Informe de experimento: Como hacer un electroimán

Introducción

Te has preguntado por qué los imanes se atraen, o por qué en el electroimán tiene la capacidad de atraer objetos metálicos primero que nada hay que definir el concepto magnetismo (pues al decir imán viene del magnetismo).El magnetismo es un fenómeno que se manifiesta sobre las cargas eléctricas que están en movimiento y que tienen su origen en el movimiento de cargas eléctricas, recordando: teniendo dos imanes si se une uno con otro se atraen solo si son polos distintos, y si son polos iguales se repelen ejemplo: Norte y Norte se repelen. Un electroimán tiene la capacidad de atraer cuerpos metálicos porque a su alrededor esta enrollado un cable de cobre el cual está conectado a una pila esta deja pasar la corriente por el cable creando un campo magnético el cual atrae al metal (como los clips).Este proyecto aborda distintas etapas del experimento dentro de las cuales nos explica cómo hacer un electroimán con material muy sencillo de conseguir y los precios de las pilas varía ya que depende de la marca que sea la pila, también se destaca que el propósito del experimento es construir un electroimán a partir de materiales fáciles de conseguir y conocer el efecto de inducción magnética que se produce por medio de la corriente eléctrica de la batería en el siguiente esquema se explica que es cada cosa que se relaciona con el tema abordado:

Recordando el magnetismo también se relaciona con la brújula un instrumento usado des de hace mucho tiempo que le servía a navegantes en los mares para orientarse y sigue siendo usada por excursionistas, viajeros etcétera. Hay que tener en cuenta que para elaborar un electroimán se necesita una fuente de energía (utilizando una pila), un clavo y un alambre enrollado en forma de espiral para crear un campo magnético, para conducir la corriente tiene que ser buen conductor como el cobre, después se lograra crear un campo magnético alrededor del clavo que atraerá pequeños objetos metálicos de acero o de hierro.

Fundamentación teórica

En 1820 Oersted físico que llevo a cabo un sencillo experimento que hizo patente que los fenómenos eléctricos y magnéticos no constituyen, como hasta entonces se había creído, dos tipos de fenómenos separados. Dispuso una aguja imantada paralelamente a un hilo conductor: al hacer circular una corriente continua por el hilo conductor la aguja giraba orientándose perpendicularmente a este (supuso el nacimiento del electromagnetismo, estudio la compresibilidad de los líquidos y los sólidos y fue el primero que aisló el aluminio). A continuación se presenta el boceto de su experimento:

Después de este descubrimiento en base al conocimiento de Oersted, fue William Sturgeon quien creó el primer electroimán, el 23 de mayo de 1825.Se hizo con una barra de hierro aproximadamente de unos 30 centímetros de largo doblada en forma de herradura y a su alrededor cubierta por un alambre de cobre, era muy potente ya que levantaba un objeto de 4 kilogramos con un trozo de hierro de 200 gramos envuelto de cables que dejaban circular la corriente de la pila.

Después fueron saliendo nuevos electroimanes pero esta vez mucho más potentes dentro de ellos se encontraba el físico estadounidense Joseph Henry el adversario de Sturgeon creó un electroimán que levantaba una tonelada (1,000 kilos) y su artefacto pesaba 300kg. Su electroimán era igual en forma de herradura con alambre devanado. Después Joule creó un electroimán pero con estilo diferente al de los dos anteriores, pues el de él constaba de un tubo de acero de paredes gruesas, este podía levantar 1.3 toneladas (también creó un nuevo imán que la atracción no estaba sometida por lo polos sino por mucho mas lo cual le permitió incrementar la sustentación). Después los imanes se hicieron populares en el año 1896 pues ya se usaban para distintas cosas, se utilizaban en laboratorios físicos, en consultorios médicos (una herramienta de cirujano – Un cirujano oftalmólogo puede sacar restos de acero del ojo de un paciente usando un electroimán. Se aplica corriente hasta que tira sólo lo suficiente para quitar suavemente el metal), en fábricas (máquinas), un ejemplo son los grandes imanes como el electroimán de suspensión el cual sirve para levantar grandes piezas de hierro en la basura, o en fabricas de metalurgia, o también para limpiar el grano en molinos.

