Introducción:
Todos sabemos que un imán puede atraer o repeler algunos objetos tales como los metales, pero ¿Porque se produce dicho fenómeno?, ¿Todos los materiales tienen la misma tendencia a ser magnetizados o producir un campo magnético?, recordemos que un campo magnético es producido por cargas en movimiento o una corriente eléctrica que actúa cercano a un material magnetizable como una bobina. A nivel atómico el giro del electrón en su eje produce un campo magnético (momento Magnético del Spin) que es el campo magnético mas fuerte a nivel molecular aportando entre el 93% al 96% del campo magnético resultante (la suma de todos estos campos atómicos resultaran ser el campo magnético total del material) también el giro del electrón en su orbita produce un campo (momento magnético del orbital) pero otorga un campo mucho menor en comparación al momento magnético del spin. El campo Magnético produce una fuerza sobre otras cargas o corrientes en movimiento la naturaleza de esta fuerza puede ser de atracción o repulsión es por eso que los materiales reaccionas al ser expuestos a un campo magnético externo.Cabe señalar que en adelante representaremos al Campo Magnético con la letra B, recuerden que el campo magnético es un vector que tiene magnitud, dirección y sentido.
Propiedades Magnéticas:
Cada material reacciona distinto a un B externo, es por eso que se dividen en tres tipos: Materiales Diamagnéticos, Paramagnéticos y Ferromagnéticos.
Materiales Diamagnéticos: Esta propiedad existe entre átomos que poseen una estructura electrónica simétrica y no poseen momentos magnéticos permanentes (los momentos magnéticos producidos por un átomo anulan los momentos magnéticos producidos por otro átomo en un mismo material), forman enlaces iónicos o moléculas que comparten un par de electrones (enlace covalente). Al aplicar un momento magnético externo estos materiales se magnetizan muy levemente y en sentido contrario al momento magnético externo. Un imán repele levemente estos materiales y no recuperan sus características al quitar el B externo.
Ejemplos de materiales diamagnéticos: Grafito – Cobre (Cu) – Plata (Ag) – Oro (Au) – Plomo (Pb) – Bismuto (Bi) – Cinc (Zn) – Cadmio (Cd) – Mercurio (Hg) – Antimonio (Sb) – Estaño (Sn) – Geranio (Ge) – Arsénico (As).
Materiales Paramagnéticos: Esta propiedad existe en átomos que poseen una estructura electrónica no equilibrada (valencia o capas internas incompletas) y por lo tanto poseen un momento magnético propio, aunque débil. Al aplicar un B externo el B propio (que produce el mismo material) tienden a tomar la misma dirección y sentido del B externo; magnetización débil. Un imán atrae levemente a estos materiales.
Ejemplos de materiales paramagnéticos: Litio (Li) – Aluminio (Al)- Magnesio (Mg) –Cromo (Cr) – Vanadio (V) - Titanio (Ti) – Molibdeno (Mo) - Renio (Re) – Wolframio (W)
Materiales Ferromagnéticos: Estos elementos poseen capas “d” incompletas y además tienen alineados su Spin con los átomos adyacentes, sin un B externo aplicado; esto ocurre en un volumen de cierta magnitud que se llama “Dominio”. De todos los elementos solamente son ferromagnéticos el Hierro (Fe), Cobalto (Co), Níquel (Ni) y Gadolinio (Gd).Se ha comprobado que el 93% al 100% del ferromagnetismo proviene del momento magnético spin, y el resto (si hay) del momento magnético del orbital.
Estos materiales presentan un momento magnético propio relativamente fuerte en ausencia de un B externo (como el que produce una bobina). B externos pequeños producen una alta magnetización del material y se obtiene rápidamente una orientación total del B propio en la dirección y sentido del B externo.
Tipos de Materiales Ferromagnéticos:
Los materiales ferromagnéticos se dividen en dos tipos: los magnéticamente blandos y los imanes permanentes (magnéticamente duros):
a) Sólidos que muestran una baja histéresis y poca fuerza coercitiva (<10 Oe) que se denominan materiales magnéticamente blandosb) Sólidos que muestras una alta histéresis y mucha fuerza coercitiva (50 a 1000 Oe) que se denominan materiales magnéticamente duros.
