INSTITUTO TECNOLGICO DE TOLUCA (ITT)
ALUMNOS:Fernndez Emeterio Mario AlainGarca Snchez Juan
ManuelGmez Rosado AlejandroGuia Flores Samuel AbiudOrtega Ortega
DanielRomero Jasso Diego
PROFESOR(A):Ing. Ruth Chvez
MATERIA:Electromagnetismo
GRUPO: D39 Horario: 13:00 15:00 hrs
EQUIPO: 1
TRABAJO:Prctica del Electroimn
Introduccin. Elmagnetismoes un fenmeno fsico por el que
losobjetosejercenfuerzasde atraccin o repulsin sobre otros
materiales. Hay algunos materiales conocidos que han presentado
propiedades magnticas detectables fcilmente como elnquel,hierro,
cobaltoy susaleacionesque comnmente se llamanimanes. Sin embargo
todos los materiales son influidos, de mayor o menor forma, por la
presencia de uncampo magntico.Elelectromagnetismoes una rama de
lafsicaque estudia y unifica los fenmenoselctricosymagnticosen una
sola teora, cuyos fundamentos fueron sentados porMichael Faradayy
formulados por primera vez de modo completo porJames Clerk Maxwell.
La formulacin consiste en cuatroecuaciones diferencialesvectoriales
que relacionan elcampo elctrico, elcampo magnticoy sus respectivas
fuentes materiales (corriente elctrica,polarizacin
elctricaypolarizacin magntica), conocidas comoecuaciones de
Maxwell.El electromagnetismo es unateora de campos; es decir, las
explicaciones y predicciones que provee se basan enmagnitudes
fsicasvectorialesotensorialesdependientes de laposicin en el
espacioy deltiempo. El electromagnetismo describe losfenmenos
fsicosmacroscpicos en los cuales intervienencargas elctricasen
reposo y en movimiento, usando para ellocampos elctricosymagnticosy
sus efectos sobre las sustancias slidas, lquidas y gaseosas. Por
ser una teora macroscpica, es decir, aplicable slo a un nmero muy
grande de partculas y a distancias grandes respecto de las
dimensiones de stas, el electromagnetismo no describe los fenmenos
atmicos y moleculares, para los que es necesario usar lamecnica
cuntica.El electromagnetismo considerado como fuerza es una de las
cuatrofuerzas fundamentalesdel universo actualmente conocido.
Objetivo.Explicar y detallar los principios bsicos del
funcionamiento de un electroimn, conocer sus propiedades bsicas,
sus caractersticas, as como las leyes de Ampere,Fleming, Lenz y
Faraday.Tambin desarrollar y explicar la fabricacin de un
electroimn casero.Electroimanes.Un electroimn es un tipo particular
de imn en el que el campo magntico se produce mediante el flujo de
unacorriente elctrica, desapareciendo en cuanto cesa dicha
corriente. Tal efecto se consigue mediante el contacto de dos
metales; uno en estado neutro y otro formado por un cable enrollado
sobre el primero y atravesado por dicha corriente.El tipo ms simple
de electroimn es un simple trozo de alambre enrollado formando una
bobina. Una bobina con forma de tubo recto de dos formas (parecido
a un tornillo) se llama solenoide, y cuando adems se curva de forma
que los extremos coincidan se denomina toroide. Pueden producirse
campos magnticos mucho ms fuertes si se sita un ncleo de
materialparamagntico o ferromagntico (normalmente hierro dulce)
dentro de la bobina.Al someter un material ferromagntico a un campo
magntico intenso, los dominios tienden a alinearse con ste, de
forma que aquellos dominios en los que los dipolos estn orientados
con el mismo sentido y direccin que el campo magntico inductor
aumentan su tamao. Este aumento de tamao se explica por las
caractersticas de las paredes de Bloch, que avanzan en direccin a
los dominios cuya direccin de los dipolos no coincide; dando lugar
a un monodominio. Al eliminar el campo, el dominio permanece
durante cierto tiempo. El ncleo concentra el campo magntico, que
puede entonces ser mucho ms fuerte que el de la propia bobina y
dependiendo de la histresis del material, el campo permanecer ms o
menos tiempo despues de cesar la corriente del electroimn.