Los beneficios del electroimán nos han facilitado nuestra manera de vivir, son masivos, los electroimanes son extremadamente útiles en los procesos industriales y hacen posible el trabajo de la línea de montaje en las fábricas más modernas, los electroimanes también se usan en las máquinas MRI (Resonancia magnética), candados magnéticos, grabación magnética de sonido (incluyendo discos duros de computadoras, cintas de vídeo y casetes) y muchos tipos de motores. Se usan en distintos aparatos como: el timbre de centros escolares (los electroimanes hacen que el martillo vibre de acá para allá, tocando el timbre) cuando estamos en una clase y toca para cambiar a otra o cuando estamos en receso y toca para indicar que el receso ha terminado. En un timbre eléctrico, los polos se encuentran frente a una armadura elástica que tiene en su extremo libre un pequeño martillo.

Uno de los conductores esta unido al electroimán y el otro a un borne sobre el que se apoya la armadura. Al pulsar el botón del timbre se da paso a la corriente: el electroimán atrae la armadura (cuyo martillo golpea una campanilla), con lo que esta se separa del borne sobre el que se apoyaba y se interrumpe la corriente; la armadura retorna a su posición normal y, cuando vuelve a tocar el borne, se restablece la corriente, con lo que vuelve a ser atraída por el electroimán; de este modo se repiten los golpes de la campana mientras se mantiene pulsado el botón del timbre :

Los electroimanes también son usados en muchos de los interruptores, siendo usados en los frenos y embragues electromagnéticos de los automóviles. En una cerradura eléctrica funciona cuando se ha contestado al interfono, la puerta puede abrirse desde el piso de arriba. Un electroimán tira del cerrojo para abrirlo. Cuando se desconecta, el cerrojo vuelve atrás. Una grúa para chatarra puede levantar un coche entero. Lo mueve a su posición, y se desconecta para soltarlo. En base apruebas, los miembros del Programa de Investigación del Acelerador LHC (LARP por sus siglas en inglés), construyeron un electroimán usando un avanzado material superconductor, el cual logró un campo magnético lo suficientemente fuerte como para enfocar haces intensos de protones en las regiones de interacción del LHC objeto de mejoras técnicas.

Objetivos del experimento

El objetivo principal durante el experimento fue que el clavo enrollado de cobre conectado con la pila logre atraer a los objetos metálicos, otro de los objetivos era percatarse que los polos de la pila se calentaban pues eso nos indicaba que se estaba sobrecalentando la pila inmediatamente hay que desconectar el cobre de la pila (pero esto es solo como una observación pues en muchos de los casos no ocurre y aun así el clavo atrae objetos metálicos), otro objetivo era ver si al desconectar el cobre de la pila el clavo al instante no dejaba caer a los objetos metálicos pues era cuestión de segundos para que se desvanezca el campo magnético ,también otro objetivo era intentar el experimento pero ahora utilizar el grafito o aluminio en vez del clavo y observar que no funciona pues no poseen las propiedades adecuadas para atraer, también identificar cual es el rol de cada material como el del clavo, o el del cobre que era conducir la corriente eléctrica , el de la pila que era brindar la energía suficiente para que se cree el campo magnético sobre el clavo y el ultimo era lograr hacer más potente el electroimán con más vueltas: Imaginemos que hacemos un electroimán de una sola vuelta de alambre, luego añadimos otra vuelta. Es como poner otro electroimán al lado del primero, de modo que la fuerza del imán aumenta, cuantas más vueltas sean, más fuerte será el imán.

Materiales

*Un clavo de hierro largo (este es muy fácil de conseguir).

*Un cable de cobre cubierto con plástico (¿por qué se usa el cobre? Él cobre se usa porque tiene una resistencia eléctrica baja, esto significa que a la corriente le es fácil fluir por él. Además, al alambre de cobre se le puede dar fácilmente forma para hacer una bobina, cualquier cable que no sirva puede servir en la elaboración del electroimán).

*Objetos pequeños metálicos como clips (se venden por cajas como de 15 pesos).

*Cinta adhesiva (la chica cuesta alrededor de 7 pesos)

*Como material adicional y por supuesto opcional: un clavo de aluminio o grafito del lápiz (esto es para identificar si los materiales son buenos conductores)

*Una pila de 1.5 V (si se quiere comparar los resultados con otras pilas de distintos voltios usarlas, 2 pilas de la AA cuestan 20 pesos).

*Un cuchillo para cortar los extremos del cable (de la cocina).

Procedimiento

1.-Sujete el clavo y enróllelo con el cable de cobre en forma espiral dejando unos 10 centímetros en cada extremo del clavo.

2.-Despues cortar o pelar un poco los extremos para poder hacer contacto con la pila.

3.-Luego con ayuda de la cinta adhesiva dejar pegados cada uno de los extremos a cada uno de los polos de la batería.

4.-Por ultimo acercar tu electroimán a los objetos metálicos ligeros y observaras lo que sucede. (Para lo adicional seguir los mismos pasos y observar que sucede).

Resultados obtenidos

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).

Conclusiones

Para dar cierre de este experimento hay que concluir que el uso del electroimán es muy ventajoso en nuestra vida pues. ¿Te has puesto a pensar como muchos de los trenes frenan en las vías? Como tú sabes los metros que actualmente son muy utilizados tienden a parar en estaciones para subir y bajar gente por lo cual tienen que frenar a esto se le llama fuerza de fricción y una de las maneras para detenerlo es usando los electroimanes en los trenes llamados trenes bala los cuales van a una velocidad increíble pues su mismo nombre lo dice este viaja por la levitación magnética, pero como no tienen ruedas el frenado tiene que ser por la retención que crean los mismos electroimanes que tiran del tren cuando es impulsado, en lugar de tirar lo que hacen es frenar. El electroimán solo funciona si hay una fuente de energía actuando sobre el alambre y el clavoEn mi opinión es muy asombroso este experimento pues con ayuda de un simple pila podemos crear un campo magnético alrededor de un clavo rodeado con un cable de cobre, para que el campo magnético sea más potente se debe dar más vueltas al clavo pues a mayor cantidad de cable será más fuerte el campo, también para que no sea tan grande el experimento pues al darle más vueltas se hará más grande es recomendable que este el puro alambre de cobre, otro punto que hay que mencionar es la importancia de la magnetita la cual es una roca con capacidad magnética su aspecto es de una figura octaédrica( ocho caras), la cual es un mineral presente en forma solida pues de ella vienen muchos avances como lo es en industrias que ayuda a reducir la corrosión de tubos. Gracias a este informe de laboratorio se puede identificar el rol de cada uno de los materiales como lo es el de la pila que es brindar la energía eléctrica que la envía a través por el cobre el cual de preferencia es el más recomendado para una mejor transmisión de corriente, después se dispersa un campo magnético que finalmente permite que el clavo atraiga a los objetos metálicos en el caso del experimento elaborado fueron clips a continuación se muestra un esquema mostrando el proceso:

La figura en forma estrellada con picos presenta a la acción del campo magnético

Referencias

RECUPERADO EL 13/01/13 http://www.planetseed.com/es/node/20560

RECUPERADO EL 13/01/13 http://electroimn.blogspot.mx/

RECUPERADO EL 24/11/12 http://es.wikipedia.org/wiki/Im%C3%A1n_(f%C3%ADsica)

GISPERT, Carlos (2006) Física: electrodinámanica, pp.735-751, Barcelona-España:ed.OCEANO

Autor:

Jose Palacios