Instituto Católico

La Medalla Milagrosa

Materia

Física

Tema

Elaboración de un electroimán casero

Docente

Ever David Hernández Barillas

Alumna

Jessica Maricela Morán N°37

Tatiana Beatriz Quijada Galdámez N°43

Grado

Segundo Año General “A”

Fecha de Entrega

17 de Septiembre de 2014

Santa Ana, 15 de Septiembre de 2014

Comencemos por lo más elemental. Un electroimán es un dispositivo que funciona

con corriente eléctrica y que genera un campo magnético. Trabaja de acuerdo al

principio de que la corriente eléctrica no solo permite que los electrones fluyan en

un circuito, sino que también es capaz de generar un campo magnético.

En este dispositivo hay un alambre o un cable enrollado, lo que hace que el campo

magnético sea más potente. Los objetos de hierro o metal que están enrollados

por este cable son consecuentemente imantados. La combinación de energía

eléctrica, el cable en espiral y un material conductor, forman el dispositivo que

conocemos como electroimán.

El electroimán fue desarrollado por el inglés, William Sturgeon, el 1823. El cual,

junto con otros personajes de la época, lograron desarrollar varios adelantos en el

campo de la electricidad en el siglo XIX.

Un electroimán, es compuesto en su interior, por un núcleo de hierro. Núcleo al

cual, se le ha incorporado un hilo conductor, recubierto de material aislante, tal

como la seda o el barniz.

Hilo que tiene que ir enrollado en el núcleo, para que el electroimán funcione. Otra

manera de hacer funcionar un electroimán, es de la manera contraria. Cesando el

paso de la corriente, por su núcleo. Esto sucede, cuando un electroimán, cuenta

con un núcleo de acero. Con lo cual, queda funcionando al igual, que un imán

corriente.

3 Clavos de hierro de 3 o 4 pulgadas de longitud 3 yardas o metros de cable eléctrico

3 pilas tipo D de 1.5 V Brújula

Tener a la mano:

Clips metálicos

Fastener

Prendas de oro

Plata

Clavos pequeños

1) Arma tres electroimanes con las instrucciones siguientes:

a) Electroimán 1:

Enrolla el alambre en uno de os cables hasta que

completes 25 vueltas, bien juntas.

b) Electroimán 2:

Repite la operación anterior pero con 50 vueltas.

c) Electroimán 1:

Repite la operación anterior pero con 100 vueltas,.

Posiblemente tendrás que formar varias capas de

embobinado.

2) Determina que materiales atrae cada electroimán, elabora una lista de

materiales por cada uno.

Electroimán 1:

Fastener

Clips

Clavos pequeños

Electroimán 2:

Fastener

Clips

Clavos

Anillo de oro

Electroimán 3:

Fastener

Clips

Clavos

Anillo de oro

Anillo de plata

Hierro

3) ¿Cuál electroimán atrae más objetos? Especifica la cantidad.

Electroimán 1 3 Objetos

Electroimán 2 4 Objetos

Electroimán 3 6 Objetivos

4) Usa el electroimán 3 con una pila, luego con dos pilas y por último

con tres pilas. Compara la fuerza en cada caso usando el criterio:

Número de objetos que atrae.

Electroimán 3 ¿Número de objetos que atrae?

1 pila 6 objetos

2 pilas 8 objetos

3 pilas 11 objetos

Al conectar los dos extremos del cobre a la pila y al acercar el clavo enrolladlo con

cobre a objetos de fierro, son atraídos por el clavo, en mi caso use clips. Eso es

debido a que la corriente eléctrica de la pila crea un campo magnético alrededor

del clavo, si se desconecta cualquier extremo del cable se desvanece ese campo.

Después de haber concluido los pasos del experimento con una pila de 1.5V, se

volvió a repetir dos veces más pero esta vez con una pila de 4.5 V y otra de 6 V y

los resultados fueron los siguientes:

Como se pueden dar cuenta la pila de mayor número de voltios es capaz de atraer

más clips y más rápido pues con la pila de 1.5 V al momento de querer atraer los

clips tienes que ser paciente pues es más lento el proceso ya que tienes que

buscar la manera de como atraer más clips, también depende en que condición se

encuentre la pila pues si ya es usada puede que por más que sea la que tenga

más voltios el resultado será el mismo que una pila de 1.5 V (es como si quisieras

probar un aparato al ponerle las pilas usadas su reacción es pésima pues las

rechaza o bien si las acepta pero es menos el rendimiento y más lento como en un

control de televisión).

5) Usa la regla de la mano derecha para determinar el sentido del campo

magnético de uno de los electroimanes.

El sentido de la corriente eléctrica es señalado por el dedo pulgar, Por ende el

sentido de la fuerza se orienta eb dirección del dedo pulgar, es decir hacia a la

izquierda.