Curva de histéresis:La curva de histéresis muestra la curva de magnetización de un material. Sea cual sea el material específico, la forma tiene características similares.• Al principio, la magnetización requiere un mayor esfuerzo eléctrico. Este intervalo es la llamada zona reversible.• En un determinado punto, la magnetización se produce de forma proporcional. En ese punto se inicia la denominada zona lineal.• Finalmente, se llega un instante a partir del cual, por mucha fuerza magnética que induzcamos al material, ya no se magnetiza más. Este es el llamado punto de saturación, que determina el inicio de la llamada zona de saturación.Para la grabación magnética analógica de sonido hay que tener en cuenta la curva de histéresis. La señal de audio hay que grabarla solo en la zona lineal de la cinta magnética de audio, de modo contrario, por arriba o por abajo, sufriría deformaciones.
Aplicaciones generales de los materiales magneticos:
Algunas de las aplicaciones más importantes de los electroimanes superconductores, sin que la lista pretenda ser exhaustiva, es la siguiente:
1) Aplicaciones biológicas. Se sabe desde hace mucho tiempo que los campos magnéticos intensos afectan el crecimiento de plantas y animales. Así, se han utilizado electroimanes superconductores para generar campos magnéticos intensos y estudiar sus efectos en el crecimiento de plantas y animales y, además, analizar su efecto en el comportamiento de estos últimos.
2) Aplicaciones químicas. Es un hecho conocido que los campos magnéticos pueden cambiar las reacciones químicas y ser utilizados en la catálisis.
3) Aplicaciones médicas. Se han aplicado campos magnéticos para arreglar arterias, sacar tumores y para sanar aneurismas sin cirugía. También se estudia la influencia de los campos magnéticos en las funciones vitales del cuerpo humano.
4) Levitación. Una aplicación muy importante es en el transporte masivo, rápido y económico. La idea de usar una fuerza magnética para hacer "flotar" vehículos de transporte ha estado en la mente de los científicos por casi un siglo y la posible aplicación de la superconductividad a este problema lo ha renovado y actualizado. Hay, esencialmente, dos métodos posibles para conseguir la levitación. Uno corresponde a la utilización de un sistema atractivo y el otro a un sistema repulsivo. El Ejemplo mas representativo son los trenes magnetic levitation (maglev), la velocidad maxima es de 581 Km/hr, porque nos hay fuerzas de roces.
5) Generación de energía. Utilización de imanes superconductores para lograr "botellas magnéticas" que sirvan para la generación de energía nuclear por fusión que no presenta problemas de desechos radiactivos, como sucede con los actuales generadores de energía nuclear por fusión.
6) Blindaje y modelaje de campos magnéticos. Puede lograrse por medio de planos superconductores que ya han sido utilizados para este fin en sistemas de producción de energía.
7) Aceleradores de mucha energía. Se han podido desarrollar electroimanes dipolares y cuadrupolares oscilantes de materiales superconductores, capaces de generar los campos magnéticos más intensos de la historia para su utilización en aceleradores de partículas de energía muy grandes.
Materiales y sus Propiedades Magneticas
FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR ELECTRICO
Los motores eléctricos convierten la energía eléctrica en energía mecánica y se encuentran en todas partes: en las locomotoras del ferrocarril, el compresor del frigorífico o el mecanismo de arrastre del reproductor de vídeo. Se pueden construir en todos los tamaños imaginables, y son mucho más adaptables, silenciosos y menos contaminantes que los motores de vapor o de explosión, gasolina o diesel.
Comenzamos mirando el diseño global de un motor eléctrico DC simple de 2 polos. Un motor simple tiene 6 partes:
• Una armadura o rotor.
• Un conmutador.
• Cepillos.
• Un eje.
• Un imán de campo.
• Una fuente de poder DC de algún tipo.
Un motor eléctrico está compuesto de imanes: estos los usan para crear movimiento. Si conoces un imán, conoce acerca de la ley fundamental de todos los imanes: Cargas opuestas se atraen e iguales se repelen. Así que si tiene dos imanes con sus extremos como norte y sur, entonces el extremo norte se atraerá con el sur. De otro lado, el extremo norte del imán repelerá el extremo norte del otro (y similarmente el sur repelerá el sur). Dentro de un motor eléctrico esas fuerzas atractoras y repulsoras crean movimiento rotacional.
