SOBRE MAGNETISMO |
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 electroimanes 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
A continuación vamos a ver una serie de experiencias sobre magnetismo.
Experiencia 01. Experimentamos con los imanes.
Experiencia 02. Líneas de campo magnético.
Experiencia 03. Detector de líneas de campo.
Experiencia 04. Imanes que levitan.
Experiencia·05. Cadenita de alfileres
Experiencia 06. Imanar sin tocar.
Experiencia 07. Brújula casera.
Experiencia 08. Construimos un electroimán.
Experiencia 09: El aluminio y los imanes.
Experiencia 10. Ferrofluidos.
Experiencia 11. El péndulo magnético.
Experiencia 12. El hierro pesa menos.
Experiencia 13. Separación magnética.
Experiencia 01. Experimentamos con los imanes. |
¿Qué queremos hacer?
Conocer mejor los imanes, tipos, qué materiales atraen, etc.
Materiales.
- Imanes de herradura, de barra, anulares, de neodimio, etc.
- Objetos de distintos materiales: Clips, tachuelas, clavos, pomos, aluminio de las ventanas, bolígrafos, patas de silla o de la mesa, cremalleras de estuches, anillos, cadenas, pulseras, botones metálicos y de otros materiales, armarios metálicos, etc.
Procedimiento
Descubriendo imanes.
- - Manipulamos y exploramos imanes de diferentes formas y tamaños.
- - Descubrimos que se atraen y “se adhieren” a algunos objetos del laboratorio o del aula
- - Buscamos distintos objetos y materiales y experimentamos con el imán
Clasificamos los materiales.
- - Agrupamos los objetos que son atraídos por los imanes y los que no.
- - Agrupamos ls objetos que son atraídos.
- - Observamos que todos los materiales que son atraídos por los imanes son metales (hierro, acero, …)
- - Comprobamos que algunos metales no son atraídos por el imán (plata, oro, cobre, aluminio, bronce,…).
Medimos la fuerza de los imanes.
- - Intentamos “atrapar” objetos magnéticos (acero, hierro) con los imanes sin tocarlos.
- - Comprobamos qué objetos podemos coger con los imanes pequeños y cuáles son los grande,
- - Intentamos atraer muchos objetos con un solo imán
- - Juntamos varios imanes para coger objetos grandes que pesan mucho.
- - Envolvemos un imán film plástico transparente e intentamos “atrapar” objetos magnéticos.
- - Movemos los objetos por encima de la mesa sin tocarlos.
- - Los sacamos de una botella de plástico y de un bote de cristal llenos de agua sin mojarnos.
- - “Pescamos” peces de goma-espuma y de cartulina con la caña de pescar
Construcción de imanes.
- - Hacemos cadenas de objetos magnéticos con un solo imán
- - Quitamos el imán y comprobamos qué ocurre.
- - Frotamos algunos objetos magnéticos con un imán.
- - Comprobamos qué objetos podemos “atrapar” con ese nuevo imán
Observamos cómo actúan los imanes.
- - Pegamos un imán grande en el suelo y vamos acercando poco a poco objetos magnéticos hasta que los “atrapa”.
- - Hacemos lo mismo con imanes pequeños y otros objetos.
- - Esparcimos limaduras de hierro en una bandeja transparente y movemos el imán por debajo
Estudiamos los dos polos de un imán.
- - Juntamos los dos imanes “gigantes” por sus extremos.
- - Intentamos unir los dos rojos, los dos azules y el rojo con el azul.
- - Comprobamos cuándo los extremos del imán se atraen y se unen, y cuándo no podemos juntarlos porque se repelen.
Experiencia 2. Líneas de campo magnético. |
¿Qué queremos hacer?
Visualizar las líneas de campo de varios imanes
Material
o 2 imanes rectos, 1 imán herradura, 1 imán anular, 1 imán de nevera.
o Limaduras de hierro (sirve los restos resultantes de hacer llaves, o cortar un estropajo de cocina de acero)
o Una hoja de papel o una lámina de plástico o de vidrio transparente.
o Salero vacío.
o Film transparente.
Procedimiento.
Sobre el imán colocamos la lámina o papel y esparcimos con la ayuda de un salero las limaduras.
(Para facilitar la recuperación de las limaduras envolveremos los imanes con film transparente, lo aproximaremos a ellas, así se recuperan y se evita el engorro de que se adhieran al imán)
¿Qué sucede?
Visualizamos las líneas de campo:
Las limaduras nos permiten visualizar las líneas de campo magnético de imán recto.
