LABORATORIOS DE TECNOLOGIAS EST 33: enero 2012

ESCUELA SECUNDARIA TÉCNICA No. 33

“PROFR. RAFAEL RAMÍREZ CASTAÑEDA”

LABORATORIO DE DISEÑO DE CIRCUITOS ELECTRICOS 1.

PROYECTO No.2

Nombre deL PROYECTO: MAGNETISMO Y ELECTROIMÁN.

CICLO ESCOLAR 2011-2012. FECHA: _________________________

NOMBRE DEL ALUMNO: _____________________________________

GRADO: 1º TURNO: MATUTINO

NOMBRE DEL PROFESOR: FRANCISCO JAVIER DE LA ROSA ORTIZ.

FIRMA DEL PROFESOR: ___________________________

OBJETIVO DEL PROYECTO:

AL TÉRMINO DEL PROYECTO, EL EDUCANDO VERIFICARA Y COMPROBARA COMO OCURREN LOS FENÓMENOS MAGNÉTICOS Y CONSTRUIRA UN ELECTROIMÁN SENCILLO ASÍ COMO UN MOTOR BÁSICO Y EXPERIMENTARÁ LA UTILIDAD DE LOS MISMO.

CONSIDERACIONES TEÓRICAS.

LOS FENÓMENOS MAGNÉTICOS SE CONOCEN DESDE HACE POR LO MENOS 2800 AÑOS, A PARTIR DE LA OBSERVACIÓN DE LOS ANTIGUOS GRIEGOS EN EL AÑO 800 A. C. DE QUE CIERTOS FRAGMENTOS DE MINERAL EN ESTADO NATURAL SE ATRAÍAN ENTRE SÍ Y ATRAÍAN TAMBIÉN A PEQUEÑOS TROZOS DE UN METAL, EL HIERRO, PERO NO A OTROS METALES COMO EL ORO Y LA PLATA. DICHO MINERAL SE ENCONTRÓ EN MAGNESIA, HOY MANISA, EN EL OESTE DE TURQUÍA, HOY EL MATERIAL ES CONOCIDO COMO MAGNETITA Y NO ES OTRA COSA MÁS QUE FE₃O₄ ; ESTOS FRAGMENTOS ERAN EJEMPLOS DE LO QUE AHORA CONOCEMOS COMO IMANES PERMANENTES.

TODOS LOS IMANES, SIN IMPORTAR SU FORMA TIENEN DOS POLOS, LLAMADOS POLO NORTE O POLO “N” Y POLO SUR O POLO “S”, LOS POLOS RECIBIERON SUS NOMBRES DEBIDO AL COMPORTAMIENTO DE UN IMÁN EN LA PRESENCIA DEL CAMPO MAGNÉTICO DE LA TIERRA, EL POLO NORTE DEL IMÁN TIENDE A APUNTAR AL POLO NORTE GEOGRÁFICO DE LA TIERRA Y SU POLO SUR APUNTARÁ AL POLO SUR GEOGRÁFICO TERRESTRE, ESTO SE UTILIZÓ PARA CONSTRUIR UNA BRÚJULA SIMPLE.

EN 1825 EL INGLÉS WILLIAM STURGEON (1783-1850) ENROLLÓ 18 ESPIRAS DE ALAMBRE CONDUCTOR ALREDEDOR DE UNA BARRA DE HIERRO DULCE, QUE DOBLÓ PARA QUE TUVIERA LA FORMA DE UNA HERRADURA. AL CONECTAR LOS EXTREMOS DEL CABLE A UNA BATERÍA EL HIERRO SE MAGNETIZÓ Y PUDO LEVANTAR UN PESO QUE ERA 20 VECES MAYOR QUE EL PROPIO. ESTE FUE EL PRIMER ELECTROIMÁN, ES DECIR, UN IMÁN ACCIONADO POR ELECTRICIDAD.

