Este documento presenta información sobre el Levitrón, un juguete que utiliza el magnetismo para hacer levitar una peonza sobre una base magnética. Explica brevemente la historia del magnetismo y cómo funciona el Levitrón, requiriendo que la peonza gire a una velocidad precisa para lograr un equilibrio magnético que contrarreste la gravedad. También cubre el inventor original del dispositivo, Roy Harrigan, y los desafíos técnicos en mantener la levitación debido a factores como la temperatura.
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INTRODUCCION
Este proyecto se basa principalmente en la creación de un juguete llamado levitron, con el cual se
podrá utilizar mediante el magnetismo por lo tanto empezaremos por dar una breve explicación acerca
de la historia y la continuación de lo que es esto.
Los fenómenos magnéticos fueron conocidos por los antiguos griegos. Se dice que por primera vez se
observaron en la ciudad de Magnesia del Meandro en Asia Menor, de ahí el término magnetismo.
Sabían que ciertas piedras atraían el hierro, y que los trocitos de hierro atraídos atraían a su vez a otros.
Estas se denominaron imanes naturales.
El primer filósofo que estudió el fenómeno del magnetismo fue Tales de Mileto, filósofo griego que
vivió entre 625 a. C. y 545 a. C. En China, la primera referencia a este fenómeno se encuentra en un
manuscrito del siglo IV a. C. titulado Libro del amo del valle del diablo: «La magnetita atrae al hierro
hacia sí o es atraída por éste». La primera mención sobre la atracción de una aguja aparece en un
trabajo realizado entre los años 20 y 100 de nuestra era: «La magnetita atrae a la aguja».
El científico Shen Kua (1031-1095) escribió sobre la brújula de aguja magnética y mejoró la precisión
en la navegación empleando el concepto astronómico del norte absoluto. Hacia el siglo XII los chinos
ya habían desarrollado la técnica lo suficiente como para utilizar la brújula para mejorar la
navegación. Alexander Neckham fue el primer europeo en conseguir desarrollar esta técnica en1187.
Magnetismo.
El magnetismo es un fenómeno físico por el que los materiales ejercen fuerzas de atracción o repulsión
sobre otros materiales. Hay algunos materiales conocidos que han presentado propiedades magnéticas
detectables fácilmente como el níquel, hierro, cobalto y sus aleaciones que comúnmente se llaman
imanes. Sin embargo todos los materiales son influenciados, de mayor o menor forma, por la presencia
de un campo magnético.
Etimología de Magnetismo o magnete.
Piedras «Magnesia y Magneto» (de magnesiano, magnetismo, magnetizar) del gr. magnees (tierra,
metal y oxido) procedentes de magnesia ciudad de Tesalia.
«Imán», del griego, adamas, adamantes (diamante, acero) de «a» (privativa, prefijo de contrariedad o
de negación) y damaoo (quemar). Figo. piedra dura que no se puede o no se debiera quemar, calentar,
pues los griegos debieron conocer que el calor destruye el magnetismo.
Del latín manes, -tisis, imán.
Estas piedras eran también conocidas desde antiguo como «piedras calamitas» llamadas vulgarmente
en Europa «yman» o «magnate, hematites siderita y heraclion».
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JUSTIFICACIÓN
El proyecto LEVITRON tiene como fin ser un medio de entretenimiento, en donde hace presencia
la ciencia y la tecnología por medio del magnetismo, está diseñado para ser una herramienta de
juego en el cual las personas no se exponen a daños físicos en su integridad, ni en la infraestructura
de su comodidad. Podemos encontrar una buena enseñanza utilizando este sensacional dispositivo
donde se puede encontrar los polos positivos en donde se obtiene el fenómeno de la levitación.
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Motivar a niños y adultos a implementar nuevas tecnologías que hacen uso de la ciencia y sus
principios como base para la realización y adaptación de nuevos productos tales como el
LEVITRON.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
o Lograr una nueva forma de utilizar mecanismos tecnológicos y científicos de gran interés
para la sociedad, y que por ende contribuyan a la unión de la población o reintegración si
así lo requiere. Teniendo como principal medio de uso el LEVITRON y así generar
sociabilidad entre las poblaciones.
o Con este experimento se propone o se trata de demostrar que los polos opuestos se atraen y
polos iguales se repelen.