6) Investiga aplicaciones de los electroimanes en la industria.

El campo magnético producido por el electroimán es mucho más intenso que el

producido por la espiral sola sin núcleo de hierro. Los electroimanes tienen

numerosas aplicaciones: en el telégrafo, en las redes telefónicas, en los timbres

eléctricos, etc. Grúas provistas de potentes electroimanes se emplean para

levantar y mover las chatarras de hierro: cuando la grúa llega al lugar establecido

basta interrumpir el circuito del electroimán para que la chatarra caiga al suelo.

Debido a que el campo magnético de un electroimán es variable, según la

corriente que recorre las espirales del circuito, éste se emplea en el receptor de

los aparatos telefónicos, en grabadoras magnéticas y en altavoces.

Los electroimanes se usan en muchas situaciones en las que se necesita un

campo magnético variable rápida o fácilmente. Muchas de estas aplicaciones

implican la deflección de haces de partículas cargadas, como en los casos del

tubo de rayos catódicos y el espectrómetro de masa.

Los electroimanes son los componentes esenciales de muchos interruptores,

siendo usados en los frenos y embragues electromagnéticos de los automóviles.

En algunos tranvías, los frenos electromagnéticos se adhieren directamente a los

rieles.

Se usan electroimanes muy potentes en grúas para levantar pesados bloques de

hierro y acero, y para separar magnéticamente metales en chatarrerías y centros

de reciclaje. Los trenes de levitación magnética usan poderosos electroimanes

para flotar sin tocar la pista. Algunos trenes usan fuerzas atractivas, mientras otros

emplean fuerzas repulsivas.

Los electroimanes se usan en los motores eléctricos rotatorios para producir un

campo magnético rotatorio y en los motores lineales para producir un campo

magnético itinerante que impulse la armadura. Aunque la plata es el mejor

conductor de la electricidad, el cobre es usado más a menudo debido a su relativo

bajo costo, y a veces se emplea aluminio para reducir el peso.

Imágenes por resonancia magnética

Los grandes dispositivos médicos conocidos como MRI (máquinas de imágenes

de resonancia magnética) funcionan, como su nombre lo indica, a través del uso

de poderosos electroimanes. Cuando una persona es colocada dentro de un MRI,

las máquinas magnetizan los átomos en su cuerpo. El núcleo del átomo envía una

señal magnética a los otros componentes de las máquinas que producen un

escaneo de varias áreas del cuerpo. Los médicos pueden usar esta imagen para

determinar la ubicación exacta de problemas en el paciente y desarrollar un

remedio. Las máquinas MRI permiten una vista increíblemente detallada del

interior de una persona sin tener que usar radiación o cirugía.

Elevación industrial

Un uso de los electroimanes que mucha gente raramente consigue observar es en

el levantamiento industrial. Los electroimanes se usan extensivamente en

depósitos de chatarra y en refinerías de desechos metálicos para mover grandes

pilas de metal viejo. Los grandes electroimanes están compuestos de una gran

placa de hierro unida a una grúa. Una corriente eléctrica es enviada a la placa

creando un imán lo suficientemente poderoso como para levantar toneladas de

metal. El material puede ser levantado y transportado a una diferente ubicación

para procesarlo.

Transporte

Los electroimanes también son usados para transportar personas a altas

velocidades. Los trenes de levitación magnética usan electroimanes de alta

potencia para mover trenes a velocidades de varios cientos de millas por hora. El

principio científico que permite esto se llama suspensión electromagnética.

Permite que un objeto literalmente levite sobre una superficie. La suspensión

electromagnética funciona debido a que un objeto cargado electromagnéticamente

no puede lograr un equilibrio estable dentro de un campo electrostático. Cuando la

corriente está constantemente alterada, la atracción magnética del objeto también

se altera. La levitación magnética en trenes permite que el vehículo se mueva

rápidamente para atrapar los campos magnéticos que cambian. Esta forma de

transporte también ahorra electricidad al permitir que la fuerza magnética haga la

mayor parte del trabajo.

7) Explica usando un lenguaje científico ¿cómo funciona tu electroimán?

Cuando una corriente eléctrica circula por un materiál conductor, genera un campo

magnético. La siguiente imagen muestra como se distribuye éste campo

magnético.

Al enrollar el conductor en forma circular (o cuadrada también podría ser, por ejemplo) el campo electromagnético generado por cada tramo de conductor se concentra en una región mas pequeña, y toma la forma como lo indica la siguiente figura:

Cuando colocamos un material ferrico como núcleo, lo que estamos haciendo es

concentrar todo el campo magnético generado. Esto ocurre debido a que ese

material es mas permeable al campo magnético que el aire. Es por ello que sin un

núcleo, nuestro electroimán casero no funciona, pues las líneas de campo se

dispersan.

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.