Resumen

Actualmente, la generación de energía provoca un uso excesivo de materia prima, como combustibles fósiles, que desafortunadamente ocasiona gran contaminación. De esta manera, me interesó realizar un proyecto que pudiera generar energía sustentable, limpia y económica que pueda ser accesible para todos. Para este fin se han desarrollado otros proyectos similares, de los cuales tome algunas ideas y principios básicos de las propiedades magnéticas que poseen los imanes. El magnetismo se define como un fenómeno físico por el que los objetos ejercen fuerzas de atracción o repulsión, es decir que los polos iguales se repelen, mientras que los polos opuestos se atraen. Este efecto se debe a las líneas de campo magnéticas exteriores que suelen ir del polo norte al polo sur, por lo tanto, cuando se acercan dos polos apuestos, estas líneas tienen a saltar de un lado a otro y por ende tienden a pegarse. En cambio, cuando se acercan dos polos iguales, estas líneas no tienden a saltar de un polo a otro y por tanto empiezan a comprimirse hacia su propio polo y cuando esta comprensión es máxima, estás líneas tienden a expandirse y por tanto los imanes se repelan. Los fenómenos magnéticos fueron conocidos por primera vez por los antiguos griegos, a través de una mineral llamado magnetita y desde ese entonces, el uso de imanes se ha extendido en aplicaciones médicas, industriales y mecánicas. De esta manera, los imanes se han convertido en la fuerza motriz básica para todos los motores y generadores eléctricos.

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

Buscar nuevas fuentes de energía que ademas de ser económicas no dañen al medio ambiente a través del uso de objetos comunes (imanes).

Antecedentes

FENOMENOS  MAGNETICOS

El campo magnético se origina por el movimiento las cargas eléctricas. Por esto, alrededor de un cable conductor por el que circula una corriente se crea un campo magnético que se puede representar mediante líneas circulares.

Analógicamente, una carga en movimiento en un campo magnético experimentara una fuerza magnética.

En otra opinión, la aves migratorias pueden orientarse debido a la capacidad que poseen para detectar la intensidad y la dirección del campo magnético terrestre. Dicha capacidad se explicaría por dos mecanismos complementarios.

Uno está relacionado con la acción de la luz. Las moléculas de rodopsina que se encuentran las células de la retina del ojo absorben fotones y se convierten en pequeños imanes momentáneos alineándose en la dirección del campo magnético.

Este mecanismo se complementaría con el efecto producido por cristales en el cráneo de las aves.

Recordemos que la magnetita posee propiedades magnéticas que la hacen comportarse como una brújula.

En 1820, el profesor de física danés Hans Christian Oersted descubrió en forma casual durante una clase que cerca de un cable por el que circulaba corriente eléctrica la aguja de una brújula se desviaba de la dirección norte-sur, a partir de esta experiencia, concluyo que el magnetismo no solo es causado por los imanes sino que también puede ser producido por la corriente eléctrica, este hecho se conoce como el efecto Oersted.

ANTECEDENTES

El magnetismo es un fenómeno físico por el que los objetos ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Hay materiales que presentan propiedades magnéticas detectables fácilmente, como el níquel, el hierro o el cobalto, que pueden llegar a convertirse en un imán.

Existe un mineral llamado magnetita que es conocido como el único imán natural. De hecho de este mineral proviene el término de  magnetismo.

Sin embargo, todos los materiales son influidos, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético.

HISTORIA DEL MAGNETISMO: SUS ORÍGENES

La magnetita es un mineral ferromagnético, formado principalmente por óxido ferroso férrico

Los fenómenos magnéticos fueron conocidos por primera vez por los antiguos griegos, a través de un mineral llamado magnetita (de ahí surge el término magnetismo). Se dice que se pudo observar por primera vez en la ciudad de Magnesia, en Asia Menor.  Originariamente se pensó que la magnetita se podría utilizar para mantener la piel joven. De hecho, Cleopatra dormía con una magnetita en la frente para retrasar el proceso de envejecimiento.

Esta reputación terapéutica de la magnetita se transmitió también a los griegos, los cuales la usaban para la curación de dolencias. En el siglo III a.C., Aristóteles escribió acerca de las propiedades curativas de los imanes naturales, que llamaba “imanes blancos”.