El experimento que haremos está basado en el modelo de Levitrón.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
DESCRIPCIÓN
Muchos juguetes como el trompo no están diseñados para poder jugar en apartamentos o superficies
de cerámica ya que su punta acerada la puede deteriorar o dañar.
IDENTIFICACIÓN
Hace mucho tiempo existe el trompo, juguete diseñado para girar sobre una punta de acero que hace
breves giros sobre la superficie, y genera daños en su caída al suelo
lo que produce problemas económicos, entre otros. Ya que emite un gran sonido y golpe
desagradable el cual hace que dañe superficies y que haya mayores gastos en tener que comprar
baldosas o cerámicas nuevas
FORMULACIÓN
La solución de la problemática planteada es inventar un prototipo, el cual será diseñado para evitar
desgastes de las superficies en cerámicas, pisos, o de apartamentos. Esta nueva herramienta que
consiste en una peonza suspendida en el aire girando sobre una base magnética.
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LEVITRON METODOLOGIA
Consiste básicamente de una peonza o
trompo magnético permanente que
gira levitando sobre una base
también magnética de forma anular. Esto lo
transforma en una especie de giroscopio. Para
compensar la fuerza de gravedad y la fuerza
magnética contrapuesta posee anillos a modo
de contrapesos que deben colocarse
pacientemente hasta lograr un equilibrio
determinado. Para lograr una perfecta
estabilización en el proceso de levitación,
existen parámetros funcionales, como
el peso y la velocidad de rotación de la
peonza, los cuales son fundamentales para
lograr un buen equilibrio y lograr la
levitación. Empleando los principios
del campo magnético y la
estabilización giroscópica, Levitron enseña
cómo lograr la levitación de su peonza
mostrando una serie de pasos interactivos.
La estabilización de rotación de la peonza que
levita, paulatinamente sufre una natural y
gradual pérdida a su vez en la velocidad, de
modo que el fenómeno de la levitación, en
esta forma natural, dura un plazo de cuatro
minutos, a menos que se le provea una
energía externa que ayude a sostener la
rotación, lo cual es posible utilizando el
Levitron Perpetuator.
Para poder lograr la levitación, se puede
ayudar con una cubierta plástica transparente
que se coloca encima de la gran base
magnética, la peonza se hace girar sobre esa
cubierta con un registro medio de 25 a 50
rotaciones por el segundo (1500-3000 RPM).
Si la velocidad de rotación es demasiado
lenta, la peonza caerá encima y se deslizará
hacia un lado; si en cambio demasiado rápido
no se orientará para seguir al flujo magnético
entonces se moverá y se deslizará. Puesto que
puede ser difícil hacer girar la peonza
rápidamente con la mano, existe la
posibilidad de hacerla girar con un
dispositivo alimentado a pilas que le da el
impulso inicial para hacerlo girar mediante el
impulso de un motor eléctrico. Luego, la
cubierta plástica transparente se debe levantar
a mano lentamente hasta, y si las condiciones
de peso y velocidad son correctas, la peonza
se levante y levite sobre ella logrando el
punto de equilibrio mecánico.
A la peonza se le deben colocar suplementos
de peso con arandelas de diferente tamaños y
precios que vienen junto con el kit. Si es
demasiado el pesado no se levanta sobre la
cubierta plástica y si demasiado ligero volará
hacia arriba y luego a un costado.3
Después de algunos minutos, la peonza cae
cuando la fricción del aire lo retarda por
debajo de la velocidad crítica. La temperatura
y corrientes de aire, la vibración del terreno, y
las interrupciones de la fuente de energía
también alteran el delicado equilibrio
7. 7
necesario para lograr la estabilidad de la
peonza. Versiones más costosas de
laboratorio pueden sostener la levitación de la
peonza en forma indefinida, manteniendo
activamente la rotación de la misma
compensada por artificios de la rotación. Los
fabricantes del Levitron han desarrollado un
“Perpetuator”, que se coloca debajo del
Levitron el cual envía impulsos magnéticos
adicionales. La fuerza adicional impulsa a la
peonza para hacerla girar lo suficiente como
para mantener una velocidad constante. Con
una velocidad constante, y con el Levitron
nivelado perfectamente, la peonza de
Levitron puede girar por períodos de tiempo
mucho más largos.
¿CÓMO FUNCIONA EL
LEVITRON?