AÑOS DESPUÉS, EN 1829, EL ESTADOUNIDENSE JOSEPH HENRY (1797-1878) CONSTRUYÓ UNA VERSIÓN MEJORADA DEL ELECTROIMÁN. PARA ELLO ENROLLÓ EN UNA BARRA DE HIERRO DULCE ESPIRAS EN FORMA MUCHO MÁS APRETADA Y EN UN NÚMERO MAYOR; DE ESTA MANERA LOGRÓ UNA MAYOR INTENSIDAD MAGNÉTICA. EL ELECTROIMÁN SE COMPORTA DE FORMA EQUIVALENTE A UN IMÁN PERMANENTE, CON LA VENTAJA DE QUE SU INTENSIDAD SE PUEDE CONTROLAR, YA SEA CAMBIANDO LA CORRIENTE QUE SE LE HACE CIRCULAR O VARIANDO EL NÚMERO DE ESPIRAS DE LA BOBINA. ADEMÁS, AL CESAR LA CORRIENTE, CUANDO SE DESCONECTA LA BATERÍA, DESAPARECE EL EFECTO MAGNÉTICO.

HOY DÍA SE LE HA DADO A ESTE DESCUBRIMIENTO UN GRAN USO PRÁCTICO, DESDE LOS PEQUEÑOS IMANES DE FIGURAS, HASTA LAS CINTAS MAGNÉTICAS PARA GRABAR Y LOS DISCOS DE COMPUTADORA.

LA ELECTRICIDAD Y EL MAGNETISMO ESTÁN ESTRECHAMENTE RELACIONADOS. EL MOVIMIENTO DE ELECTRONES CAUSA AMBOS Y CADA CORRIENTE ELÉCTRICA TIENE SU PROPIO CAMPO MAGNÉTICO. ESTA FUERZA MAGNÉTICA EN LA ELECTRICIDAD SE PUEDE UTILIZAR PARA HACER QUE PODEROSOS ELECTROIMÁNES PUEDAN SER PRENDIDOS Y APAGADOS CON EL MOVIMIENTO DE UN CONMUTADOR.

LOS ELECTROIMANES VIENEN EN TODO TIPO DE TAMAÑOS, DESDE LOS PEQUEÑOS QUE UTILIZAMOS EN LOS TIMBRES DE PUERTAS HASTA LOS QUE SE UTILIZAN PARA LEVANTAR COCHES Y OTROS OBJETOS PESADOS DE HIERRO.

EXPLICACIÓN CIENTÍFICA.

CUANDO LAS CARGAS ELÉCTRICAS SE MUEVEN CREAN A SU ALREDEDOR UN CAMPO MAGNÉTICO. ESTO ES LO QUE COMPROBÓ OERSTED EN SU FAMOSO EXPERIMENTO QUE CONSISTIO EN PASAR UNA CORRIENTE ELÉCTRICA ATRAVES DE UN HILO Y OBSERVAR QUE LAS BRUJULAS SE ORIENTABAN PERPENDICULARMENTE AL HILO, DE FORMA QUE LAS LÍNEAS DEL CAMPO MAGNÉTICO SON CIRCUNFERENCIAS CONCÉNTRICAS CON EL HILO.

SI AHORA EL HILO POR EL QUE PASA LA CORRIENTE SE ENROLLA EN FORMA DE HELICE PARA FORMAR UN SELENOIDE, EL CAMPO PRODUCIDO POR LAS DISTINTAS ESPIRAS SE SUMA PARA DAR UN CAMPO QUE SIGUE EL EJE DEL SOLENOIDE. TENEMOS ASÍ PRACTICAMENTE UN IMÁN CON SUS POLOS NORTE Y SUR EN LOS EXTREMOS DE LA HELICE.

SI DENTRO DE ESE SOLENOIDE METEMOS UNA BARRA DE HIERRO (U OTRO MATERIAL FERROMAGNÉTICO) LOS DOMINIOS MAGNÉTICOS DEL HIERRO (EN ÚLTIMA INSTANCIA, LOS ÁTOMOS DE HIERRO) SE ORIENTAN TODOS DE ACUERDO CON ESE CAMPO MAGNÉTICO Y SE REFUERZAN LOS EFECTOS Y NO HACE FALTA QUE LA CORRIENTE PASE POR EL HIERRO PARA QUE SE PRODUZCA EL CAMPO MAGNÉTICO, BASTA CON QUE EL CAMPO MAGNÉTICO PASE POR EL HILO PARA QUE SUS DOMINIOS SE ORIENTEN Y SE CONVIERTA EN UN IMÁN.