La histresis es la tendencia de un material a conservar una de
sus propiedades, en ausencia del estmulo que la ha generado. Se
encuentra, por ejemplo, histresis magntica si al magnetizar un
ferromagneto ste mantiene la seal magntica tras retirar el campo
magntico que la ha inducido. Tambin se puede encontrar el fenmeno
en otros comportamientos electromagnticos, o los
elsticos.Caractersticas del electroimn.Las caractersticas ms
sobresalientes de los electroimanes son: Tienen 2 polos, uno
positivo y uno negativo. Se consideran como temporales ya que se
puede interrumpir el campo magntico en cualquier momento
simplemente desconectando el circuito. Para producirse un campo
magntico se necesita de una corriente generada por una fuente de
energa ya se CA CD. Tienen la propiedad de atraer otros materiales
metlicos. Para aplicaciones elctricas se deben tener en cuenta la
tensin a la que va a trabajar y el consumo. Para aplicaciones
trmicas la temperatura mxima de trabajo Para aplicaciones mecnicas
la fuerza de atraccin y la carrera de su ncleo. Entre otras
caractersticas.Funcionamiento del electroimn.El funcionamiento del
electroimn se necesitan de diversos factores, primero se debe de
aplicar una corriente elctrica, ya sea con una batera o cualquier
otra fuente de electricidad, y hacerla fluir por un cable, esto
origina el campo magntico alrededor del cable bobinado,
magnetizando el metal como si fuera unimnpermanente. Una propiedad
muy til es que podemos activar y desactivar las propiedades del imn
simplemente interrumpiendo elcircuito elctrico. As mismo, los
imanes tienen dos polos, uno negativo y otro positivo, por lo que
atraen a diversos materiales como el acero, hierro y otro tipo de
metales. Esto polos se pueden repeler o atraer; Por ejemplo, si
tienen dos imanes enfrentados siendo uno negativo y el otro
positivo, se atraern, pero si son del mismo polo se repelern. Un
electroimn es exactamente lo mismo, solo que es algo temporal por
lo que el campo magntico solo existe cuando hay una corriente
elctrica en curso.Dispositivos que utilizan electroimanes.Los
electroimanes se usan en muchas situaciones en las que se necesita
un campo magntico variable rpida o fcilmente. Muchas de estas
aplicaciones implican la deflexin de haces de partculas cargadas,
como en los casos del tubo de rayos catdicos y el espectrmetro de
masas.
Tubo de rayos catdicos
Espectrmetro de masas
As mismo los electroimanes son los componentes esenciales de
muchos interruptores, siendo usados en los frenos y embragues
electromagnticos de los automviles. En algunos tranvas, los frenos
electromagnticos se adhieren directamente a los rales.Frenos
magnticos:
Electroimanes muy potentes en gras para levantar pesados bloques
de hierro y acero, y para separar magnticamente metales en
chatarreras y centro de reciclado, en fin los electroimanes tienen
un sin fin de aplicaciones hoy en da como las antes mencionadas,
otro punto importante es que han sido la base para grandes avances
tecnolgicos los cuales han ido surgiendo desde la antigedad.
Ley de Faraday.La ley de Faraday establece que la fuerza
electromotriz inducida en un circuito es directamente proporcional
a la variacin del flujo magntico e inversamente proporcional al
tiempo que dura dicha variacin, es decir; que la fuerza
electromotriz inducida es directamente proporcional a la rapidez
con que vara el flujo magntico.
Dondees el campo elctrico,es el elemento infinitesimal del
contorno C,es ladensidad de campo magnticoySes una superficie
arbitraria, cuyo borde esC. Las direcciones del contornoCy deestn
dadas por laregla de la mano derecha.En el caso de
uninductorconNvueltas de alambre, la frmula anterior se transforma
en:
Donde Ves elvoltaje inducidoyd/dtes la tasa de variacin temporal
del flujo magntico. El sentido del voltaje inducido (el signo
negativo en la frmula) se debe a laley de Lenz.La forma en que se
puede reconocer la existencia de una fem en el circuito es a travs
de la corriente elctrica que en el mismo aparece, dicha corriente
aparece gracias la presencia de un campo elctrico no electrosttico
que provoca una fuerza sobre las mismas y de este modo comienzan a
moverse dando lugar a la corriente elctrica.La variacin de flujo
magntico sobre un circuito elctrico, puede producirse de mltiples
formas por ejemplo: Acercando o alejando un imn natural Acercando o
alejando un solenoide (recorrido por una corriente constante)
Variando la corriente de un solenoide (lo que provoca sin necesidad
de moverlo respecto al circuito, un aumento o disminucin del campo
magntico por la variacin de I) Moviendo el circuito dentro de un
campo magntico de tal forma que el flujo que lo atraviesa vare.
Ley de Ampere.Enuncia que la circulacin de la intensidad del
campo magntico en un contorno cerrado es igual a la corriente que
recorre en ese entorno, en donde el campo magntico disminuye
inversamente con la distancia al conductor.
La integral del primer miembro es lacirculacin o integral de
lnea del campo magnticoa lo largo de unatrayectoria cerrada, y: 0es
la permeabilidad del vaco dles un vector tangente a la trayectoria
elegida en cada punto ITes la corriente neta que atraviesa la
superficie delimitada por la trayectoria, y ser positiva o negativa
segn el sentido con el que atraviese a la superficie.Gracias a la
ley de Ampre se puede calcular el campo creado por un hilo infinito
por el cual circula una corriente I a una distancia r del mismo. En
donde las lneas del campo magntico tendrn el sentido dado por la
regla de la mano derecha para la expresin general delcampo creado
por una corriente, por lo que sus lneas de campo sern
circunferencias centradas en el hilo, como se muestra en la parte
izquierda de la siguiente figura.