Ahora que usted ha adquirido su Levitron ® y
tienen (Presumiblemente dominó el arte de
hacer girar la parte superior y colocándolo en
su posición de levitación estable, que está
quizás empezando a sentir el pleno sentido de
la admiración que el Levitron ® excita en
muchas personas. Nosotros recibiendo
numerosas consultas de los propietarios
Levitron pidiendo una explicación de cómo
funciona el Levitron. Mucha perplejidad
expresa de que funciona en absoluto, a
menudo citando un teorema debido a
Earnshaw (1,2) como prueba de que no
debería funcionar. Interés por la Levitron
tiene siempre son altas entre los científicos.
Recientemente, analogías del Levitron de
trampas para partículas microscópicas (por
ejemplo, electrones, neutrones) han sido
reconocidos por los científicos que trabajan
en el área de investigación fascinante donde
la materia se manipula y se examina, una tal
partícula microscópica a la vez . El primero
en reconocer la analogía fue el Dr. Michael
V. Berry de la Universidad de Bristol. Dr.
Berry, inspirado por este reconocimiento,
publicó una exposición exhaustiva de la física
de la operación de la Levitron (3). El trabajo
del Dr. Berry es la mejor explicación actual
de cómo funciona el Levitron y él
amablemente nos preparó una breve
encapsulación de sus temas principales, que
te presentamos a continuación. Las personas
que deseen leer la exposición completa
debería solicitar una copia del documento del
Dr. Berry (c / o el Laboratorio de Física HH
Wills, Royal Fort, Tyndall Avenue, Bristol.
¿QUÉ SE NECESITA HACER PARA
QUE JIRE?
Para evitar que la parte superior de
vuelco. Además de proporcionar una fuerza
sobre la parte superior como un todo, el
campo magnético de la base da un par de
torsión que tiende a girar su eje de giro. Si la
parte superior no se gira, este par magnético
sería darle la vuelta. Entonces su polo sur
sería la punta hacia abajo y la fuerza de la
base sería atractiva - es decir, en la misma
dirección que la gravedad - y la parte superior
caería. Cuando la parte superior está girando,
el par de torsión actúa giroscópicamente y el
eje no se vuelque pero gira alrededor de la
dirección del campo magnético (casi
vertical). Esta rotación se llama precesión
(fig. 2). Con el Levitron ®, el eje es casi
vertical y la precesión es visible como un
temblor que se pronuncia más como la parte
superior se ralentiza. La eficacia de giro en la
estabilización de una parte superior
magnéticamente compatible, como el
Levitron ® fue descubierto por Roy M.
Harrigan.
¿POR QUÉ EL PESO CRITICO (Y
PORQUE DEBE SER AJUSTADO CON
TANTA FRECUENCIA?
El peso de la parte superior y la fuerza de
magnetización de la base y la parte superior
determinan la altura de equilibrio donde el
magnetismo equilibra la gravedad. Esta altura
debe estar dentro del rango estable. Ligeros
cambios de temperatura alteran la
magnetización de la base y la parte
superior. (Como la temperatura aumenta, las
direcciones de los imanes atómicos
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randomizado y el campo se debilitan). A
menos que se ajusta el peso para compensar,
el equilibrio se desplaza fuera del rango
estable y la parte superior se caerá. Debido a
que el rango estable es tan pequeño, este
ajuste es delicado - la
Arandela más ligero es sólo
aproximadamente 0,3% del peso de la parte
superior.
INVENCIÓN Y PATENTES
El dispositivo que más adelante fue llamado
Levitron fue inventado y patentado
originalmente por el inventor Roy Harrigan de
Vermont. Un empresario de Seattle, se
encontró con que la patente estaba en proceso
y en vías de intentar perfeccionar una peonza
que levitaba. En ese intento pidieron prestado
el prototipo de Harrigan, analizando su física
con la ayuda de su padre en lo cual trabajó
en Los Alamos National Laboratory of
USA (del United States Department of
Energy), entonces registró como propia una
patente de la mejora.
MARCO TEORICO
Conceptos básicos de los imanes y el
magnetismo.
Imanes: atraen metales específicos y tienen dos
extremos o polos: el norte y el sur. Los polos
opuestos se atraen mientras que los polos del
mismo tipo se repelen. Los imanes y los
campos magnéticos están estrechamente
relacionados, y el magnetismo, junto con la
gravedad y las fuerzas atómicas, es una de las
cuatro fuerzas fundamentales del universo.
