirección de las componentes de campo y fuerza magnética Haciendo uso de la figura 5a, es congruente decir que las componentes radiales del campo se anulan, mientras que aquellas componentes longitudinales se refuerzan entre sí, por tal fenómeno la fuerza estará dirigida sobre el eje Z y su valor real será dado por la siguiente ecuación:

Apropiándose del concepto de que es posible

es proporcional a la corriente en el solenoide,

afirmar que la misma es proporcional a (v y que es proporcional a entonces la fuerza en el anillo es proporcional a entonces la componente Z de la fuerza atenderá a la sucesiva:

Sea k el valor de una constante de proporcionalidad. Por tanto, el valor medio de esta fuerza será:

BIBLIOGRAFIA. [1] R. R. Gómez Historia de la Ingeniería. [En línea]. Disponible en: http://www.ruelsa.com/cime/boletin/2005/b82.html [2] Biografías y Vidas. Michael Faraday. [En línea]. Disponible en: http://www.biografiasyvidas.com/biografia/f/faraday.htm [3] Biografías y Vidas. Heinrich Friedrich Emil Lenz [En línea]. Disponible en : http://www.biografiasyvidas.com/biografia/l/lenz_heinrich.htm [4] Universidad de Antioquia. Física II Ley de Faraday y Ley de Lenz [En línea]. Disponible en:http://docencia.udea.edu.co/regionalizacion/irs404/contenido/capitulo10.html [5] L.J. Salazar. Anillos de Thomson [En línea]. Disponible en http://fisicaexpdemostrativos.uniandes.edu.co/AnillosDeThomson.html [6] T. M. Blas y A.S. Fernández. Magnetismo [En línea]. Disponible en: http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/ magnet/induccion.html

Fabián Pulido García Camilo Andrés Guevara Triana Estudiantes Ingeniería de Telecomunicaciones Unipanamericana- Compensar Institución Universitaria - Bogotá.