Posteriormente las aplicaciones basadas en el magnetismo fueron desarrollándose. Por el siglo 12 d.C., los marineros chinos ya utilizaban magnetitas como brújulas para la navegación marítima.

¿PARA QUÉ SIRVEN LOS IMANES?

Un gran número de médicos y sanadores utilizaron los imanes para curar diferentes problemas médicos a lo largo de la historia. Hoy en día la ciencia médica utiliza el magnetismo más que nunca, por ejemplo:

• La magneto encefalografía (MEG) se utiliza para medir la actividad cerebral.
• La terapia de choque para volver a iniciar corazones.

El uso de imanes en aplicaciones industriales y mecánicas también es muy común. Los imanes son la fuerza motriz básica para todos los motores eléctricos y generadores eléctricos.

LOS IMANES

¿QUÉ ES UN IMÁN?

Los imanes son los materiales que presentan las propiedades del magnetismo. Hay que destacar que estos pueden ser naturales o artificiales. El más común de los imanes naturales es un mineral llamado magnetita.

Los imanes pueden ser permanentes o temporales, según el material con el que se fabriquen y según la intensidad de campo magnético al que le sometan.

PARTES DE UN IMÁN: LOS POLOS MAGNÉTICOS

Cualquier imán presenta dos zonas donde las acciones se manifiestan con mayor fuerza. Estas zonas están situadas en los extremos del imán y son los denominados polos magnéticos: Norte y Sur.

Polos magnéticos en un imán.

Una de las propiedades fundamentales de la interacción entre imanes es que los polos iguales se repelen, mientras que los  polos opuestos se atraen.

El efecto de atracción y repulsión tiene que ver con las líneas de campo magnéticas. Las líneas de campo magnéticas exteriores suelen ir del polo Norte al polo Sur. Por lo tanto, cuando se acercan dos polos opuestos, estas líneas tienden a saltar de un polo a otro: tienden a pegarse. Y según sea la distancia entre los dos imanes esta atracción será mayor o menor.

En cambio, cuando se acercan dos polos iguales, estas líneas de campos no tienden a saltar de un polo a otro, si no que se empiezan a comprimir hacia su propio polo. Cuando esta compresión es máxima, las líneas de campo tienden a expandirse, lo que provoca que los polos iguales de dos imanes no puedan acercarse y se repelan.

Efecto de un imán al ser dividido en varias partes.

Otra característica de los imanes es que los polos no se pueden separar. Si un imán se rompe en dos partes no se obtienen un polo norte y un polo sur sino que se obtienen dos imanes, cada uno de ellos con un polo norte y un polo sur.

Si tenemos un imán suspendido por un hilo colocado en su centro de gravedad, observamos que siempre queda orientado hacia una misma dirección. Uno de los polos se orienta hacia el norte y otro hacia el sur, pues los polos del imán se alinean según los polos magnéticos de la Tierra, que actúa como imán natural.

EL CAMPO MAGNÉTICO, FLUJO MAGNÉTICO E INTENSIDAD DE CAMPO MAGNÉTICO

El campo magnético es  la agitación que produce un imán a la región que lo envuelve. Es decir, el espacio que envuelve el imán en donde son apreciables sus efectos magnéticos, aunque sea imperceptible para nuestros sentidos.

Para poder representar un campo magnético utilizamos las llamadas líneas de campo. Estas líneas son cerradas: parten (por convenio) del polo Norte al polo Sur, por el exterior del imán. Sin embargo por el interior circulan a la inversa, de polo Sur a polo Norte.

Las líneas de campo no se cruzan, y se van separando, unas de las otras, en alejarse del imán tangencialmente a la dirección del campo en cada punto.

El recorrido de las líneas de fuerza recibe el nombre de circuito magnético, y el número de líneas de fuerza existentes en un circuito magnético se le conoce como flujo magnético.

Estas líneas nos dan una idea de:

• Dirección que tendrá el campo magnético. Las líneas de campo van desde el polo sur al polo norte en el interior del imán y desde el polo norte hasta el polo sur por el exterior.
• La intensidad del campo magnético, también conocida como intensidad de campo magnético, es inversamente proporcional al espacio entre las líneas (a menos espacio más intensidad).