Visualizamos las Líneas de campo:
Las limaduras nos permiten visualiza las líneas de campo de un imán de herradura
Visualizamos las líneas de campo de un imán anular.
Visualizamos las líneas de campo de un imán de nevera.
Visualizamos el campo magnético de dos polos iguales: Dos imanes rectos se colocan alineados con sus polos próximos iguales y separados una cierta distancia. Utilizando limaduras de hierro y un vidrio transparente se pueden obtener la líneas de campo magnético de esta configuración
Visualizamos el campo magnético de polos diferentes
Dos imanes rectos se colocan alineados con sus polos próximos diferentes y separados una cierta distancia. Utilizando limaduras de hierro y un vidrio transparente se pueden obtener la líneas de campo magnético de esta configuración.
Experiencia 3. Detector de líneas de campo. |
¿Qué queremos hacer?
En esta experiencia vamos a fabricar un dispositivo “detector de líneas de campo” que nos ayude a detectar las líneas de campo sin tener que añadir y retirar continuamente las limaduras de hierro.
Material.
- o Un frasco de vidrio transparente
- o Limaduras de hierro
- o Aceite de cocina
- o Imanes.
Procedimiento.
Rellenaremos el recipiente transparente con el aceite y añadiremos unas pocas limaduras de hierro, moviendo un poco para que se repartan uniformemente en el aceite.
Acerca un imán y observa cómo se orientan lentamente las limaduras, dibujando las líneas de campo. Mueve el imán y colócalo con distintas orientaciones.
Prueba a añadir distintas cantidades de limaduras de hierro hasta que consigas un buen detector.
Sigue experimentando
Prueba con distintos tipos de imanes y de diferentes formas. Enfrenta los polos de dos imanes (tanto iguales como diferentes) y observa lo que ocurre.
Experiencia 4. Imanes que levitan. |
En esta experiencia vamos a ver cómo los imanes pueden levitar unos sobre otros
Material
- Imanes anulares
-´Una pajita de refresco.
-´Un pedazo de plastilina.
- Imanes anulares
-´Una pajita de refresco.
-´Un pedazo de plastilina.
Procedimiento
Sujeta la pajita con la bola de plastilina de forma que quede vertical.
Ensarta un imán en la pajita.
Añade más imanes procurando que se enfrenten siempre polos opuestos. Observa qué sucede.
¿Qué sucede?
Los imanes levitan unos sobre otros.
Explicación
Los imanes con el mismo polo se repelen.
Los imanes levitan debido a la repulsión que ejercen entre sí dos polos magnéticos del mismo signo.
Experiencia 5. Cadenita de alfileres. |
¿Qué queremos hacer?
Vamos a imantar alfileres y construir unas cadenitas.
Material
- Alfileres
- Un imán.
- Un imán.
Procedimiento
Acercamos un imán a un alfiler y posteriormente vamos acercando otros alfileres construyendo una cadena de alfileres
Explicación
Hemos imanado por inducción.
Experiencia 6. Imanar sin tocar. |
Vamos a atraer limaduras con un trozo de hierro al que hemos imanado mediante inducción.
Material
- hierro dulce
- Imán
- Limaduras de hierro.
- hierro dulce
- Imán
- Limaduras de hierro.
Procedimiento
Acercamos un trozo de hierro a unas limaduras y comprobamos que no las atrae
Le aproximamos un imán, entonces comprobamos que atrae a las limaduras, lo hemos transformado en un imán.
Explicación:
Al acercar las limaduras de hierro al trozo de imán no las atrae porque no es un imán.
Pero al aproximarle un imán hemos conseguido transformarlo en un imán. Este método para imantar el hierro se llama imanación por inducción. El trozo de hierro imantado se llama imán inducido, si alejamos el imán inductor, vemos que del hierro inducido caen todas las limaduras lo cual pone de manifiesto que ya no es un imán, la imanación dura mientras el imán inductor está suficientemente cerca.
Ahora es muy importante que sepamos cuál es el polo norte del imán inducido. Supongamos que hemos acercado el polo sur del imán inductor; por el método de la aguja magnética que ya hemos aprendido, sabremos cuál es el polo norte del imán inducido: será aquel que rechace al polo norte de la aguja magnética. Con este método comprobaremos muy fácilmente que frente al polo sur del inductor se ha formado, en el inducido, un polo norte. Si hubiéramos acercado el polo norte: al inductor, frente a él se habría formado un polo sur en el inducido.
