Campo Magnético de un Imán Permanente Campo Magnético de un Imán Permanente O!etivo
O!etivo
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• Estudiar cómo cambia la intensidad del campo magnético producido por unEstudiar cómo cambia la intensidad del campo magnético producido por un
imán permanente en función de la distancia. imán permanente en función de la distancia. Fundamentación
Fundamentación
Tenemos noticias de observaciones de fenómenos magnéticos por parte de los Tenemos noticias de observaciones de fenómenos magnéticos por parte de los griegos desde hace ya cerca de 2500 años cierto mineral !conocido ahora griegos desde hace ya cerca de 2500 años cierto mineral !conocido ahora co
commoo magnetitamagnetita" " tenten#a #a la la propropiepiedad dad de de atratraer pie$as de aer pie$as de hiehierrorro% % y y e&ie&iststenen referencias escritas del uso de imanes en la navegación 'ue datan del siglo referencias escritas del uso de imanes en la navegación 'ue datan del siglo ()).
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*ntes de 'ue se comprendiera la relación entre las interacciones magnéticas y *ntes de 'ue se comprendiera la relación entre las interacciones magnéticas y
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las s cacargrgas as en en momovivimimienento to !l!lo o 'u'ue e seserá rá obob+e+eto to de de esestutudidio o en en prprácáctiticacass posteriores"% las interacciones de los imanes permanentes entre s# y con otros posteriores"% las interacciones de los imanes permanentes entre s# y con otros ob+et
ob+etos se os se descrdescrib#an en términos deib#an en términos de polos magnéticospolos magnéticos. ,or analog#a con las. ,or analog#a con las interacciones eléctricas% describimos las interacciones a-rmando 'ue un imán interacciones eléctricas% describimos las interacciones a-rmando 'ue un imán permanente origina un campo magnético en el espacio 'ue lo rodea% y los permanente origina un campo magnético en el espacio 'ue lo rodea% y los otros cuerpos responden a ese campo. na agu+a de br/+ula tiende a alinearse otros cuerpos responden a ese campo. na agu+a de br/+ula tiende a alinearse con el campo magnético en la posición de la agu+a.
con el campo magnético en la posición de la agu+a. as
as aplaplicaicaciociones nes de de los los imaimanes nes perpermanemanententes s puepueden den divdividiidirserse% % en en forformama general% en cuatro categor#as
general% en cuatro categor#as C
Caatteeggoorrííaa AApplliiccaacciióónn 1
1 Uso de fuerzas de Uso de fuerzas de atracción/repulsión:atracción/repulsión: Separadores magnéticos
Separadores magnéticos 2
2 Conversión de energía mecánica en Conversión de energía mecánica en eléctrica:eléctrica: Magnetos generadores ! alternadores
Magnetos generadores ! alternadores "
" Conversión de energía eléctrica en mecánica:Conversión de energía eléctrica en mecánica: Motores parlantes actuadotes
Motores parlantes actuadotes #
# Control forma ! dirección de $aces de electrones o de iones:Control forma ! dirección de $aces de electrones o de iones:
%u&os de ra!os catódicos enfocados por imanes magnetrones &om&as
%u&os de ra!os catódicos enfocados por imanes magnetrones &om&as iónicasiónicas 'rnold Magnetic
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Magnetics %ec$nolog! Center ( c$nolog! Center ( )ermanent Magnets 'pplications *uide)ermanent Magnets 'pplications *uide $ttp://+++
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1ependendieniendo do de de la la aplaplicacicaciónión% % cieciertortos s matmaterierialeales% s% proproporporciociones nes y y forformasmas puede
pueden n ser más ser más e-ciene-cientes 'ue tes 'ue otrasotras. El . El desardesarrollo de nuevos tipos de rollo de nuevos tipos de imanesimanes permanentes es% gracias a recientes descubrimientos% una de las áreas más permanentes es% gracias a recientes descubrimientos% una de las áreas más apasionantes de la ciencia e ingenier#a de materiales.
apasionantes de la ciencia e ingenier#a de materiales. En
En esesta ta prpráctáctica ica ususarará á el el sesensnsor or de de camcampo po mamagngnététicico o papara ra apaprereciciar ar lala variación
variación del del campo campo magnético magnético como como función función de de la la distancia distancia a a un un imánimán permanente.
