Práctica de Electromagnetismo

* Material
* Experimento
* Complementación Teórica

Imanes y corrientes eléctricas
Material

* 1 imán
* 1 pila grande nueva
* 1 clavo o 10 tachuelas (metálicas)
* 1 aguja
* 1 plato hondo imantado
* 1 pedazo pequeño de telgopor (fino)
* 2m de hilo de cobre número 22

Experimento


1. De acuerdo a lo aprendido en la parte teórica ( Magnetismo), imante la aguja con la ayuda de un imán, deje un pedazo de papel pequeño flotando sobre el agua y ponga una aguja imantada sobre el papel. De esa forma construimos una brújula. Como es posible tener certeza de que la aguja fué realmente imantada?

2. Tome un hilo de cobre y colóquelo sobre la brújula que fué construida, lo mas cerca posible y a lo largo de la aguja (Fig. 13) . La aguja cambia de posición?


Figura 13: Esquema de montaje
(cobre - papel – aguja)

3. Ahora, en lugar del hilo de cobre, aproxime la pila de la aguja en los casos:
a) a 10 cm de distancia. Que sucede? Explique.
b) a 30 cm de distancia. Que sucede? Explique.

4. Coloque de nuevo el hilo de cobre sobre la aguja de la brújula, aproxime y retire rápidamente las puntas del hilo de cobre de los polos de la aguja. La operación de conectar el hilo de cobre a la pila tienen que ser lo más rápido posible, de lo contrario la pila se descarga (Fig. 14). La aguja cambia de posición en el momento en que el hilo está conectado a la pila? De una explicación para lo que sucedió.


Figura 14: Esquema de montaje
(Cobre - papel - aguja – pila)

5. Ponga el hilo de metal de manera que pase cinco veces sobre la aguja y páselo por debajo del plato, aproximando después, rápidamente, sus extremos a la pila. La aguja cambia mas de lugar en el ítem 4 o 5? Qué se puede deducir de ese hecho?

6. Aproxime el clavo (no imantado) de un alfiler o tachuela. El clavo atrae el alfiler?

7. Envuelva el hilo de cobre en el clavo, acerque, rápidamente, los extremos del hilo a la pila y acerque el clavo de algunas de las tachuelas (Fig. 15). El clavo atrae las tachuelas?


Figura 15: Esquema de montaje

8. Retire la pila de las puntas del hilo. Sin estar conectadas las puntas del hilo con la pila, el clavo atrae las tachuelas? En caso contrario, hay alguna diferencia entre la atracción en este caso con relación al caso anterior (ítem 7) ?

Complementación teórica

Hasta 1820 se pensaba que existían dos fenómenos totalmente independientes entre sí: Los fenómenos eléctricos y los fenómenos magnéticos. Así, vimos anteriormente que pedacitos de papel eran atraídos por una regla de plástico u otros objetos electrizados, mas no por los imanes. No obstante, en el año l820, Oersted descubrió, accidentalmente, que la corriente eléctrica produce un campo magnético, o sea, que en algunas circunstancias podemos mezclar fenómenos eléctricos y magnéticos.

Hoy en día sabemos que para que eso ocurra hay necesidad de que exista movimiento de cargas eléctricas. De esa forma, cargas eléctricas en movimiento ( corriente eléctrica) pueden producir un campo magnético. ( Fig. 16).


Figura 16: Producción de un campo magnético
(papel - aguja – pila)

Por otro lado, un imán en movimiento puede formar un campo eléctrico y dar lugar a una corriente eléctrica. Estos fenómenos son llamados fenómenos electromagnéticos y ellos son estudiados por el electromagnetismo. En nuestro curso nos limitaremos al estudio del campo magnético producto de cargas en movimiento, o sea. producidos por la corriente eléctrica.
Se dice que un imán crea un campo magnético que sale del norte y va para el sur y podemos esquematizarlo con líneas de campo (Fig. 17). Una aguja de brújula colocada sobre esas líneas se orientará de acuerdo a la dirección de estas líneas.


Figura 17: Aguja magnética colocada en un campo magnético
(aguja, imán)

Si colocamos cargas eléctricas en movimiento en el interior de un cable ( corriente eléctrica) ellas formarán un campo magnético al rededor del cable (Fig. 18) que orientará la aguja. Si el cable pasa varias veces por una misma región , la suma de los campos magnéticos formados darán origen a un campo más fuerte. Un cable envuelto una vez se llama “espira”. Un cable envuelto varias veces formará lo que se llama “bobina”. De esa forma si enrollamos el cable 20 veces tendremos una bobina de 20 espiras.

El hierro del cual es formado el clavo del experimento es un material magnéticamente blando (ver Parte I), si bien que no totalmente. El hierro muy blando usado en los transformadores se llama “hierro dulce”.

El campo magnético de bobina enrollada en el clavo orienta los dominios magnéticos en él, mientras pasa la corriente. Con eso se logra un refuerzo del campo magnético, pues además del campo magnético de las espiras , entra a actuar el campo magnético producto del ordenamiento de los dominios magnéticos del hierro. Este tiene la propensión a aumentar mucho el campo magnético, por lo que es usado para motores eléctricos y transformadores.


Figura 18: Campo magnético creado por el movimiento de cargas eléctricas en un alambre

Los fenómenos electromagnéticos son de importancia vital para la tecnología. Los fenómenos que hemos estudiado en nuestros proyectos, explican como la corriente eléctrica puede producir movimiento, lo que explica el funcionamiento de los motores eléctricos. Existen otros fenómenos que nosotros no estudiaremos aquí y que están relacionados con la inducción de corriente eléctrica por imanes en movimiento. Los dos fenómenos juntos explican como el movimiento de una turbina, en una hidroeléctrica, localizada lejos de nuestra casa, puede hacer funcionar las paletas de una licuadora que estamos usando o de un aire acondicionado en nuestra ciudad.