AL ENROLLAR EL ALAMBRE SOBRE EL TORNILLO O CLAVO, SE PRODUCE UN ELECTROIMÁN QUE TIENE DOS POLOS, UNO NEGATIVO Y UNO POSITIVO. SU FUERZA DEPENDE DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA, EL NÚMERO DE VUELTAS Y EL MATERIAL DEL NÚCLEO.

FIG. 1 CONSTRUCCIÓN DE UN ELCETROIMÁN.

FIG. 2 PRECAUCIÓN; EL ELECTROIMÁN SE PUEDE DAÑAR POR MANTENERLO MUCHO TIEMPO CONECTADO A LA PILA.

FIG. 3 EXPERIMENTO DE OERSTED

PRECAUCIÓN:

HAY QUE TENER MUCHO CUIDADO SIEMPRE QUE SE MANEJEN APARATOS QUE SE CONECTAN A LA CORRIENTE ELECTRICA.
SI TENEMOS MUCHO TIEMPO CONECTADO EL ELECTROIMÁN PUEDE CALENTARSE EN EXCESO.

HERRAMIENTAS Y EQUIPOS.

UNA AGUJA O ALFILER
UN PEDACITO DE UNICEL.
UN RECIPIENTE DE ½ LITRO (UN ENVASE DE CREMA ALPURA, LALA O SIMILAR).
UN CLAVO DE HIERRO DE 2½” (PULGADAS) O DE 3” (PULGADAS) O UN TORNILLO DE HIERRO GRANDE (3”).
1 mt. DE ALAMBRE MAGNETO CAL. 22
PILA TAMAÑO “D”.
CINTA ADHESIVA.
UN CUTER O UN PEDAZO DE LIJA DE GRANO MEDIANO.
LIMADURA DE HIERRO U OBJETOS DE HIERRO ( CLIPS, PLUMA METÁLICA, BROCHES DE PELO METÁLICOS, ETC.).
UNA BRÚJULA.

DESARROLLO DEL PROYECTO:

BRÚJULA BÁSICA.

1. LLENAR A ¾ CON AGUA EL RECIPIENTE.

2. INSERTAR LA AGUJA EN EL PEDACITO DE UNICEL EN FORMA CÉNTRICA.

3. COLOCA LA AGUJA EN EL AGUA Y OBSERVA LO QUE SUCEDE. ANOTA TUS OBSERVACIONES EN LA TABLA No.1

4. SACA LA AGUJA DEL AGUA, SECALA Y FROTALA CON EL IMÁN PARA IMANTARLA Y DESPUES COLOCALA DE NUEVO SOBRE EL AGUA, OBSERVA LO QUE SUCEDE. ANOTA TUS OBSERVACIONES EN LA TABLA No.1

5. DIBUJA EL FENÓMENO OBSERVADO EN LA TABLA No.1

ELECTROIMÁN.

QUITA 2 Ó 3 CENTÍMETROS DEL AISLAMIENTO DEL ALAMBRE MAGNETO CON UN CUTER O CON UN PEDAZO DE LIJA.
CONECTA LAS PUNTAS DEL ALAMBRE A LA PILA Y ACERCALO A LA BRÚJULA (FIG 3). OBSERVA LO QUE OCURRE AL ACERCAR LA BRÚJULA. COLOCA LA BRÚJULA EN TRES POSICIONES DISTINTAS CON RESPECTO AL ALAMBRE Y ANOTA TUS OBSERVACIONES EN LA TABLA No.2

PRECAUCIÓN: NO DEJES MUCHO TIEMPO CONECTADO EL ALAMBRE AL LA PILA, POR QUE ÉSTE SE CALIENTA Y PUEDES SUFRIR UN ACCIDENTE.

ENRROLLA EL CABLE ALREDEDOR DEL CLAVO DE HIERRO O DEL TORNILLO Y SUJETA LOS DOS EXTREMOS CON CINTA ADHESIVA PARA QUE NO SE DESENRROLLEN (FIG. 1).
RETIRA EL CLAVO DEL SOLENOIDE (DE LAS ESPIRAS QUE CABAS DE FORMAR) Y CONECTA LOS DOS EXTREMOS A LA PILA, A CONTINUACIÓN ACERCALO A LA LIMADURA DE HIERRO Y OBSERVA SI LA ATRAE O NO. ANOTA TUS OBSERVACIONES EN LA TABLA No.2
ACERCA LA BRÚJULA EN CADA EXTREMO DEL SOLENOIDE Y EN LA PARTE SUPERIOR DE ÉSTE Y OBSERVA LO QUE OCURRE. ANOTA TUS OBSERVACIONES EN LA TABLA No.2