Electroimán

Un electroimán simple consiste en una bobina de alambre aislado envuelto alrededor de un núcleo de hierro. Un núcleo de material ferromagnético, como el hierro sirve, para aumentar el campo magnético creado. La fuerza del campo magnético generado es proporcional a la cantidad de corriente que atraviesa los arrollamientos.

El campo magnético producido por un solenoide (bobina de alambre). Este dibujo muestra una sección transversal a través del centro de la bobina: las cruces son los alambres en los que la corriente se está moviendo en la página; los puntos son los alambres en los la corriente se mueve hacia arriba fuera de la página.

Un electroimán es un tipo de imán en el que el campo magnético se produce mediante el flujo de una corriente eléctrica, desapareciendo en cuanto cesa dicha corriente. Los electroimanes generalmente consisten en un gran número de espiras muy próximas entre sí de alambre que crean el campo magnético. Las espiras de alambre a menudo se enrollan alrededor de un núcleo magnético hecho de un material ferromagnético o ferromagnético, como el hierro; el núcleo magnético concentra el flujo magnético y hace un imán más potente.

La principal ventaja de un electroimán sobre un imán permanente es que el campo magnético se puede cambiar de forma rápida mediante el control de la cantidad de corriente eléctrica en el devanado. Sin embargo, a diferencia de un imán permanente que no necesita de alimentación, un electroimán requiere un suministro continuo de corriente para mantener los campos.

Los electroimanes son ampliamente usados como componentes de otros dispositivos eléctricos, como motores, generadores, relevadores, altavoces, discos duros, máquinas MRI, instrumentos científicos y equipos de separación magnética. Los electroimanes también se emplean en la industria para recoger y mover objetos pesados, como la chatarra de hierro y acero.

Historia

El electroimán de Sturgeon (1824)

Uno de los electroimanes de Henry que podía levantar cientos de libras (1830s)

El científico danés Hans Christian Orsted descubrió en 1820 que las corrientes eléctricas crean campos magnéticos. El científico británico William Sturgeon inventó el electroimán en 1824. Su primer electroimán fue una pieza de hierro en forma de herradura que estaba envuelta con un total de 18 arrollamientos de alambre de cobre desnudo (el cable aislado no existía todavía). El hierro estaba barnizado para aislarlo de los bobinados. Cuando se pasó una corriente a través de la bobina, el hierro se magnetizó y atrajo a otras piezas de hierro; cuando la corriente se detuvo, perdió la magnetización. Sturgeon mostró su potencia al conseguir que aunque sólo pesaba siete onzas (unos 200 gramos), podía levantar nueve libras (aproximadamente 4 kilos) cuando se le aplicaba la corriente de una batería de una única célula. Sin embargo, los electroimanes de Sturgeon eran débiles debido a que el alambre no aislado que utilizaba sólo podía ser envuelto en una única capa espaciada alrededor del núcleo, lo que limitaba el número de vueltas.

A partir de 1830, el científico estadounidense Joseph Henry mejoró de manera sistemática y popularizó el electroimán. Usando un alambre con aislamiento de hilo de seda inspirado por el uso que Schweigger había hecho del alambre aislado para hacer un galvanómetro, fue capaz de enrollar múltiples capas de alambre en los núcleos, creando poderosos imanes con miles de vueltas de alambre, entre ellos uno que pudo soportar 2063 libras (935,76 kg). El principal uso de los electroimanes era en el telégrafo Saunders.

La teoría de dominio magnético de como trabajaban los núcleos ferromagnéticos fue propuesto por primera vez en 1906 por el físico francés Pierre Weiss, y la detallada teoría de la mecánica cuántica moderna del ferromagnetismo fue elaborado en 1920 por Werner Heisenberg, Lev Landau, Felix Bloch y otros

El tipo más simple de electroimán es un trozo de alambre enrollado. Una bobina con forma de tubo recto (parecido a un tornillo) se llama solenoide, y cuando además se curva de forma que los extremos coincidan se denomina toroide. Pueden producirse campos magnéticos mucho más fuertes si se sitúa un «núcleo» de material paramagnético o ferromagnético (normalmente hierro dulce o ferrita, aunque también se utiliza el llamado acero eléctrico) dentro de la bobina. El núcleo concentra el campo magnético, que puede entonces ser mucho más fuerte que el de la propia bobina.

