ACELERADOR MAGNÉTICO

ACELERADOR MAGNÉTICO

PRELABORATORIO

MAGNETISMO

Propiedad que tienen los cuerpos llamados imanes de atraer el hierro, níquel y cobalto.

NATURALEZA DEL MAGNETISMO

Cada átomo se comporta como un pequeño imán, capaz de ejercer fuerzas sobre otros imanes y de ser a su vez afectado por ellos. Se dice que cada átomo tiene asociado un momento magnético. Cada elemento químico tiene un momento magnético (que incluso puede ser nulo) producido por los momentos magnéticos de las partículas más elementales que lo constituyen (protones, neutrones, electrones). Describir un medio material en las condiciones accesibles en un laboratorio no es, sin embargo, complicado dado que no es necesario tener en cuenta todos los detalles, sino que es suficiente considerar la contribución de los electrones de la capa externa de cada átomo.

En el caso de materiales con estructura cristalina, en el cual cada átomo ocupa un lugar determinado en una red periódica, y que además no son conductores eléctricos, todos los electrones están fuertemente ligados a los núcleos atómicos y no hay posibilidad de desplazamiento. En ellos los momentos magnéticos, igual que la aguja de una brújula, pueden cambiar de orientación según el campo magnético externo en el cual se encuentren inmersos. En tanto el comportamiento que se observa en estos sistemas se deba exclusivamente a la orientación de los momentos, se dice que el material es un sistema puramente magnético. Un modelo útil para describir estos sistemas magnéticos es el modelo de Heisenberg, en el cual los momentos magnéticos están localizados en los sitios de una red periódica que representa la estructura cristalina del material y se usan como variables relevantes las orientaciones de los momentos magnéticos individuales. En este, como en cualquier otro sistema físico, el material adoptará la configuración (conjunto de orientaciones de sus momentos magnéticos individuales) de menor energía posible.

UN IMAN

Es un cuerpo o dispositivo con un campo magnético (que atrae o repele otro imán) significativo, de forma que tiende a juntarse con otros imanes (por ejemplo, con campo magnético terrestre). Puede ser natural o artificial.

CLASIFICACION DE LOS IMANES

La mayoría de los imanes utilizados ahora son artificiales, pues se pueden fabricar una mayor intensidad magnética que los naturales, además de tener mayor solidez y facilidad para ser modelados según se requiera. No todos los metales pueden ser imantados y otros, aunque pueden adquirir esta propiedad, se desimantan fácilmente, ya sea por efectos externos hoy en forma espontánea. Muchos imanes se fabrican con níquel y aluminio; hierro con cromo, cobalto, tungsteno o molibdeno.

La imantación de un trozo de acero, como una aguja, unas tijeras o un desarmador, se hace fácilmente a flotar unas doce veces cualquiera de ellos con un imán, desde el centro del cuerpo hasta la punta. Después de esta operación cualquiera de ellos será un imán y podrá atraer limaduras de hierro, clavos, tornillos, alfileres o clips. En la industria, una barra de metal se imanta al someterla a la acción de un campo magnético producido por un solenoide en el que circula una corriente eléctrica. Si la barra es de hierro dulce, se imanta, pero la imantación cesa al momento de interrumpir la corriente, por ello recibe el nombre de imán temporal.

Cuando la barra es de acero templado adquiere una imantación la cual persiste incluso después de que le corriente eléctrica se interrumpe en el solenoide, con lo cual se tiene un imán permanente.

POLOS MAGNETICOS

Tanto si se trata de un tipo de imán como de otro, la máxima fuerza de atracción se halla en sus extremos, llamados polos. Un imán consta de dos polos, denominados polo norte y polo sur, o, alternativamente, polo positivo y polo negativo. Los polos iguales se repelen y los polos distintos se atraen. No existen polos aislados (véase Mono polo magnético), y por lo tanto, si un imán se rompe en dos partes, se forman dos nuevos imanes, cada uno con su polo norte y su polo sur, aunque la fuerza de atracción del imán disminuye.