En resumen: el imán induce en el extremo más cercano de la barra un polo de nombre contrario al que se le ha acercado.
Con este nuevo conocimiento de la imanación por inducción es fácil comprender por qué un imán atrae limaduras de hierro o alfileres: al acercar, por ejemplo, el polo norte de un imán a las limaduras de hierro, el extremo más cercano de éstas se transforma en polo sur y así son atraídas; ellas a su vez inducen magnetismo en otras y así sucesivamente. También así se pueden explicar las cadenitas que se forman con un imán y un conjunto de alfileres (Experimento posterior).
Experiencia 7. Experimentamos con las brújula |
¿Qué queremos hacer?
1ª parte: Que conozcan las brújulas, su descubrimiento, utilidad, sus partes y experimentaremos con ellas.
2ª Construcción de una brújula casera.
1ª parte. Material.
- Una o varias brújulas
- Un imán.
Procedimiento.
- Una o varias brújulas
- Un imán.
Procedimiento.
Les mostramos una brújula, y observarán sus partes: dispone de una aguja y cuatro letras: N S E O, etc.
Experimentamos con ellas: la aguja siempre apunta al norte.
Si la acercamos a un imán la flecha se mueve y da vueltas.
Cuando la alejamos, la flecha se queda siempre en el mismo sitio (mirando a la N de Norte)
Explicación
Un imán tiene dos polos, su polo norte atrae al polo sur de la aguja de la brújula.
El polo sur del imán atrae al polo norte de la brújula
Una brújula casera
Material.
- Una aguja
- Un corcho
- Un cuchillo.
- Un recipiente o un plato.
- Un imán tipo herradura.
- Agua.
- Una aguja
- Un corcho
- Un cuchillo.
- Un recipiente o un plato.
- Un imán tipo herradura.
- Agua.
Procedimiento.
Cortamos un trozo de corcho, de aproximadamente un centímetro y medio de altura, y con un diámetro semejante al de un tapón común de vino. Marcamos el corcho con el cuchillo, un diámetro del disco de corcho es transformado en "un canal" de un milímetro de profundidad. En el canal apoyaremos la aguja (esta debe ser más larga que el diámetro del corcho, debe quedar fuera del corcho, en ambos extremos).
Magnetizamos una aguja o alfiler de acero frotando sobre uno de los polos del imán en la misma dirección y sentido (separando la aguja en cada frotamiento), unas 25 veces.
Cuando la aguja esté magnetizada (lo comprobamos apoyándola sobre una superficie metálica) la colocamos en el canal existente en el corcho.
Llenamos un recipiente con agua y, con muchísimo cuidado, suspendemos el corcho con la aguja hacia arriba.
Alejamos el imán
¿Qué sucede?
El corcho gira libremente hasta que la aguja se coloca en la posición norte-sur.
Analicemos lo obtenido y determinemos los cuatro puntos cardinales.
Explicación
Al frotar la aguja sobre el imán la hemos magnetizado y sin ninguna interferencia apuntará al norte magnético de la Tierra.
Experiencia 08. Construimos un electroimán |
¿Qué queremos hacer?
Conocer los electroimanes, construir un electroimán sencillo y experimentar la utilidad del mismo
Material
- Una pila.
- Un clavo o un tornillo
- un trozo de alambre de cobre.
- Cinta aislante.
- Objetos de hierro: clips, alfileres, etc.
Procedimiento- Una pila.
- Un clavo o un tornillo
- un trozo de alambre de cobre.
- Cinta aislante.
- Objetos de hierro: clips, alfileres, etc.
1. Enrollamos el alambre de cobre alrededor del clavo formando espiras superpuestas llamadas solenoides, fija los extremos con cinta adhesiva para que no se desenrollen.
2. Dejamos unos 10cm de longitud de alambre de cobre libre en cada extremo.
3. Unimos los extremos del alambre a una pila (un extremo al polo negativo y el otro al positivo).
2. Dejamos unos 10cm de longitud de alambre de cobre libre en cada extremo.
3. Unimos los extremos del alambre a una pila (un extremo al polo negativo y el otro al positivo).
4. Al cerrar el circuito la corriente eléctrica se conducirá a través del alambre generándose una fuerza magnética alrededor de las espiras.
5. Acercamos el extremo del clavo a elementos metálicos: clips, clavos, etc.
Variaciones:- Podemos construir varios con más o menos espiras.
- Podemos utilizar una pila más grande o unir varias pequeñas.