Para saber cómo funcionan los imanes, lo
primero que debemos saber es una definición
básica de lo que son los imanes.
IMANES: son objetos que producen campos
magnéticos y atraen metales como el hierro, el
cobalto etc. Las líneas de fuerza del campo
magnético abandonan el imán por su polo
norte y entra por su polo sur. Los imanes
permanentes crean su propio campo magnético
de forma continua. Los imanes temporales los
producen en presencia de un campo magnético,
y por un corto espacio de tiempo mientras
abandona el campo. Los electroimanes
producen campos magnéticos solo cuando la
electricidad pasa por sus cables bobinados.
Hasta hace poco, todos los imanes estaban
hechos de elementos de metal o aleaciones.
Estos materiales producen imanes de diferente
potencia. Algunos ejemplos son los imanes de
cerámica, como son los que usamos en los
frigoríficos y en algunos experimentos
elementales cuando estamos en el colegio, y
usan óxido de hierro en un compuesto de
cerámica. Muchos de estos imanes de
cerámica, no son particularmente fuertes. Los
imanes de alnico están hechos de aluminio,
níquel y cobalto. Son más fuertes que los de
cerámica, pero no tan potentes como aquellos
que incorporan una clase de elementos
llamados metales terrestres. Los imanes de
cobalto de samario combinan el cobalto con
algunos el metal terrestre samario. En recientes
años, los científicos han descubierto los imanes
de plástico, los cuales son flexibles y
moldeables. Sin embargo, algunos solo
trabajan a temperaturas muy bajas, y otros solo
pueden actuar sobre materiales muy ligeros,
como virutas de metal.
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METODOLOGIA
Dentro de las condiciones estipuladas para la
realización del proyecto, se tendrán en cuenta
los siguientes pasos para llevar a cabo el
comienzo y la finalización del proyecto
LEVITRON.
PASOS A SEGUIR DE ACUERDO A LA
ORGANIZACIÓN DEL PROYECTO.
Llevar a cabo las investigaciones
pertinentes, recopilando información
valiosa para la iniciación y
consecutiva ejecución del proyecto.
Llevar muy bien claro a lo que nos
estamos disponiendo para realizar y
evitar menores percances.
Tener a nuestro alcance los
materiales necesarios para llevar a
cabo la ejecución del proyecto.
Materiales tales como:
Imanes, trompo magnético o peonza
magnética, levitron.
Incentivar en niños, jóvenes y adultos
la admisión de este tipo de proyectos
para promover un buen desarrollo
social, de tal manera que este como
punto de partida el levitron, como
una herramienta para integrar y atraer
a mas población.
Ser creativos a la hora de iniciar un
proyecto es importante, por eso
haremos del proyecto un foco de
atención para llamar a la gente a
acudir al proyecto, utilizando colores
fuertes y acompañando el desarrollo
del proyecto con charlas instructivas
acerca del levitron, como sus
orígenes, y fundamentos teóricos que
utiliza para que funcione.
En los niños incentivaremos el uso
del levitron por medio de dibujos de
los mecanismos del levitron
acompañados de charlas cortas pero
precisas.
De ser necesario reunir a toda la
comunidad, e instruir a cerca de los
cambios y adelantos tecnológicos.
Realizar las actividades provistas en
medio de la consolidación del
proyecto, y finalizarlas habiendo
dejado una buena enseñanza a los
participantes de las actividades.
finalizar el proyecto con todas las
actividades propuestas cumplidas y
con los objetivos bien propuestos y
resultados contundentes a la hora de
enseñar y dejar en claro la
contextualización del proyecto.
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MAGNETISMO
El magnetismo o energía magnética es un
fenómeno físico por el cual los objetos
ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre
otros materiales. Hay algunos materiales
conocidos que han presentado propiedades
magnéticas detectables fácilmente como
el níquel, hierro, cobalto y sus aleaciones que
comúnmente se llaman imanes. Sin embargo
todos los materiales son influidos, de mayor o
menor forma, por la presencia de un campo
magnético.
LA FISICA DEL MAGNETISMO.
CAMPOS Y FUERZAS MAGNETICAS.