Entre ambos polos se crean líneas de fuerza, siendo estas líneas cerradas, por lo que en el interior del imán también van de un polo al otro. Como se muestra en la figura, pueden ser visualizadas esparciendo limaduras de hierro sobre una cartulina situada encima de una barra imantada; golpeando suavemente la cartulina, las limaduras se orientan en la dirección de las líneas de fuerza

POLARIDAD DE UN IMAN

Para determinar los polos de un imán se considera la tendencia de éste a orientarse según los polos magnéticos de la Tierra, que es un gigantesco imán natural: el polo norte de un imán se orienta hacia el polo sur magnético, que está próximo al polo norte geográfico, mientras que el polo sur del imán se orienta hacia el polo norte magnético, que está próximo al polo sur geográfico. El ángulo comprendido entre la componente horizontal del campo magnético terrestre y el meridiano geográfico se denomina declinación magnética.

FORMA DE MAGNETIZAR UNA SUSTANCIA

Colocando el material en un fuerte campo magnético producido por un imán permanente o por una corriente eléctrica, o cuando el material tiene propiedades magnéticas y al fundirlo (ej. acero o lava basáltica) se enfría en la presencia de algún campo magnético.

USO DE LOS IMANES

Los imanes se utilizan de muy diversas formas: altavoces o parlantes, pegatinas (figuras que se adhieren a las neveras), brújulas, cierres para heladeras o congeladores, paredes magnéticas, llaves codificadas, bandas magnéticas de tarjetas de crédito o débito, bocinas, motores, como un interruptor básico, como detector de billetes falsos, generadores, detectores de metales, para el cierre de mobiliario, Algunos de estos aparatos se pueden dañar si se les aplica una cierta cantidad de magnetismo opuesto.

TRANSPARENCIA MAGNETICA

Al colocar limaduras de hierro sobre un papel, y se pasa un imán por debajo del papel, se observa como las limaduras son arrastradas hacia el lugar donde se encuentra el imán debajo del papel. Este fenómeno se llama transparencia magnética. La transparencia magnética es la propiedad que tienen algunos cuerpos de permitir el paso de la atracción magnética, tales como el papel, el plástico y otros. Al ser colocados entre el imán y los cuerpos ferrosos o de hierro, permite que el imán los atraiga hacia él estos.

CAMPO MAGNÉTICO

Las líneas de fuerza producidas por un imán, ya sea de barra o de herradura, se esparcen desde el polo norte y se curvan para entrar al sur. A la zona que rodea a un imán y en el cual se influencia puede detectarse recibe el nombre de campo magnético.

Cuando un polo norte se encuentra cerca de uno sur, las líneas de fuerza se dirigen del norte al sur; cuando se acercan dos polos iguales, las líneas de cada uno se alejan de las del otro.

Esto indica la ley de: " Polos opuestos se atraen, polos iguales se repelen”

CONFIGURACIÓN DE LOS CAMPOS MAGNÉTICOS

Es la intensidad que se le desea dar a un campo magnético. Controlándolo por los átomos.

POLOS MAGNETICOS

William Gilbert (1540-1603), medico e investigador inglés, demostró con sus experimentos que la tierra se comporta como un imán enorme por, tanto obliga a un extremo de los brújula apuntar al norte geográfico. Gilbert nombró por lo que busca del norte al punto de la brújula que señala ese punto, y polo que busca de sur al otro extremo; actualmente sólo se les llama polo norte y polo sur. También demostró que cuando un imán se rompe en varios pedazos, cada uno se transforma en un nuevo con sus dos polos en cada extremo.

Gilbert descubrió cómo interactúan los polos de los imanes y demostró que polos iguales se rechazan y polos distintos se atraen. Realizó experimentos con trozos de hierro sin imantar y encontró que eran atraídos indistintamente por los polos norte o sur. Finalmente, observó que la fuerza atracción o repulsión entre imanes es mucho mayor en los polos.

LINEAS DE FUERZA MAGNETICA

Desde hace un siglo el inglés Michael Faraday estudio los efectos producidos por los imanes. Observo que un imán permanente y crece la fuerza sobre un trozo de hierro o sobre cualquier imán cercano, debido a la presencia de un campo de fuerzas cuyos efectos se pueden sentir a través del espacio vacío. Faraday imaginó que un imán salían y lo hacen crisis parecían, a éstos los llamó líneas de fuerza magnética. Estas líneas encuentran los polos pues ahí es mayor la intensidad. Estas líneas esparcen desde el polo norte y se curvan para entrar al sur.