En el diagrama se puede observar 2 imanes en el motor: la armadura (o rotor) es un electroimán, mientras el imán de campo es un imán permanente (el imán de campo puede ser un electroimán también, pero en los motores más pequeños no ahorra energía).
MONTAJE DE UN MOTOR ELECTRICO
una pagina donde encontraras los experimentos de Tesla
La pagina esta en ingles, pero es muy completa e interesante
http://tesladownunder.iinet.net.au/
Frascobombilla
Materiales  Frasco de vidrio transparente con su tapa. Dos tornillos de 5 cm de longitud. Cuatro tuercas. Cinta aislante. Palito de chupa-chups o algo similar. Cable para conexiones. Pila de 4,5 V o más, o fuente de alimentación. Filamentos de diversos metales o aleaciones: hierro, cobre, nicrom, constantan… y, si se quiere, un interruptor. |  |
Que la bombilla ha sido uno de los más grandes inventos comparable a la mismísima rueda prehistórica es difícil de discutir. El placer de construirla uno mismo y ver que funciona se nota en el rostro de todo el que pone manos a la obra.
DesarrolloSe taladran dos agujeros en la tapa del frasco a una distancia aproximada de 3 cm uno de otro y se introducen los tornillos previamente recubiertos de cinta aislante por la zona en contacto con la tapa. En la punta de cada tornillo se enrosca un pareja de tuercas. Un hilo de unos 10 cm se enrolla en torno al palito de caramelo y cada extremo se une a uno de los tornillos asegurándolo con las tuercas. Se establecen las conexiones a la pila o a la fuente de alimentación…, y se disfruta del espectáculo.
OTRA VERSION DEL MOTOR ELECTRICO HECHO EN CASA
Se necesita
- un S-15-08-N(iman)
- una pila corriente de tipo AA
- un alambre de cobre de 30 cm de longitud y 1 mm de diámetro para hacer el lazo
- un recipiente con un poco de agua (opcionall)
- Como alambre de cobre puede servir un trozo de cable eléctrico después de haberle quitado el aislante.
Corta un trozo de alambre de 30 cm de longitud.
Primero haz la parte circular de la bobina. Para ello puedes enrollar el centro del alambre alrededor de la pila: una vuelta y media es suficiente. Para darle la forma también se puede usar el imán, pero hay que tener cuidado de no hacer el círculo muy estrecho para que el alambre pueda girar libremente alrededor del imán.
Moldea el resto del alambre como muestra la imagen: deja que los extremos del alambre se encuentren en el centro del lado opuesto y dobla las puntas de manera que la pila se pueda apoyar en ella. Las dimensiones de la bobina una vez terminada deberán ser: 6 cm de alto, 4,5 cm de ancho.
Coloca el imán en el polo negativo de la pila. Si es necesario se puede hacer una hendidura en el polo positivo de la pila para centrar mejor el alambre.
La parte con forma de aro debe poder girar libremente alrededor del imán, permaneciendo sin embargo en contacto para así cerrar el circuito eléctrico.
Si es necesario, para garantizar el contacto eléctrico, se pude introducir todo en un recipiente con 1 cm de altura de agua.
UN MOTOR ELECTRICO MUY SENCILLO
Utilizaremos una pila (da igual el tamaño) así como un tornillo, que servirá de eje, un cable de cobre y un imán en forma de disco de neodimio (supongo que vale cualquier imán, aunque se ha utilizado uno extraído de un juguete magnetico
Una vez que está todo preparado, llega lo más fácil: unirlo. Es como una receta de cocina, la dificultad muchas veces se encuentra en la rareza de los ingredientes, mientras que la elaboración es de lo más sencillo.
Lo primero que hay que hacer es situar el tornillo entre la pila y el imán, de tal forma que las tres piezas aparezcan juntas por el efecto del imán, tal y como aparece en la fotografía. Aquí podemos observar ambos polos de la pila. Si ponemos en contacto el polo positivo de la pila al tornillo, éste girará en un sentido determinado. Si por el contrario, lo ponemos en contacto con el polo negativo, girará en sentido contrario. Esto se debe al campo que se crea en torno al tornillo, si es positivo o negativo, al igual que ocurre con el vórtice a un lado y otro del ecuador.