El fenómeno del magnetismo es ejercido por
un campo magnético, por ejemplo, una
corriente eléctrica o un dipolo magnético crea
un campo magnético, éste al girar imparte
una fuerza magnética a otras partículas que
están en el campo.
Para una aproximación excelente (pero
ignorando algunos efectos cuánticos,
véase electrodinámica cuántica) las
ecuaciones de Maxwell (que simplifican
la ley de Biot-Savart en el caso de corriente
constante) describen el origen y el
comportamiento de los campos que gobiernan
esas fuerzas. Por lo tanto el magnetismo se
observa siempre que partículas
cargadas eléctricamente están en movimiento.
Por ejemplo, del movimiento de electrones en
una corriente eléctrica o en casos del
movimiento orbital de los electrones
alrededor del núcleo atómico. Estas también
aparecen de un dipolo magnético intrínseco
que aparece de los efectos cuánticos, por
ejemplo del spin de la mecánica cuántica.
La misma situación que crea campos
magnéticos (carga en movimiento en una
corriente o en un átomo y dipolos magnéticos
intrínsecos) son también situaciones en que el
campo magnético causa sus efectos creando
una fuerza. Cuando una partícula cargada se
mueve a través de un campo magnético B, se
ejerce una fuerza F dado por el producto
cruz:
donde es la carga eléctrica de la
partícula, es el vector velocidad de la
partícula y es el campo magnético. Debido
a que esto es un producto cruz, la fuerza
es perpendicular al movimiento de la
partícula y al campo magnético.
La fuerza magnética no realiza trabajo
mecánico en la partícula, cambia la dirección
del movimiento de ésta, pero esto no causa su
aumento o disminución de la velocidad. La
magnitud de la fuerza es: donde es el
ángulo entre los vectores
Una herramienta para determinar la dirección
del vector velocidad de una carga en
movimiento, es siguiendo la ley de la mano
derecha (véase regla de la mano derecha).
El físico alemán Heinrich Lenz formuló lo
que ahora se denomina la ley de Lenz, ésta da
una dirección de la fuerza electromotriz (fem)
y la corriente resultante de una inducción
electromagnética.
11. 11
DIPOLOS MAGNETICOS
Se puede ver una muy común fuente
de campo magnético en la naturaleza,
un dipolo. Éste tiene un "polo sur" y un "polo
norte", sus nombres se deben a que antes se
usaban los magnetos como brújulas, que
interactuaban con el campo magnético
terrestre para indicar el norte y el sur
del globo.
Un campo magnético contiene energía y
sistemas físicos que se estabilizan con
configuraciones de menor energía. Por lo
tanto, cuando se encuentra en un campo
magnético, un dipolo magnético tiende a
alinearse sólo con una polaridad diferente a la
del campo, lo que cancela al campo lo
máximo posible y disminuye la energía
recolectada en el campo al mínimo. Por
ejemplo, dos barras magnéticas idénticas
pueden estar una a lado de otra normalmente
alineadas de norte a sur, resultando en un
campo magnético más pequeño y resiste
cualquier intento de reorientar todos sus
puntos en una misma dirección. La energía
requerida para reorientarlos en esa
configuración es entonces recolectada en el
campo magnético resultante, que es el doble
de la magnitud del campo de un magneto
individual (esto es porque un magneto usado
como brújula interactúa con el campo
magnético terrestre para indicar Norte y Sur).
Una alternativa formulada, equivalente, que
es fácil de aplicar pero ofrece una menor
visión, es que un dipolo magnético en un
campo magnético experimenta un momento
de un par de fuerzas y una fuerza que pueda
ser expresada en términos de un campo y de
la magnitud del dipolo (por ejemplo sería
el momento magnético dipolar). Para ver
estas ecuaciones véase dipolo magnético.
DIPOLOS MAGNETICOS
ATOMICOS
La causa física del magnetismo en los
cuerpos, distinto a la corriente eléctrica, es
por los dipolos atómicos magnéticos. Dipolos
magnéticos o momentos magnéticos, en
escala atómica, resultan de dos tipos
diferentes del movimiento de electrones. El
primero es el movimiento orbital del electrón
sobre su núcleo atómico; este movimiento
puede ser considerado como una corriente de
bucles, resultando en el momento dipolar
magnético del orbital. La segunda, más
fuerte, fuente de momento electrónico
magnético, es debido a las propiedades
cuánticas llamadas momento de spin del
dipolo magnético (aunque la teoría mecánica
cuántica actual dice que los electrones no
giran físicamente, ni orbitan el núcleo).