Prein"orme
,ara la reali$ación de esta práctica es imprescindible 'ue tenga un conocimiento básico sobre algunos aspectos. El instructor evaluará este conocimiento solicitando un preinforme !individual o grupal" o a través de una prueba corta antes de iniciar la sesión de laboratorio.
3. 1ibu+e y e&pli'ue las diferentes interacciones 'ue ocurren entre dos imanes permanentes 'ue están pró&imos el uno al otro. 3
2. 4eleccione un tipo de material con el 'ue se pueden fabricar imanes permanentes e indi'ue sus principales caracter#sticas y aplicaciones.2
. El concepto de polos magnéticos parece similar al de carga eléctrica !con el 'ue d. ya se encuentra familiari$ado". 6Esta analog#a puede desarrollarse en forma completa% o e&isten diferencias entre ambos conceptos7
8. 6E&isten los monopolos magnéticos7 69uáles han sido los resultados de detectarlos7 6:ué consecuencias traer#a su detección para la ;#sica% la e&plicación del origen del niverso y para su vida7
#$uipo %e$uerido
• )nterfa$
ScienceWorkshop
• 4ensor de campo
magnético
• 4oporte universal y nue$ • 2 )manes permanentes
• Escuadra • ,asta limpiatipos
• 9alibrador • <anco de altura
graduable
• <r/+ula
Procedimiento
Parte I& Con"iguración de la inter"a' ( el sensor
3. 9onecte la interfa$ ScienceWorkshop al computador y enciéndala.
1 9onsultar por e+emplo el volumen 2 del libro ;#sica niversitaria de 4
E*=4%
>E?*@4AB % B C@D y ;=EE1?*@ o el de la ;#sica de ,. *. T),E= !referencias completas
al -nal de la gu#a". 2
<ásese principalmente !pero no e&clusivamente" en la referencia de * =@C1
? *D@ET)9 TE9@CCD)E4.
3
En la Bibliografía al -nal de la gu#a se da una lista de referencias /tiles para responder este punto.
2. 9onecte el sensor de campo magnético en uno de los canales analógicos de la interfa$.
. El sensor de campo magnético tiene ganancias de 1% 1 y 1. ,ara la intensidad del campo a medir% será adecuada una ganancia de 1.
8. E+ecute el programa DataStudio.
5. )nstale el sensor de campo magnético% seleccionando en el programa la ganancia de 1.
F. 1e-na la medida de intensidad de campo magnético% veri-cando las unidades 'ue empleará para esta variable.
G. a toma de datos comprenderá la introducción manual de medidas de distancia entre el sensor y el imán. ,ara registrarlas% haga clic en el botón Opciones de muestreo. 4eleccione la opción Conservar datos sólo si se solicita y habilite las demás opciones disponibles ! Escribir valor con el tecladoH y Solicitar un valor ". Ier ;igura 3.
igura 1
Escriba un ombre para la variable y de-na las unidades con las 'ue reportará la distancia.
J. 9ree un grá-co !ntensidad de campo magnético vs. distancia. Parte II& Con"iguración del e$uipo
3. ?ida las principales dimensiones del imán !altura y diámetro% si se trata de un cilindro% o altura% ancho y espesor% si es rectangular".
2. )denti-'ue los polos @orte y 4ur del imán permanente con ayuda de la br/+ula. . ?onte el imán permanente y el sensor de campo magnético como indica la ;igura 2a% buscando 'ue este to'ue el imán cuando el elevador se encuentre en la posición más alta. 1e ser necesario% use pasta limpiatipos para mantener vertical el imán.
