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Imanes

  1. 1. FISICA II Imanes Magnetismo Abigail Velázquez Gómez 28/04/2012Un imán es un material capaz de producir un campo magnético exterior y atraer el hierro (también puede atraer alcobalto y al níquel). Los imanes que manifiestan sus propiedades de forma permanente pueden ser naturales, comola magnetita (Fe3O4) o artificiales, obtenidos a partir de aleaciones de diferentes metales. En un imán la capacidadde atracción es mayor en sus extremos o polos. Estos polos se denominan norte y sur, debido a que tienden aorientarse según los polos geográficos de la Tierra, que es un gigantesco imán natural.
  2. 2. Página 1 de 6¿Qué es un imán?Un imán es un material que tiene la capacidad de producir un campo magnético en su exterior, el que escapaz de atraer al hierro, así como también al níquel y al cobalto.Existen imanes de origen natural y otros fabricados de forma artificial. Generalmente, aquellos que sonnaturales manifiestan sus propiedades en forma permanente, como es el caso de la magnetita o Fe304.Los imanes artificiales se pueden crear a partir de la mezcla o aleación de diferentes metales. Otra formade generar el magnetismo es mediante el principio que opera en los electroimanes, cuyo artículotambién puedes leer en este sitio.La característica de atracción que poseen los imanes se hace más potente y evidente hacia sus extremoso polos, los que son denominados norte y sur, ya que tienden a orientarse a los extremos de nuestroplaneta, ya que sus polos son imanes naturales gigantes. Así como sucede con los imanes, debido a lospolos, en la Tierra, el espacio en el que se manifiesta la acción de los enormes imanes se denominacampo magnético. Éste se representa a través de líneas de fuerza. Las líneas de fuerza son trazosimaginarios de van de polo a polo, de norte a sur por fuera del imán y en sentido contrario por su parteinterna.El magnetismo de los imanes se explica debido a las pequeñas corrientes eléctricas que se encuentran alinterior de la materia. Estas corrientes se producen debido al movimiento de los electrones en losátomos, y cada una de ellas da origen a un imán microscópico. Si todos estos imanes se orientan enforma desordenada, entonces el efecto magnético se anula y el material no contará con esta propiedad.Por el contrario, si todos estos pequeños imanes se alinean, entonces actúan como un solo gran imán,entonces la materia resulta ser magnética.Si se quiere lograr que un imán deje de ser magnético, entonces es necesario someterlo a ladenominada “temperatura Curie”, es decir, a la temperatura precisa que cada tipo de imán requiere.Por ejemplo, un imán cerámico deberá ser sometido a una temperatura de 450ºC, mientras que para unimán de cobalto es necesario alcanzar los 800ºC.Imanes naturales: La magnetita es un potente imán natural, tiene la propiedad de atraer todas lassustancias magnéticas. Su característica de atraer trozos de hierro es natural. Está compuesta por óxidode hierro. Las sustancias magnéticas son aquellas que son atraídas por la magnetita.Imanes artificiales permanentes: Son las sustancias magnéticas que al frotarlas con la magnetita, seconvierten en imanes, y conservan durante mucho tiempo su propiedad de atracción.Imanes artificiales temporales: Aquellos que producen un campo magnético sólo cuando circula porellos una corriente eléctrica. Un ejemplo es el electroimán.PARTES DE UN IMÁN Eje Magnético: Eje magnético de la barra de la línea que une los dos polos. Línea neutra: Línea de la superficie de la barra que separa las zonas polarizadas. Polos: Son los dos extremos del imán donde las fuerzas de atracción son más intensas. Son el polo norte y el polo sur.INTERACCIÓN ENTRE IMANESLos polos magnéticos del de diferente nombre se atraen; los del mismo nombre se repelen. Si se rompeun imán, cada uno de los trozos se comporta como nuevo imán, y presenta sus propios polos norte ysur. Cuando se aproxima una aguja imantada o brújula a un imán, el polo sur de la aguja se orienta haciael polo norte debido a la atracción entre ambos. Es imposible separar los polos de un imán.