Los campos magnéticos generados por bobinas se orientan según la regla de la mano derecha. Si los dedos de la mano derecha se cierran en torno a la dirección del campo magnético B, el pulgar indica la dirección de la corriente. El lado del electroimán del que salen las líneas de campo se define como «polo norte».

Además, dentro de la bobina se crean corrientes inducidas cuando ésta está sometida a un flujo variable. Estas corrientes son llamadas corrientes de Foucault y en general son indeseables, puesto que calientan el núcleo y provocan una pérdida de potencia en forma de calor.

Electromagnetismo

El electromagnetismo es la parte de la electricidad que estudia la relación entre los fenómenos eléctricos y los fenómenos magnéticos. Los fenómenos eléctricos y magnéticos fueron considerados como independientes hasta 1820, cuando su relación fue descubierta por casualidad.

Así, hasta esa fecha el magnetismo y la electricidad habían sido tratados como fenómenos distintos y eran estudiados por ciencias diferentes. Sin embargo, esto cambió a partir del descubrimiento que realizó Hans Chirstian Oersted, observando que la aguja de una brújula variaba su orientación al pasar corriente a través de un conductor próximo a ella. Los estudios de Oersted  sugerían que la electricidad y el magnetismo eran manifestaciones de un mismo fenómeno: las fuerzas magnéticas proceden de las fuerzas originadas entre cargas eléctricas en movimiento.

El electromagnetismo es la base de funcionamiento de todos los motores eléctricos y generadores eléctricos.

Orígenes del electromagnetismo: el experimento de Oersted

Esta relación entre la electricidad y el magnetismo fue descubierta por el físico danés Hans Christian Oersted. Éste observó que si colocaba un alfiler magnético que señalaba la dirección norte-sur paralela a un hilo conductor rectilíneo por el cual no circula corriente eléctrica, ésta no sufría ninguna alteración.

Sin embargo en el momento en que empezaba a pasar corriente por el conductor, el alfiler magnético se desviaba y se orientaba hacia una dirección perpendicular al hilo  conductor.

En cambio, si dejaba de pasar corriente por el hilo conductor, la aguja volvía a su posición inicial.

De este experimento se deduce que al pasar a una corriente eléctrica por un hilo conductor se crea un campo magnético.

Campo magnético creado por una corriente eléctrica

Una corriente que circula por un conductor genera un campo magnético alrededor del mismo.

El valor del campo magnético creado en un punto dependerá de la intensidad del corriente eléctrico y de la distancia del punto respecto el hilo, así como de la forma que tenga el conductor por donde pasa la corriente eléctrica.

El campo magnético creado por un elemento de corriente hace que alrededor de este elemento se creen líneas de fuerzas curvas y cerradas. Para determinar la dirección y  sentido del campo magnético podemos usar la llamada regla de la mano derecha.

La regla de la mano derecha nos dice que utilizando dicha mano, y apuntando con el dedo pulgar hacia el sentido de la corriente, la curvatura del resto de dedos nos indicará el sentido del campo magnético.

• En el caso de un hilo conductor rectilíneose crea un campo magnético circular alrededor del hilo y perpendicular a él.
• Cuando tenemos un hilo conductor en forma de espira, el campo magnético será circular. La dirección y el sentido del campo magnético depende del sentido de la corriente eléctrica.
• Cuando tenemos un hilo conductor enrollado en forma de hélice tenemos una bobinao solenoide. El campo magnético en su interior se refuerza todavía más en existir más espiras: el campo magnético de cada espira se suma a la siguiente y se concentra en la región central.

Espira por la cual circula una corriente, esta corriente genera un campo magnético a su alrededor.