Parte III& Campo magnético como "unción de la distancia al imán
3. 4eleccione en el sensor la medida de la componente "#ial usando el interruptor previsto para tal -n.
2. *le+e el sensor de cual'uier fuente de campo magnético y póngalo en cero oprimiendo el botón $are. 9olo'ue de nuevo en su lugar el sensor de campo magnético.
. Ieri-'ue 'ue el sensor se encuentra sobre el e+e a&ial del imán. 8. )nicie la toma de datos tomando como primer valor el campo
magnético cuando el sensor toca la super-cie del imán !;igura 2a". En ese caso% la distancia a registrar es de 0%5 cm% por'ue el dispositivo 'ue reali$a la medida se encuentra a esa distancia del e&tremo del sensor.
a medida se registra presionando el botón Conservar . Escriba la posición en el cuadro de diálogo 'ue aparecerá a continuación.
5. <a+e lentamente el imán !;igura 2b" y registre el valor del campo magnético cada 0%5 cm hasta una distancia de 30 cm del imán !@ota la distancia má&ima depende del imán empleado".
F. 1etenga el registro de medidas.
G. Opcional. =ealice la medida anterior invirtiendo la posición del imán.
J. Opcional. :uite de nuevo el sensor% alé+elo de cual'uier fuente de campo magnético y seleccione la medida de campo %adial usando el interruptor del sensor.
a. ,onga en cero el sensor oprimiendo el botón $are. 9olo'ue el sensor de campo magnético de nuevo en su lugar.
b. Tome medidas de la componente radial del campo magnético para medidas cada 0%5 cm desde la super-cie del imán hasta 30 cm de él.
K. Opcional. =epita este procedimiento para otro imán permanente. Análisis
@o responda las preguntas 'ue se dan a continuación como un cuestionario ,reguntaL=espuesta. Empléelas como una gu#a para desarrollar su análisis de una manera Muida% apoyándose en las grá-cas y en sus observaciones durante las mediciones reali$adas.
Parte III& Campo magnético como "unción de la distancia al imán
4i reali$ó la medida del campo magnético para los dos polos del imán% tenga en cuenta las siguientes preguntas
3. * partir de los datos tomados realice una tabla como la 'ue se muestra.
Sugerencia Cbtenga estos valores arrastrando los datos de intensidad de campo magnético vs. posición hacia la opción $abla en la ventana de &antallas.
Distancia ) * 34orte ) * 3Sur ) *
2. 6:ué relación deber#a e&istir entre las intensidades de campo magnético medidas para cada polo7 64e cumple esta relación7 Nusti-'ue las seme+an$as o discrepancias encontradas.
. =ealice un grá-co de Ba&ial vs distancia. ,roponga y discuta con su instructor un
modelo 'ue e&pli'ue el comportamiento observado.
as preguntas referidas a la componente radial del campo magnético sólo son aplicables en los casos en los 'ue fue reali$ada esta medida opcional.
3. * partir de los datos tomados realice una tabla como la 'ue se muestra. 69ómo cambia la relación Bradial/ Ba&ial7 Sugerencia Cbtenga estos valores arrastrando los
datos de intensidad de campo magnético vs. posición hacia la opción $abla en la ventana de &antallas.
Distancia ) * 3aial ) * 3radial) * 3radial +3aial
2. 69ómo var#an las componentes a&ial y radial del campo magnético a medida 'ue se ale+a del centro del imán7
. =ealice un grá-co de Ba&ial vs distancia. ,roponga y discuta con su instructor un
modelo 'ue e&pli'ue el comportamiento observado.
8. =ealice un grá-co de Bradial vs distancia. ,roponga y discuta con su instructor
un modelo 'ue e&pli'ue el comportamiento observado.
5. aga un es'uema del vector de campo magnético en cada posición usando los valores de las componentes a&ial y radial de un e&tremo a otro del imán.
Biliogra"ía
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