  3. 3. Página 2 de 6¿De dónde procede el magnetismo?Desde hace tiempo es conocido que una corriente eléctrica genera un campo magnético a su alrededor.En el interior de la materia existen pequeñas corrientes cerradas debidas al movimiento de loselectrones que contienen los átomos, cada una de ellas origina un microscópico imán o dipolo. Cuandoestos pequeños imanes están orientados en todas direcciones sus efectos se anulan mutuamente y elmaterial no presenta propiedades magnéticas; en cambio si todos los imanes se alinean actúan como unúnico imán y en ese caso decimos que la sustancia se ha magnetizado.¿Puede un imán perder su potencia?Para que un imán pierda sus propiedades debe llegar a la llamada "temperatura de Curie" que esdiferente para cada composición. Por ejemplo para un imán cerámico es de 450 ºC, para uno de cobalto800 ºC, etc.También se produce la desimanación por contacto, cada vez que pegamos algo a un imánperdemos parte de sus propiedades. Los golpes fuertes pueden descolocar las partículas haciendo queel imán pierda su potencia.¿Cuántos tipos de imanes permanentes hay?Además de la magnetita o imán natural existen diferentes tipos de imanes fabricados con diferentesaleaciones: Imanes cerámicos o ferritas. Imanes de alnico. Imanes de tierras raras. Imanes flexibles. Otros.IMANES CERÁMICOSSe llaman así por sus propiedades físicas. Su apariencia es lisa y de color gris oscuro, de aspecto parecidoa la porcelana. Se les puede dar cualquier forma, por eso es uno de los imanes más usados (altavoces,aros para auriculares, cilindros para pegar en figuras que se adhieren a las neveras, etc.). Son muyfrágiles, pueden romperse si se caen o se acercan a otro imán sin el debido cuidado.Se fabrican a partir de partículas muy finas de material ferromagnético (óxidos de hierro) que setransforman en un conglomerado por medio de tratamientos térmicos a presión elevada, sin sobrepasarla temperatura de fusión.Otro tipo de imanes cerámicos, conocidos como ferritas, están fabricados con una mezcla de bario yestroncio. Son resistentes a muchas sustancias químicas (disolventes y ácidos) y pueden utilizarse atemperaturas comprendidas entre _40 ºC y 260 ºCIMANES DE ALNICOSe llaman así porque en su composición llevan los elementos aluminio, níquel y cobalto. Se fabrican porfusión de un 8 % de aluminio, un 14 % de níquel, un 24 % de cobalto, un 51 % de hierro y un 3 % decobre. Son los que presentan mejor comportamiento a temperaturas elevadas. Tienen la ventaja deposeer buen precio, aunque no tienen mucha fuerza.IMANES DE TIERRAS RARASSon imanes pequeños, de apariencia metálica, con una fuerza de 6 a 10 veces superior a los materialesmagnéticos tradicionales. Los imanes de boro/neodimio están formados por hierro, neodimio y boro;
  4. 4. Página 3 de 6tienen alta resistencia a la desmagnetización. Son lo bastante fuertes como para magnetizar ydesmagnetizar algunos imanes de alnico y flexibles. Se oxidan fácilmente, por eso van recubiertos conun baño de cinc, níquel o un barniz epoxídico y son bastante frágiles.Los imanes de samario/cobalto nopresentan problemas de oxidación pero tienen el inconveniente de ser muy caros. Están siendosustituidos por los de boro-neodimio.Es importante manejar estos imanes con cuidado para evitar dañoscorporales y daño a los imanes (los dedos se pueden pellizcar seriamente).IMANES FLEXIBLESSe fabrican por aglomeración de partículas magnéticas (hierro y estroncio) en un elastómero (caucho,PVC, etc.) Su principal característica es la flexibilidad, presentan forma de rollos o planchas conposibilidad de una cara adhesiva. Se utilizan en publicidad, cierres para nevera, llaves codificadas,etc.Consisten en una serie de bandas estrechas que alternan los polos norte y sur. Justo en la superficiesu campo magnético es intenso pero se anula a una distancia muy pequeña, dependiendo de la anchurade las bandas. Se hacen así para eliminar problemas, como por ejemplo que se borre la bandamagnética de una tarjeta de crédito (se anulan con el grosor del cuero de una cartera).OTROS IMANESLos imanes de platino/cobalto son muy buenos y se utilizan en relojería, en dispositivos aeroespaciales yen odontología para mejorar la retención de prótesis completas. Son muy caros.Otras aleacionesutilizadas son cobre/níquel/cobalto y hierro/cobalto/vanadio.CAMPO MAGNÉTICOEs la región del espacio en la que actúa una fuerza sobre una aguja imantada o sobre un imán. Un imánaltera el espacio a su alrededor: pequeñas agujas imantadas o trozos de hierro, son atraídos por el imán,pero no experimenten ningún efecto en ausencia del mismo. Los campos magnéticos se representanmediante líneas de fuerza. El campo es más intenso en las regiones próximas a las líneas de fuerza (lospolos).GALVANÓMETROFormado por una bobina situada en un campo magnético. La bobina gira al circular la corriente eléctricay lleva acoplado un resorte que se opone a su giro. Cuando el giro de la bobina se equilibra con laoposición ejercida por el resorte, la bobina se detiene en un cierto ángulo, que depende de la intensidadde la corriente eléctrica. Sus características son: La intensidad máxima o valor de la intensidad de la corriente eléctrica. La resistencia interna.Tiene dos utilidades:Amperímetro: utilizado para medir directamente la intensidad de corriente.Voltímetro: Se le acopla una resistencia en serie.