Una aplicación muy común de las bobinas es utilizarlas como  electroimanes. Este tipo de electroimanes consiste en una bobina, por donde circula una corriente eléctrica, y un núcleo ferromagnético, colocado en el interior de la bobina. Cuando por la bobina circula una corriente eléctrica, el núcleo de hierro se convierte en un imán temporal. Cuantas más espiras tenga la bobina, mayor será su campo magnético.

Fuerza electromagnética

Cuando una carga eléctrica está en movimiento crea un campo eléctrico y un campo magnético a su alrededor.

Así pues, este campo magnético realiza una fuerza sobre cualquier otra carga eléctrica que esté situada dentro de su radio de acción. Esta fuerza que ejerce un campo magnético será la fuerza electromagnética.

Si tenemos un hilo conductor rectilíneo por donde circula una corriente eléctrica y que atraviesa un campo magnético, se origina una fuerza electromagnética sobre el hilo. Esto es debido a que el campo magnético genera fuerzas sobre cargas eléctricas en movimiento.

Si en lugar de tener un hilo conductor rectilíneo tenemos un espiral rectangular, aparecerán un par de fuerzas de igual valor pero de diferente sentido situadas sobre los dos lados perpendiculares al campo magnético. Esto no provocará un desplazamiento, sino que la espira girará sobre si misma.

Espira rectangular girando de un campo magnético

La dirección de esta fuerza creada se puede determinar por la regla de la mano izquierda.

• Si la dirección de la velocidad es paralela a la dirección del campo magnético, la fuerza se anula y la trayectoria de la partícula será rectilínea.
• Si la dirección de la velocidad es perpendicular al campo magnético la fuerza vendrá dada por la expresión:

Y si esta fuerza es perpendicular al plano formado por la velocidad y el campo magnético, la partícula entonces describirá una trayectoria circular.

• Si la dirección de la velocidad es oblicua a la del campo magnético, la partícula describirá una trayectoria en espiral.

Faraday-Lenz, la inducción electromagnética y la fuerza electromotriz inducida

La inducción electromagnética es la producción de corrientes eléctricas por campos magnéticos variables con el tiempo. Este fenómeno es justamente el contrario al que descubrió Oersted, ya que es la existencia de un campo magnético lo que nos producirá corrientes eléctricas. Además, la  corriente eléctrica incrementa en aumentar la rapidez con la que se producen las variaciones de flujo magnético.

Estos hechos permitieron enunciar la ley que se conoce como la Ley de Faraday-Lenz.

La ley de Faraday-Lenz

Basado en el principio de conservación de la energía, Michael Faraday pensaba que si una corriente eléctrica era capaz de generar un campo magnético, entonces un campo magnético debía también producir una corriente eléctrica.

En 1831 Faraday llevó a cabo una serie de experimentos que le permitieron descubrir el fenómeno de inducción electromagnética. Descubrió que, moviendo un imán a través de un circuito cerrado de alambre conductor, se generaba una corriente eléctrica, llamada corriente inducida. Además, esta corriente también aparecía al mover el alambre sobre el mismo imán quieto.

Faraday explicó el origen de esta corriente en términos del número de líneas de campo atravesados por el circuito de alambre conductor, que fue posteriormente expresado matemáticamente en la hoy llamada Ley de Faraday, una de las cuatro ecuaciones fundamentales del electromagnetismo.

La Ley de Faraday nos dice que:

“La fuerza electromotriz inducida en un circuito es igual y de signo opuesto a la rapidez con que varia el flujo magnético que atraviesa un circuito, por unidad de tiempo”.

Para determinar el sentido de una corriente inducida se utiliza la llamada Ley de Lenz, que formulaba que:

“La corriente inducida crea un campo magnético que se opone siempre a la variación de flujo magnético que la ha producido”.

Estas leyes se pueden resumir en la siguiente expresión:

Donde se establece que el cociente entre la variación de flujo (Δϕ) respecto la variación del tiempo (Δt) es igual a la fuerza electromotriz inducida (ξ). El signo negativo viene dado por la ley de Lenz, e indica el sentido de la fuerza electromotriz inducida, causa de la corriente inducida. La corriente inducida, pues, se debe al movimiento relativo que hay entre la bobina y el imán.