COMPORTAMIENTO MAGNÉTICO DE LOS MATERIALES

Ferromagnético: son los materiales por los cuales las líneas de flujo magnético fluyen con mayor facilidad a través del cuerpo que por el vacío. Este material se magnetizará con gran intensidad. Su permeabilidad magnética será muy elevada y quedará comprendida desde algunos cientos a miles de veces la permeabilidad del vacío. Ejemplos: hierro, cobalto, níkel, así como sus aleaciones.

Paramagnético: son los materiales por los cuales las líneas del flujo más lo que pasan con más libertad que a través del vacío. Este material se magnetiza, aunque no en forma muy intensa. Su permeabilidad magnética es ligeramente mayor que la del vacío. Ejemplos: aluminio, litio, platino, iridio y cloruro férrico.

Diamagnético.- este tipo de material hace que las líneas de flujo magnético circulen más fácilmente en el vacío que por el cuerpo. Este material no se magnetiza y puede ser repelido débilmente por un campo magnético intenso. Su permeabilidad magnética relativa es menor a la unidad. Ejemplos: el cobre, plata, oro, mercurio y bismuto.

LABORATORIO

Materiales a utilizar para la realización del Acelerador Magnético:

Ø Esfera de acero

Ø Madera de 1 metro de largo por 0.8m de ancho

Ø Imanes magnetizados.

Ø Tirro

Ø Regla

Ø Lija

Ø Tijera

Ø Destornillador

Ø Martillo.

Procediendo a realizar:

Ø Revisar los imanes uno a uno si funcionan y revisar y establecer sus polos norte y sur, para unirlos y tener más fuerza magnética y producir un campo magnético mas grande.

Ø Hacer los orificios donde van los imanes en la tabla

Ø Hacer un canal o línea imaginaria donde van a deslizarse las esferas metálicas para dicho experimento.

Ø Revisar las esferas de que sean del mismo tamaño par uniformidad del experimento, y probar con otras ya sean más grandes o más pequeñas para observar que sucede.

Ø Lijar toda la superficie del canal o línea imaginaria por donde va a circular las esferas para que exista la menos fuerza de roce posible y adquiera una mayor velocidad.

Ø Luego de verificar todo proceder a hacer el experimento con las diferentes esferas y analizar los cálculos pertinentes.

También se puede realizar el experimento con imanes normales para ver que comportamiento presentan las esferas, y hasta con otro tipo de esferas que no sean de acero para observar el comportamiento del experimento.

Se podrán cambiar el material en que se trabajó como de madera a metal o hasta plástico con el fin de quitar la fuerza de rozamiento.

POSTLABORATORIO

1. ¿Qué se observa al soltar la esfera la cual es atraída por el imán?

La esfera es atraída, y el golpe que ocasiona por la atracción del campo magnético hace impulsar las demás esferas

2. La esfera mantiene su aceleración. ¿Aumenta o disminuye?

Aumenta a medida de que pasa por todos los imanes

3. ¿En que condiciones la esfera pierde aceleración?

Cuando la tabla se inclina hacia arriba la esfera comienza normal pero al ir subiendo por el ángulo de inclinación pierde su aceleración.

4. ¿Ocurriría el mismo fenómeno si lo realizáramos de manera inversa? ¿Por qué?

La polaridad de los imanes, ocasiona que el fenómeno ocurra si se hace de derecha a izquierda o viceversa

5. ¿Qué pasaría si cambiamos el tipo de imán?

Algunos imanes son más potentes que otros, así que eso dependería de la fuerza del imán. Obviamente un imán potente permitiría observar con más claridad el fenómeno.

6. ¿El tamaño de la esfera juega un papel importante en la experiencia?

Es recomendable que se usen esferas del mismo tamaño, por simetría del experimento

7. ¿Si se inclina la tabla a un ángulo x se alteraría el fenómeno en estudio?

Ocurriría lo de la pregunta número 3. La esfera pierde aceleración

8. ¿Si se utilizara un solo imán el fenómeno seria equivalente a utilizar asociaciones de imanes?

Al usar un solo imán ocurriría el mismo fenómeno pero con menos potencia al asociar varios imanes ya que se incrementa el campo magnético. A medida de que el campo magnético es más grande la esfera es atraída con más fuerza.

9. ¿La distancia de separación entre los imanes altera el fenómeno?

No tiene nada que ver ya que al momento de que la esfera llegue al campo magnético es este quien hace el papel principal “la atracción”.