El momento magnético general de un átomo
es la suma neta de todos los momentos
magnéticos de los electrones individuales.
Por la tendencia de los dipolos magnéticos a
oponerse entre ellos se reduce la energía neta.
En un átomo los momentos magnéticos
opuestos de algunos pares de electrones se
cancelan entre ellos, ambos en un
movimiento orbital y en momentos
magnéticos de espín. Así, en el caso de un
átomo con orbitales electrónicos o
suborbitales electrónicos completamente
llenos, el momento magnético normalmente
se cancela completamente y solo los átomos
con orbitales electrónicos semillenos tienen
un momento magnético. Su fuerza depende
del número de electrones impares.
La diferencia en la configuración de los
electrones en varios elementos determina la
naturaleza y magnitud de los momentos
atómicos magnéticos, lo que a su vez
determina la diferencia entre las propiedades
magnéticas de varios materiales.
12. 12
CLASIFICACION DE LOS MATERIALES MAGNETICOS
Tipo de material Características
No magnético
No afecta el paso de las líneas de campo magnético.
Ejemplo: el vacío.
Diamagnético
Material débilmente magnético. Si se sitúa una barra magnética cerca de él,
ésta lo repele.
Ejemplo: bismuto (Bi), plata (Ag), plomo (Pb), agua.
Paramagnético
Presenta un magnetismo significativo. Atraído por la barra magnética.
Ejemplo: aire, aluminio (Al), paladio (Pd), magneto molecular.
Ferromagnético
Magnético por excelencia o fuertemente magnético. Atraído por la barra
magnética.
Paramagnético por encima de la temperatura de Curie
(La temperatura de Curie del hierro metálico es aproximadamente unos
770 °C).
Ejemplo: hierro (Fe), cobalto (Co), níquel (Ni), acero suave.
Antiferromagnético
No magnético aún bajo acción de un campo magnético inducido.
Ejemplo: óxido de manganeso (MnO2).
Ferrimagnético
Menor grado magnético que los materiales ferromagnéticos.
Ejemplo: ferrita de hierro.
Superparamagnético
Materiales ferromagnéticos suspendidos en una matriz dieléctrica.
Ejemplo: materiales utilizados en cintas de audio y video.
Ferritas
Ferromagnético de baja conductividad eléctrica.
Ejemplo: utilizado como núcleo inductor para aplicaciones de corriente
alterna.
13. 13
MONOPOLOS
MAGNETICOS
Puesto que un imán de barra obtiene su
ferromagnetismo de los electrones
magnéticos microscópicos distribuidos
uniformemente a través del imán, cuando un
imán es partido a la mitad cada una de las
piezas resultantes es un imán más pequeño.
Aunque se dice que un imán tiene un polo
norte y un polo sur, estos dos polos no
pueden separarse el uno del otro. Un
monopolo -si tal cosa existe- sería una nueva
clase fundamentalmente diferente de objeto
Magnético. Actuaría como un polo norte
aislado, no atado a un polo sur, o viceversa.
Los monopolos llevarían "carga magnética"
análoga a la carga eléctrica. A pesar de
búsquedas sistemáticas a partir de 1931
(como la de 2006), nunca han sido
observadas, y muy bien podrían no
existir.(ref). Milton menciona algunos
eventos no concluyentes (p.60) y aún
concluye que "no ha sobrevivido en absoluto
ninguna evidencia de monopolos
magnéticos". (p.3).
ELECTROMAGNETOS
Un electroimán es un imán hecho de alambre
eléctrico bobinado en torno a un material
magnético como el hierro. Este tipo de imán
es útil en los casos en que un imán debe estar
encendido o apagado, por ejemplo, las
grandes grúas para levantar chatarra de
automóviles.
Para el caso de corriente eléctrica se
desplazan a través de un cable, el campo
resultante se dirige de acuerdo con la regla de
la mano derecha. Si la mano derecha se
utiliza como un modelo, y el pulgar de la
mano derecha a lo largo del cable de positivo
hacia el lado negativo ("convencional actual",
a la inversa de la dirección del movimiento
real de los electrones), entonces el campo
magnético hace una recapitulación de todo el
cable en la dirección indicada por los dedos
de la mano derecha. Como puede observarse
geométricamente, en caso de un bucle
o hélice de cable, está formado de tal manera
que el actual es viajar en un círculo, a
continuación, todas las líneas de campo en el
centro del bucle se dirigen a la misma
dirección, lo que arroja
un 'magnéticadipolo ' cuya fuerza depende de
la actual en todo el bucle, o el actual en la
hélice multiplicado por el número de vueltas
de alambre.