La inducción electromagnética constituye un fenómeno destacado en el electromagnetismo. Se han desarrollado un sin número de aplicaciones prácticas de este fenómeno físico:

• El transformador, que se emplea para conectar un teléfono móvil a la red.
• La dinamo de una bicicleta.
• El alternadorde una gran central hidroeléctrica .

La inducción electromagnética en una bobina

Para entender correctamente qué es la inducción electromagnética analizaremos una bobina (componente del circuito eléctrico en forma de espiral que almacena energía eléctrica):

• Cuando el imán y la bobina están en reposoel galvanómetro no señala paso de corriente eléctrica a través de la bobina.
• Si acercamosun imán a esta bobina, observamos que el galvanómetro marca el paso de  una corriente eléctrica en la bobina.
• Si  alejamos el imán, el galvanómetro marcará el paso de la corrienteeléctrica a través de la bobina, pero de sentido contrario a cuando lo acercábamos.
• Si en vez de mover el imán movemos la bobina, podemos comprobar los mismos efectos a través del galvanómetro.

De esta experiencia se puede deducir que el corriente dura mientras se realiza el movimiento del imán o de la bobina y es más intenso como más rápido se haga este movimiento.  La corriente eléctrica que aparece a la bobina es la corriente inducida.

Corrientes de Foucault

Las corrientes de Foucault,  también conocidas como corrientes parásitas, fueron descubiertas por el físico francés Léon Foucault en 1851, al construir un dispositivo que utilizaba un disco de cobre el cual se movía en un campo magnético intenso.

Este fenómeno  se produce cuando un material conductor atraviesa un campo magnético variable (o viceversa. En este caso, el movimiento relativo entre el material conductor y el campo magnético variable, causa una circulación de electrones, o corriente inducida a través del material conductor.

Estas corrientes circulares, de Foucault crean campos magnéticos variables con el tiempo, que se oponen al  sentido del flujo del campo magnético aplicado.

Las corrientes de Foucault, y los campos opositores generados serán mayores cuanto:

• Más fuerte sea el campo magnético aplicado.
• Mayor la conductividad del conductor.
• Mayor la velocidad relativa de movimiento.

Las corrientes de Foucault crean pérdidas de energía a través del efecto Joule, que es un fenómeno irreversible por el cual si en un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor debido a los choques que sufren con los átomos del material conductor por el que circulan, elevando la temperatura del mismo.

Sin embargo, hay infinidad de aplicaciones que se basan en las corrientes de Foucault, como:

• Los hornos de inducción, de gran utilidad en la industria ya que funcionan a altas frecuencias y con grandes corrientes.
• Las corrientes Foucault, también, son la base del funcionamiento de los detectores de metales.
• También están presentes en los sistemas de levitación magnética usada en los trenes.

Pero las corrientes parásitas también disminuyen la eficiencia de muchos dispositivos que usan campos magnéticos variables, como los transformadores de núcleo de hierro y los motores eléctricos. Estas pérdidas son minimizadas utilizando núcleos con materiales magnéticos que tengan baja conductividad eléctrica (como por ejemplo ferrita) o utilizando delgadas hojas de acero eléctrico, apiladas pero separadas entre sí mediante un barniz aislante u oxidadas tal que queden mutuamente aisladas eléctricamente.

En general, las corrientes de Foucault son indeseadas, ya que representan una disipación de energía en forma de calor, pero, como ya hemos visto, estas corrientes son la base de muchas aplicaciones. También son la causa principal del en conductores que transportan corriente alterna, lo que crea la mayor parte de las pérdidas en el transporte de la electricidad.

Objetivo

Demostrar cómo es que se puede generar energía por medio de imanes.

Justificación

La energía que generan los campos magnéticos de los imanes se puede aprovechar para generar electricidad, de esta manera, la energía producida es sustentable, limpia y económica; es por eso que me llama la atención investigar más a fondo sobre los imanes además de darlo a conocer a la comunidad escolar.

Hipótesis

Si se investiga acerca de las propiedades magnéticas de los imanes, entonces estos pueden ser aprovechados para generar energía.