¿Qué sucede?
Los objetos son atraídos por nuestros electroimanes caseros.
Cuando retiramos uno de los polos de la pila deja de atraer a los objetos metálicos.
Comprobamos que cuanto más compactadas se encuentren las espiras de alambre, mayor será la fuerza neta del solenoide.
Comprobamos que aumentará la fuerza magnética con una pila más grande o uniendo varias pequeñas Explicación
Cuando las cargas eléctricas se mueven crean a su alrededor un campo magnético. Esto es lo que comprobó Oersted en su famoso experimento. Al pasar la corriente eléctrica por un hilo las brújulas 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 hélice para formar un solenoide el campo producido por las distintas espiras se suma para dar un campo que sigue el eje del solenoide. Tenemos así prácticamente un imán con sus polos Norte y Sur en los extremos de la hélice.
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 hierro para que sus dominios se orienten y se convierta en un imán.
Al enrollar el alambre sobre el tornillo 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.
Experiencia 09. Separación magnética. |
¿Qué queremos hacer
Material
o Ferralla de hierro o acero y de latón o aluminio (restos de hacer llaves en ferreterías)
o Objetos de hierro o acero (chinchetas, alfileres,…)
o Cualquier material que no sea de hierro o acero.
o Film de plástico transparente.
Procedimiento
Forramos con fil transparente el imán.
Acercamos un imán a la mezcla.
¿Qué sucede?
Los elementos de hierro o acero se adherirán a nuestro imán, separándolos de los elementos no ferromagnéticos.
Explicación
Un imán solo atrae el hierro y el acero.
Experiencia 10. El aluminio y los imanes. |
¿Qué queremos hacer?
El metal aluminio no es atraído por los imanes como podemos comprobar si acercamos un imán a cualquier objeto de aluminio, pero podemos conseguir que un imán ejerza una acción sobre el aluminio.
Material
o Un vasito de aluminio o elaborar uno con papel de aluminio del utilizado en la cocina
o Un imán suficientemente potente.
o Un hilo.
Procedimiento
Colocamos el recipiente flotando en un recipiente (plato) con agua (así disminuimos el rozamiento y el recipiente de aluminio se puede mover más libremente).
Colgamos un imán (potente) de un hilo y lo hacemos girar rápidamente en el interior del recipiente (sin tocarlo).
Los polos del imán tienen que estar en el plano horizontal, perpendiculares al eje de giro.
¿Qué sucede?
El recipiente comienza a girar. Cuando cambiamos el sentido del giro el recipiente también cambia el sentido de su giro.
. ). |
Explicación.
El efecto es debido al movimiento del campo magnético con respecto a las paredes del recipiente. Cuando un conductor (en este caso el recipiente metálico) se mueve en el seno de un campo magnético (el generado por el imán) o el campo magnético se mueve con respecto al conductor, el conductor responde tratando de anular el efecto del imán: se generan corrientes inducidas que crean un campo magnético contrario al que actúa que, en este caso, provoca que se mueve el sistema. Se trata de un ejemplo de la conocida como Ley de Lenz.
Experiencia 11. Fluídos ferromagnéticos. |
Experiencia 12. Péndulo magnético. |
Experiencia 13. El hierro pesa menos. |
¿Qué es lo que queremos hacer
Observar cómo el peso de un objeto de hierro disminuye aparentemente si le aproximamos –sin tocarlo- un imán. Material. o - Balanza o - Imán o - Objeto de hierro |
Procedimiento.
Colocaremos la pieza de hierro en la balanza y nos fijaremos en lo que indica ésta. A continuación aproximaremos un imán a la zona superior de la pieza y veremos que...
¿Qué sucede?.
La balanza marcará una masa inferior a la inicial.
Explicación
Evidentemente el hierro sigue pesando lo mismo. La balanza siempre nos indica la fuerza que ejerce para mantener a la pieza en equilibrio estático. Como quiera que el imán efectúa una fuerza vertical y hacia arriba sobre la pieza, ahora la balanza no hace tanta fuerza como antes para neutralizar el peso del objeto.
Variante: Una variante de la experiencia es hacerla con dos imanes (uno de ellos en la balanza en lugar de la pieza de hierro). Observaremos que si los imanes se aproximan por los polos contrarios la balanza indicará menos peso, y al revés si los aproximamos por polos idénticos.
Aunque los resultados no son tan notorios como en estas experiencias magnéticas, también podría hacerse una experiencia similar entre objetos que han sido electrizados previamente por frotamiento.