  5. 5. Página 4 de 6 EXPERIENCIA DE OERSTED: CAMPO MAGNÉTICO PRODUCIDO POR CORRIENTE ELÉCTRICAUn conductor rectilíneo está recorrido por una corriente eléctrica. En las proximidades del conductor sesitúa una aguja imantada paralela al conductor. Al pasar la corriente la aguja gira hasta ponerseperpendicular al conductor. Al cesar la corriente, la aguja vuelve a su posición inicial. El paso de lacorriente eléctrica ejerce sobre la aguja imantada los mismos efectos de un imán.Las corrienteseléctricas producen campos magnéticos.Campo magnético producido por un conductor rectilíneo:Al medir el valor de este campo magnético; El campo es más intenso cuanto mayor es la intensidad de la corriente eléctrica. El campo es menos intenso cuanto mayor es la distancia entre el punto y el conductor.Las líneas del campo producido por el conductor son circunferencias concéntricas al conductor, situadasen planos perpendiculares al mismo.EXPERIENCIA DE FARADAYColocó una espira conductora sin estar conectada a ningún generador eléctrico. Al acercar o alejar unimán, el galvanómetro detecta el paso de corriente por la espira mientras el imán está en movimiento.Si se mantiene fijo el imán y se mueve la espira, aparece una corriente mientras exista movimiento entreimán y espira.La variación de las condiciones magnéticas del circuito induce la aparición de unacorriente eléctrica. Se denomina inducción electromagnética.SOLENOIDEConductor formado por espiras en forma de hélice. Al circular una corriente eléctrica, genera un campomagnético muy intenso. Las líneas de fuerza son paralelas al eje. Cuanto mayor sea la intensidad de lacorriente, mayor será la intensidad del campo.ELECTROIMÁNEs un imán artificial temporal que produce un campo magnético cuando circula por él una corrienteeléctrica, y sólo mientras dura el paso de la misma. Está formado por un solenoide en cuyo interior hayun núcleo de hierro dulce. El campo magnético creado se puede hacer más o menos intenso variando elvalor de la intensidad de la corriente (se utiliza en timbres, grúas, etc.).CORRIENTE ALTERNALa corriente alterna es aquella que cambia de sentido a lo largo del tiempo: fluye periódicamente por elcircuito en un sentido y en el contrario. Cuando se hace oscilar un conductor en un campo magnético, elflujo de corriente en el conductor cambia de sentido tantas veces como lo hace el movimiento físico delconductor. Varios sistemas de generación de electricidad se basan en este principio. La característicapráctica más importante de la corriente alterna es que su voltaje puede cambiarse mediante un sencillodispositivo electromagnético denominado transformador. Suele utilizarse como fuente de energíaeléctrica tanto en aplicaciones industriales como en el hogar.CORRIENTE CONTINUALa corriente continua es una corriente eléctrica de polaridad constante: su sentido no cambia con eltiempo. El flujo de una corriente continua está determinado por tres magnitudes relacionadas entre sí.La primera es la diferencia de potencial en el circuito, que en ocasiones se denomina fuerzaelectromotriz (f.e.m.), tensión o voltaje. La segunda es la intensidad de corriente. La tercera magnitud esla resistencia del circuito. Los generadores de corriente continua se llaman dinamos.
  6. 6. Página 5 de 6DECLINACIÓN MAGNÉTICASabemos que la Tierra se comporta como un imán, por lo que, corno todos hemos estudiado en física, sidejamos girar libremente un objeto imantado, éste se orientará de forma que uno de sus polos apunteal polo norte magnético y el opuesto al polo sur magnético. Pero ocurre que esos polos magnéticos nocoinciden con los polos geográficos, polos determinados por el imaginario eje de giro de la Tierra, ydonde convergen los meridianos. Los polos geográficos forman con los magnéticos un ángulo quellamamos declinación magnética, y que se suele representar con la letra griega“ ”. Ocurre además que los polos magnéticos no son fijos, sino quesufren un movimiento continuo, aunque lento y cercano a los geográficos. El valor del ángulo de ladeclinación magnética es diferente en cada punto de la superficie terrestre, de forma que su valor varíadesde los 0º sobre el meridiano que pase en cada momento sobre el Polo Norte Magnético, hasta los180º en el arco del meridiano que una ambos. En esta zona está en torno a los 4º 42. En el dibujo podemos observar cómo el ángulo de declinación ( A) del punto A es mucho mayor que el del punto B ( B) , debido a que están situados en diferentes posiciones. El cálculo de las variaciones de la declinación magnética es imposible, al ser éstas irregulares y debidas a múltiples causas.LA BRÚJULALas actuales brújulas utilizan el sistema sexagesimal para dividir la circunferencia del horizonte. Como yasabemos, este sistema divide la circunferencia en 360 partes iguales (grados), o sea, cuatro ángulos de90º. Cada grado está dividido a su vez en 60 minutos, y cada minuto en 60 segundos. Esta división vaseñalada en las brújulas en un círculo graduado que se llama limbo. Según modelos, el limbo puede serfijo o móvil. Hay muchos tipos de brújulas, pero la más indicada es una brújula de marcha sobre unsoporte rectangular transparente, con un limbo amplio de movimiento independiente al de la aguja.

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