UNIDADES DEL
MAGNETISMO
o Tesla [T] = unidad de campo
magnético.
o Weber [Wb] = unidad de flujo
magnético.
o Ampere [A] = unidad de corriente
eléctrica, que genera campos
magnéticos.
o OTRAS UNIDADES
o gauss, abreviado como G, es
la unidad CGS de inducción
magnética (B).
o Oersted, es la unidad CGS de campo
magnético.
o Maxwell, es la unidad CGS de flujo
magnético.
14. 14
LEYES DEL MAGNETISMO
LEY DE GAUSS PARA EL
CAMPO MAGNETICO
El campo magnético de una carga puntual
posee la propiedad de que sus líneas de
campo son circunferencias cerradas en torno
a la línea de movimiento de la carga. Es decir,
son líneas sin extremos, no como las del
campo electrostático, que parten de las cargas
positivas y mueren en las negativas.
El campo debido a una corriente es
superposición de los campos magnéticos de
las cargas que lo componen. Por ello, sus
líneas de campo tampoco tienen extremos. En
el caso de un hilo rectilíneo y de una espira
circular, el las líneas de campo son curvas
cerradas. En el caso general pueden ser
madejas muy complicadas, pero en cualquier
caso sin extremos.
Si se calcula el flujo del campo magnético a
través de una superficie cerrada, puesto que
todas las líneas de campo magnético que
entran por un lado salen por otro (pues no
pueden desaparecer en el interior), el
resultado es un flujo nulo:
Esta es la ley de Gauss para el campo
magnético. Es una ley universal que se
cumple en toda circunstancia.
Podría pensarse que los imanes no satisfacen
esta ley. Después de todo, los imanes poseen
polos norte y sur. Un polo norte es aquel del
que salen las líneas de campo magnético y el
polo sur aquél al que llegan. Si uno considera
el flujo alrededor del polo norte de un imán,
debería obtenerse un flujo positivo, ¿no? No.
Si uno analiza lo que ocurre dentro del imán,
encuentra que dentro de éste las líneas de
campo magnético van del polo sur al polo
norte, cerrando la línea y anulando el flujo.
Po r ello, al partir un imán en dos no se
obtienen dos polos separados, sino dos
nuevos imanes, cada uno con sus dos polos.
LEY AMPERE
Cuando se calcula el campo magnético
debido a un hilo rectilíneo por el cual circula
una intensidad de corriente I se llega al
resultado
Siendo ρ la distancia perpendicular al hilo
y el vector unitario acimutal. De esta
expresión se deduce que las líneas de campo
magnético son circunferencias que dan
vueltas en torno al hilo de corriente.
Si ahora calculamos la circulación a lo largo
de una de estas circunferencias, el resultado
es independiente de la distancia al hilo
Este resultado se puede generalizar a
cualquier curva cerrada que envuelva una vez
al hilo de corriente. Por contra, si
consideramos una curva por el exterior del
hilo, puede demostrarse que se anula la
circulación del campo magnético.
A partir de aquí el resultado se extiende a un
conjunto cualquiera de corrientes. Si tenemos
15. 15
una serie de hilos y una curva C que envuelve
solo a algunos de ellos, dejando el resto fuera,
la circulación del campo magnético la dan
solo aquellas corrientes que son rodeadas por
la curva matemáticamente
Esta es la ley de Ampère para el campo
magnético creado por corrientes
estacionarias: la circulación del campo
magnético a lo largo de una curva cerrada C
es igual a la permeabilidad del vacío
multiplicada por la corriente total que
atraviesa una superficie S apoyada en la curva
C y orientada según la regla de la mano
derecha. El signo de cada una de las
corrientes será positivo si fluye en el sentido
indicado normal a S y negativo en caso
contrario.
la ley de Ampère puede escribirse en función
de la densidad de corriente como
GRÁFICA, MATERIALES, PLANO E INSTRUCCIONES DE
POSICIÓN DEL LEVITRON.