Método (materiales y procedimiento)

Visita a Museo Universum

El día viernes, 30 de diciembre de 2016, en compañía de mi mamá y mi abuelo, visite el museo Universum que se encuentra dentro de Ciudad Universitaria de la UNAM. Este museo cuenta con varias salas de exhibición tanto permanentes como temporales y aunque visite varias de ellas, la que más me llamo la atención por motivo de mi experimento fue la sala Estructura de la Materia, en la cual muestran experimentos relacionados a la física como son electricidad, magnetismo, óptica, y hasta mecánica cuántica.

Lo primero que hice fue participar en un experimento con varios niños y papas en donde nos dieron toques con energía eléctrica, en el cual nos explicaron que a mayor superficie de contacto de un metal con una fuente de energía eléctrica mayor flujo de esta misma energía.

Otra presentación acerca de la electricidad que se genera a través de la estática fue muy divertida, porque al principio pensé que no pasaba nada, pero en realidad fue porque no lo estaba haciendo correctamente. Cuando me dijeron como debía de hacerlo me lleve una sorpresa y una buena descarga.

Sin embargo, de los experimentos más interesantes y que me llamo muchísimo la atención fue el de la Jaula de Faraday, mismo en el que participe. Ahí nos explicaron cómo funciona el campo electromagnético. En esta caja de metal la carga eléctrica es nula y por tanto protege a los objetos o personas que se encuentran en su interior de la influencia del campo magnético eléctrico externo, es decir, de las descargas eléctricas y los campos eléctricos estáticos, ya que las cargas positivas y negativas se encuentran aisladas, la carga positiva en un extremo y la negativa en el otro, anulándose en el punto en el que entran en contacto y forman como un vacío en dicho punto. Fue un experimento muy divertido y emocionante.

Otros experimentos más pequeños que vi fueron los que explican el funcionamiento de las bobinas. Cualquier cable por el que circule una corriente eléctrica tiene a su alrededor un campo magnético, es por ello que las bobinas están construidas de alambres arrollados que almacenan energía en forma de campo magnético, por lo que también son conocidas como inductores. Al estar el inductor hecho de espiras de alambre, el campo magnético circula por el centro del inductor y cierra su camino por su parte exterior. Una característica de ellos es que reacciona contra cambios en la corriente que pasa a través de él, generando un voltaje; es por ello que se utilizan como fuentes de anergia y son utilizados en diversos aparatos como interruptores de luz, timbres, circuitos de radio y TV, transformadores y motores eléctricos como los de los automóviles.

Uno de los experimentos que se relaciona directamente con los campos magnéticos generados por la electricidad fue el del anillo de Thomson. En este, al pasar una corriente eléctrica a través de un embobinado genera campos magnéticos opuestos al campo magnético que género la corriente, lo que hace que la bobina y el aro se repelen. Esto, fue muy interesante, ya que el aro en realidad estaba muy pesado, lo cual comprobé al tratar de levantarlo, sin embargo el campo magnético generado fue lo suficientemente poderoso para levantarlo una y otra vez con facilidad cuando yo no pude, como pueden ver en el video que adjunto. Esta visita me gustó mucho porque fue muy interesante.

Galería Método

Resultados

En el primer prototipo con el rotor del ventilador, no pude demostrar que se puede generar movimiento con los imanes, ya que la fuerza generada por los mismos era nula, es decir, la intensidad del campo magnético o agitación que producen los pequeños imanes pegados a la región del rotor y el imán tipo dona que era acercado y alejado continuamente del rotor, no fue la necesaria para poder generar el movimiento deseado, ya que solo se generó uno esporádico e intermitente. Una de las posibles causas de este resultado pudo deberse a la orientación incorrecta con la que los imanes fueron fijados al rotor, ya que para que pudiera haber una atracción entre los imanes fijados y el imán móvil, estos tuvieron que haberse colocado en polaridades contrarias. De esta manera, tenía que haberme asegurado de pegar todos los pequeños imanes ya sea en polaridad negativa o positiva y de colocar únicamente el imán tipo dona en la polaridad contraria, para que así las cargas se atrajeran entre sí (saltando de un polo a otro) y pudieran generar una agitación entre las líneas del campo magnético, creando así un movimiento. Otro factor se debió al material del que estaba compuesto el cuerpo del rotor ya que si se acercaba el imán a este, lo atraía, lo que indica que afectaba de alguna manera al movimiento libre del rotor cubierto por imanes.