PRECAUCIÓN: ¡SI EL ALAMBRE SE PONE CALIENTE AL TACTO EN ALGÚN MOMENTO, DESCONÉCTALO DE INMEDIATO DE LA PILA! (FIG. 2)

AHORA INTRODUCE DE NUEVO EL CLAVO EN EL SOLENOIDE Y CONECTA LOS DOS EXTREMOS A LA PILA, A CONTINUACIÓN ACERCALO A LA LIMADURA DE HIERRO Y A LOS DEMÁS OBJETOS METÁLICOS, OBSERVA SI EL ELECTROIMÁN QUE ACABAS DE CONSTRUIR ATRÁE LA LIMADURA DE HIERRO. ANOTA TUS OBSERVACIONES EN LA TABLA No.2
ACERCA LA BRÚJULA EN CADA EXTREMO DEL SOLENOIDE Y EN LA PARTE SUPERIOR DEL SOLENOIDE Y OBSERVA LO QUE OCURRE. ANOTA TUS OBSERVACIONES EN LA TABLA CORRESPONDIENTE.
DESCONECTA LA CORRIENTE Y OBSERVA LO QUE OCURRE. ANOTA TUS OBSERVACIONES EN LA TABLA.

TABLA No.1

DESARROLLO	OBSERVACIÓN.
AGUJA EN EL AGUA SIN IMANTAR
AGUJA EN EL AGUA IMANTADA
DIBUJO DEL FENÓMENO OBSERVADO.

TABLA No. 2

DESARROLLO	OBSERVACIÓN.
ALAMBRE CONECTADO A LA PILA.	1ª. 2ª. 3ª.
SOLENOIDE (ESPIRALES) SIN CLAVO SIN CONECTARLO A LA PILA. LIMADURA DE HIERRO
SOLENOIDE (ESPIRALES) SIN CLAVO SIN CONECTALO A LA PILA. BRÚJULA	1ª. 2ª. 3ª.
SOLENOIDE (ESPIRALES) CON CLAVO EN EL CENTRO CON LA PILA CONECTADA. LIMADURA DE HIERRO.
SOLENOIDE (ESPIRALES) CON CLAVO EN EL CENTRO CON LA PILA CONECTADA. BRÚJULA.	1ª. 2ª. 3ª.
SOLENOIDE (ESPIRALES) CON CLAVO EN EL CENTRO. DESPUÉS DE HABER DESCONECTADO LA PILA. ACERCARLO A LA LIMADURA DE HIERRO O A LOS OBJETOS METÁLICOS.

CUESTIONARIO:

1. INVESTIGA LO QUE SON LOS POLOS MAGNETICOS TERRESTRES Y SU IMPORTANCIA EN LA VIDA.

2. ¿QUÉ SON LAS LÍNEAS DE CAMPO MAGNÉTICO?

3. ¿QUÉ ES UNA BRÚJULA? Y DESCRIBE CUÁL ES SU CAMPO DE APLICACIÓN

4. ¿QUÉ ES UN IMÁN?

5. ¿QUÉ ENTIENDES POR IMANTAR?

6. INVESTIGA ¿QUÉ ES UN CAMPO MAGNETICO POR INDUCCIÓN?

7. ¿QUÉ ES UN SOLENOIDE?

8. DESCRIBE EL PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL ELECTROIMÁN.

9. ¿CUÁL ES EL CAMPO DE APLICACIÓN DEL ELECTROIMÁN?

10. INVESTIGA ¿QUÉ ES EL MAGNETISMO?

11. ¿POR QUÉ EL ELECTROIMÁN QUE CONSTRUÍSTES SIGUE ATRAYENDO LOS OBJETOS METÁLICOS SIN ESTAR CONECTADO A LA PILA?

NOTA: ENTREGA TU PROYECTO CONTESTADO Y FIRMADO ASÍ COMO UN ANEXO DE TU CUESTIONARIO CONTESTADO, TU BIBLIOGRAFÍA Y TUS CONCLUSIONES EN WORD ARIAL 12, EN HOJAS TAMAÑO CARTA.

BIBLIOGRAFÍA:

CONCLUSIONES: