Universidad Nacional de San AgustnEscuela de Ingeniera de
MaterialesDISEO Y CONSTRUCCION DE UN LEVITADOR MAGNETICO PARA
DEMOSTRAR LA INTERACCION Y MAGNITUD DE LOS CAMPOS GENERADOS POR UNA
FUENTE MAGNETICA
INTEGRANTES:
Kevin Mendieta Apaza Donny Guillen PostigoDOCENTE:
Elfer Arenas HerreraAREQUIPA- 2015AGRADECIMIENTOS
Primero y antes que nada queremos dar gracias a Dios, por estar
con nosotros en cada paso que damos por fortalecer nuestros
corazones e iluminar nuestras mentes y por haber puesto en nuestros
caminos a aquellas personas que han sido de gran soporte y compaa
durante todo el periodo de estudio. Agradecer hoy y siempre a
nuestra familia por el esfuerzo realizado por ellos. El apoyo en
nuestros estudios, de ser as no hubiese sido posible. DEDICATORIALe
dedicamos nuestro trabajo a todas las personas que favorablemente
intervinieron en nuestro trabajo, en especial a nuestros Padres, a
quien le debemos la vida, les agradecemos el cario y su comprensin,
a ustedes quienes han sabido formarnos con buenos sentimientos,
hbitos y valores, lo cual nos ha ayudado a salir adelante buscando
siempre el mejor camino.A nuestra profesor Elfer Arenas gracias por
su tiempo, por su apoyo ,as como por el compromiso incansable en el
desarrollo de nuestro aprendizaje.I.- IntroduccinA.- Antecedentes
del Problema: Actualmente contamos con muchos artculos y
bibliografas que hacen referencia a este tipo de plataformas, tales
como [1; 2; 3; 4; 5; 6; 7]solo por mencionar algunas.
Cabe destacara que cada una de estas referencias consultadas
carecen de detalles tcnicos suficientes para poder realizar una
reproduccin de estas plataformas. El presente trabajo presenta a
detalle cada una de las etapas de construccin y materiales
utilizados para su elaboracin, siendo todos estos de fcil
adquisicin ya que en algunas referencias consultadas los materiales
propuestos eran obsoletos y fuera del mercado.
Todos sabemos sobre el campo magntico de la tierra, pero
realmente no conocemos como es que funciona, pues bien, con esta
experiencia explicaremos de una manera sencilla este mecanismo
natural mediante uno construido por nosotros.
B.- Formulacin del Problema: La necesidad de llevar los
conocimientos a la prctica es necesaria, ya que mediante estas
vivencias el alumno desarrolla mucha ms curiosidad por el
funcionamiento de mecanismos bsicos que solo observa en libros y la
internet, esto complementa mucho ms la educacin conllevando a un
mejor desarrollo del conocimiento acadmico. C.- Hiptesis: Mediante
el presente proyecto y dados los antecedentes si logramos demostrar
el efecto de los campos magnticos generados mediante corrientes
elctricas basado en la teora ante los alumnos de segundo ao de
Ingeniera de Materiales entonces se comprender mejor el
comportamiento de esta fuerza de tal modo que generara mucho mayor
inters en el aprendizaje de esta parte de la Fsica Bsica. D.-
Justificacin e Importancia: La razn de un proyecto es alcanzar
objetivos especficos dentro de los lmites que imponen un
presupuesto y las actividades a llevar a cabo dentro de un lapso de
tiempo previamente definidos, es por ello que se eligi este mtodo,
permitiendo la aplicacin de conocimientos, habilidades,
herramientas y tcnicas necesarias para la construccin del objeto
tcnico ayudndonos as ha demostrar la teora en la cual sera basada
su investigacin y construccin.II. Objetivos:a. General: Desarrollar
un prototipo electrnico que nos permita demostrar la interaccin y
magnitud de los campos generados por una fuente magntica.
b. Especficos: Lograr comprender la existencia de la interaccin
entre electricidad y magnetismo mediante la observacin visual de la
suspensin electromagntica (levitacin magntica). Crear un sistema
didctico que ayude a estudiantes de ingeniera de materiales a
desarrollar habilidades bsicas para el aprendizaje de esta
materia.
Un paso ms hacia la modernizacin sin dejar de lado el desarrollo
sustentable.
III. Marco Tericoa. EXPERIMENTO DE OERSTED:En 1819 Oesterd
descubri que, cuando colocaba una brjula cerca de un alambre
conductor, la aguja se desviaba cuando pasaba una corriente
elctrica por el alambre. De esta forma se supo que la corriente
elctrica era la fuente de un campo magntico capaz de producir un
torque sobre la aguja de una brjula. Esta observacin de Oesterd era
la primera experiencia que indicaba una conexin entre la
electricidad y el magnetismo, que antes de esta experiencia se
haban considerados como eventos separados, sin ninguna
relacin.Inmediatamente despus de que Oesterd descubriese que la
corriente elctrica es una fuente de campo magntico, los
experimentos que llevaron a cabo Andr Marie Ampre (1775-1836), Jean
Baptiste Biot (1774-1862) y Felix Savart (1791-1841) dieron lugar a
lo que en la actualidad se conoce como la ley de Biot-Savart, que
determina el campo magntico creado en un punto del espacio por una
corriente elctrica o por distribuciones de corrientes
elctricas.
[5]b. LEY DE BIOT-SAVART.A partir del estudio experimental de
los campos magnticos en la proximidad de circuitos de diversas
formas, los fsicos franceses Biot y Savart dedujeron, una frmula
que permite calcular, salvo dificultades matemticas el campo de un
circuito cualquiera.El campo magntico producido por un elemento de
corriente de un circuito de forma arbitraria como el de la figura
9.1, se puede concebir dividido en elementos de longitud dl, uno de
los cuales se ha representado en la figura. Por el momento el resto
del circuito puede ser de forma cualquiera, pues un nico elemento
de corriente aislado no existe en una corriente estacionaria; la
carga debe entrar por un extremo y salir por el otro. Las cargas
mviles del elemento crean un campo en todos los puntos del espacio
y, en un punto P dado, el campo del circuito completo es el
resultante de los campos infinitesimales de todos los elementos del
circuito. La direccin y sentido del campo , creado en los puntos P
y Q por el elemento de longitud dl, se muestra en la figura, apunta
hacia afuera del papel en P que se representa como y hacia adentro
del papel en Q que se representa como . El vector se encuentra en
un plano perpendicular a dl y es asimismo perpendicular al plano
determinado por el vector , dirigido en la direccin de la corriente
y el vector que une a dl con el punto P o con el punto Q. La ley de
Biot-Savart para el campo producido por el elemento infinitesimal
es
La direccin est dada por el producto vectorial y su sentido dado
por la regla de la mano derecha. Es decir, cuando los dedos de la
mano derecha se curvan desde el vector hacia el vector unitario ,
el dedo pulgar seala la direccin de.En magnitud el valor de dB
es
Donde q es el ngulo que forma el vector con el vector . La
constante se conoce como la constante de permeabilidad magntica del
vaco y es anloga a en la electrosttica. Debido a la conexin entre
electricidad y magnetismo, y estn relacionados entre s. El valor de
en unidades SI es:
La ecuacin 9.1 debe ser integrada a lo largo de la lnea que
sigue la distribucin de corriente. Por tanto, el campo magntico en
un punto P cualquiera es la superposicin lineal de las
contribuciones vectoriales debidas a cada uno de los elementos
infinitesimales de corriente, y se da como:
IV.- Material de Estudio
A.- mbito de Estudio:Por mbito de un estudio de investigacin nos
referimos al espacio donde nos desenvolvemos para aprender un
cierto conocimiento, por ejemplo un tema de estudio en este caso es
La Fuente de Campo Magnticos
B.- Unidad de Estudio: La unidad de estudio es la que se
beneficiar de todo el esfuerzo del investigador y siempre es la
misma a lo largo de toda su lnea de investigacin en esta
investigacin en este caso sera el centro de estudios de la Escuela
Profesional de Ingeniera de Materiales.C.- Universo: El universo en
nuestro proyecto de investigacin seria en conjunto el efecto del
experimento y la poblacin de estudiantes que cursan este curso en
la Escuela de Ingeniera de Materiales de la UNSA.
V.- Metodologa de la Investigacin
A.- Tipo de Investigacin: Nuestro proyecto vendra a ser un tipo
de Investigacin Explicativa porque Se encarga de buscar el porqu de
los hechos mediante el establecimiento de relaciones causa-efecto.
En este sentido, los estudios explicativos pueden ocuparse tanto de
la determinacin de las causas (investigacin postfacto), como de los
efectos (investigacin experimental), mediante la prueba de
hiptesis. Sus resultados y conclusiones constituyen el nivel ms
profundo de conocimientos.
La investigacin explicativa intenta dar cuenta de un aspecto de
la realidad, explicando su significatividad dentro de una teora de
referencia, a la luz de leyes o generalizaciones que dan cuenta de
hechos o fenmenos que se producen en determinadas
condiciones.Dentro de la investigacin cientfica, a nivel
explicativo, se dan dos elementos:
- Lo que se quiere explicar: se trata del objeto, hecho o
fenmeno que ha de explicarse, es el problema que genera la pregunta
que requiere una explicacin.
- Lo que se explica: La explicacin se deduce (a modo de una
secuencia hipottica deductiva) de un conjunto de premisas compuesto
por leyes, generalizaciones y otros enunciados que expresan
regularidades que tienen que acontecer. En este sentido, la
explicacin es siempre una deduccin de una teora que contiene
afirmaciones que explican hechos particulares.
B.- Procedimientos:
Paso a seguir:
1. Sobre una pieza polar del electroimn se coloca el ncleo
ferromagntico, y rodeando al ncleo, el anillo. El ncleo simplemente
se usa para aumentar la variacin de flujo que aparece en el anillo,
aumentando as la espectacularidad del experimento.
2. Al conectar el electroimn de forma rpida, aparece una
variacin de flujo magntico en el anillo (antes de encender el
electroimn, el campo magntico en el anillo era cero), y por la ley
de Faraday se induce una fuerza electromotriz que crea una
corriente elctrica en el anillo.
3. Esta corriente inducida crear a su vez un campo magntico que
contrarreste la variacin de flujo magntico creada en el anillo al
haber encendido el electroimn
4. Por tanto, el anillo salta debido a la repulsin existente
entre los polos magnticos del electroimn y los creados por la
corriente inducida en el anillo.
C.- Instrumentos:
Materiales utilizados: Electroimn
Autotransformador de corriente alterna Extensin
ferromagntica
Anillos metlicos de cobre y niquel de distintos grosores
Cables para las conexiones
VI.- ORGANIZACIN EN LA INVESTIGACION
A. Recursos:
Recursos Humanos: Contamos con la participacin plena de nosotros
dos nicos integrantes de este proyecto. Recursos Materiales: Estos
recursos Materiales son los mismo mencionados en la seccin de
instrumentos para la experimentacin. Recursos Financieros: Contamos
con un presupuesto no mayor de 30 soles.B. Cronograma:
SEMANAS
ACTIVIDADESSem 1 de AbrilSem 4de MayoSem 5de MayoSem 4 de
JunioSem 5 de JunioSem 1 de JulioSem 2 de
JulioSem 3
de JulioSem 4
de Julio
Eleccin del Experimento
Investigacin
Entrega de Seminario
Compra de piezas
Construccin del diseo
Verificar el correcto desempeo del diseo
Entrega Redaccin Corregida
Exposicin
BIBLIOGRAFIA:
[1]Gabriel Eirea, Marcelo Acosta, Raul Bartesaghi, and Rafael
Canetti. Levitador Magntico: un prototipo experimental para le
enseanza y la investigacin en el rea del control automtico.
https://iie.fing.edu.uy/geirea/pub/levit.pdf.
[2] Edyson Guillermo, Jos larriva, and Jos Trelles. Control de
un levitador magntico.
https://es.geocities.com/oscar_vele/pdfs/levitadormagneticopdf,2003[3]
Ariel Lempel, Guido Michel, and Rodrigo Carbajales.
Levitador magntico.https://web.fi.uba.ar/~rcarbaja/levitador/[4]
Horacio J. Marquez. Nonlinear Control Systems Analusis and
Design.
Wiley & Sons, New Jersey, 1 edition, 2003[5]
http://ocw.uc3m.es/fisica/fisica-ii/clases/OCW-FISII-Tema09.pdf Ec.
9.1
Ec. 9.2
Fig. 9.1
Ec. 9.3