En el segundo prototipo con el lector de VHS, en el primer intento, el resultado fue muy similar al del primer prototipo, ya que a pesar de usar imanes más potentes, el movimiento era mínimo. Es decir, al acercar  y alejar continuamente el imán móvil (con un movimiento circular constante) a los imanes fijados al lector, se mantuvo el campo de energía en esa zona y por lo tanto se provocó un leve movimiento, en donde los imanes fijados se desplazaban por aproximadamente 1-2 cm haciendo girar el lector de VHS, pero rápidamente volvían a su estado original o de reposo, como si solo hubieran sido empujados por una pequeña fuerza, pero sin ser lo suficiente fuerte como para poder alterar la corriente inducida por su campo magnético, ya que esta por naturaleza, se opone siempre a la variación de flujo magnético que se haya producido. Cabe mencionar que a diferencia del primer prototipo, el cuerpo del lector es de un material que no es afectado por el campo magnético y de esta manera permite que el mismo, solo actué sobre los imanes adheridos a este, y de esta manera permita que gire más libremente.

En el segundo intento, coloque 3 imanes más alrededor del lector, y nuevamente genere un movimiento constante con el imán móvil, y de esta manera pude ejercer un desplazamiento más fuerte de los imanes fijados, haciendo girar el lector más rápidamente con ayuda de los nuevos imanes, y fue justo en este momento cuando parecía que el experimento había sido todo un éxito. Sin embargo, al cabo de 30 segundos aproximadamente, el lector empezó a detenerse y finalmente se detuvo por completo. En este caso, el resultado negativo también pudo deberse a la incorrecta posición y por tanto polaridad de los imanes. A diferencia del primer experimento, todos los imanes fijos fueron colocados en la misma polaridad y a su vez contrariamente a la del imán móvil, pero al estar todos los imanes atrayéndose entre sí continuamente, llega un momento en el que ya no solo se genera un movimiento sino una fuerza de atracción tan fuerte que hace que los imanes tiendan a pegarse entre sí, frenando el movimiento del lector paulatinamente, hasta detenerlo por completo.

Por lo tanto, en el último intento de mi prototipo, con base en todas las experiencias y resultados obtenidos, comprendí que para generar energía cinética con imanes, necesito generar no solo una fuerza de atracción sino también una de repulsión aunado a un movimiento circular constante para mantener estas fuerzas continuas y por ende el movimiento deseado. Esto se logra debido a que las líneas del campo magnético, al acercarse dos polos opuestos, tienden a saltar de un polo a otro, atrayéndose entre sí, en cambio si las polaridades de los imanes son iguales, estas líneas tienden a comprimirse en su propio polo y al ser esta compresión máxima, las líneas se expanden, repeliéndose entre sí, lo que nos da como resultado una fuerza de atracción y repulsión constante entre los imanes, generando y conservando un movimiento.

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

En mi proyecto realice un prototipo de motor movido por la repulsión de los imanes utilizando un rotor de ventilador, sin embargo, no funciono, por tal motivo realice otro prototipo utilizando un lector de sistema de VHS, ya que no se ve afectado por el magnetismo. Este último prototipo no funciono del todo pero observe que si logre un movimiento utilizando las propiedades magnéticas de los imanes. Se puede generar energía cinética con imanes, a través de fuerzas de atracción y repulsión constantes.

Bibliografía

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Summary

Research Question

Problem approach

Looking for new sources of energy as well as being economical, do not damage the environment, through the use of common objects (magnets).

Background

Objective

To demonstrate how to generate energy using magnets.

Justification

The energy generated by the magnetic fields of the magnets can be used to produce electricity. In this way, the energy produced is clean. In this way, the energy produced is sustainable, clean and economical. For this reason, it called my attention further investigation on magnets, as well as make it known to the school community.

Hypothesis

If it is made a properly research about the magnetic properties of magnets, then they could be used to generate energy.

Method (materials and procedure)

Method Gallery

Results

Results Gallery

Discussion

Conclusions

Bibliography