Para aplicar la ley de Ampre se utiliza por tanto una
circunferencia centrada en el hilo de radior. Los vectoresy dlson
paralelos en todos los puntos de la misma, y el mdulo del campo es
el mismo en todos los puntos de la trayectoria. La integral de lnea
queda:
Empleando la ley de Ampre puede calcularse el campo creado por
distintos tipos de corriente. Dos ejemplos clsicos son el
deltoroide circulary el delsolenoide ideal(*), cuyos campos se
muestran en la siguiente tabla.Toroide circularSolenoide ideal*
(*) Un solenoide ideal es una bobina de longitud grande cuyas
espiras estn muy juntas. En la expresin del campo magntico que
crea,nes el nmero de espiras por unidad de longitud.
Ley de Fleming.Tambin conocida como la regla de la izquierda la
cual es una ley muy utilizada en electromagnetismo la cual
determina el movimiento de un conductor que se encuentra inmerso en
un campo magntico o el sentido de la fuerza que se genera dentro de
l.
Por ejemplo, en unconductorque se encuentra dentro de uncampo
magnticoperpendicular a l y por el cual se hace circular una
corriente, se crea una fuerza cuyo sentido depender de cmo
interacten ambas magnitudes (corriente y campo). Esta fuerza que
aparece como resultado se denominafuerza de Lorentz. Para obtener
el sentido de la fuerza, se toma el dedo ndice de la mano
(izquierda) apuntando a la direccin del campo magntico que
interacta con el conductor y con el dedo corazn se apunta en
direccin a lacorrienteque circula por el conductor, formando un
ngulo de 90 grados. De esta manera, el dedo pulgar determina el
sentido de la fuerza que experimentar ese conductor.Tambin es til
para averiguar el sentido de la fuerza que el campo magntico ejerce
sobre unpartculaconcarga elctricapositiva que circula por el seno
de dicho campo magntico, simplemente cambiando la direccin de
corriente por la direccin de movimiento de la partcula. Si se
requiere saber la direccin de la fuerza de una partcula con carga
negativa, debemos tomar como sentido de la fuerza el opuesto al que
indica el dedo pulgar de la mano izquierda. 1. Dedo ndice.- indica
las lneas de flujo 2. Dedo gordo.- indica el movimiento del
conductor. 3. Dedo 3.- indica s entra sale la corriente.Ley de
Lenz.Establece que las tensiones inducidas sern de un sentido tal
que se opongan a la variacin del flujo magntico que las produjo, as
mismo esta ley es una consecuencia del principio de conservacin de
la energa.Para el flujo de un campo magntico uniforme a travs de un
circuito plano se da por:
Donde: =Flujo magntico. La unidad en elSIes elweber(Wb).
=Induccin magntica. La unidad en el SI es eltesla(T).
=Superficiedefinida por el conductorconductor. =nguloque forman el
vectorperpendicular a la superficie definida por el conductor y la
direccin delcampo.Si el conductor est en movimiento el valor del
flujo ser:
En este caso laLey de Faradayafirma que laVinducido en cada
instante tiene por valor: VDonde Ves elvoltaje inducidoyd/dtes la
tasa de variacin temporal del flujo magntico. La direccin voltaje
inducido (el signo negativo en la frmula) se debe a laley de
Lenz.
a.-Cuando se nueve un imn hacia la espira en reposo, se induce
una corriente en la direccin mostrada
b.-Esta corriente inducida genera su propio campo magntico, que
se dirige a la izquierda dentro de la espiar para contrarrestar el
incremento del flujo externo
c.-cuando se aleja el imn de la espira conductora en reposo, se
induce una corriente en la direccin mostrada.
d.-esta corriente inducida genera su propio B, que se dirige a
la derecha dentro de la espiar, para contrarrestar la disminucin
del flujo externo
Desarrollo de la prctica.Para el desarrollo de esta prctico se
utilizaron los siguientes materiales: Un carrete de hilo Cinta
adhesiva Un taladro Un switch cola de ratn Alambre magneto Una
clavija
Una vez teniendo identificados y listos los materiales lo
primero fue amarrar de un extremo una de las terminales que tiene
nuestra bobina o nuestro electroimn, una vez que estuviera sujeto y
con una buena longitud para esta terminal lo siguiente fue atorar
el carrete de hilo en el taladro para ir embobinando o enrollando
el alambre magneto en el carrete de hilo. Es importante que al ir
enrollando el alambre magneto en el carrete se debe de conseguir
una mayor resitencia conforme al nmero de vueltas, al dimetro, a la
distancia entre cada espiral, entre otros factores. Una vez que
terminamos de fabricar nuestra bobina, tuvimos que colocarle cinta
de aislar alrededor para que el embobinado no se aflojara o se
llegara a romper, ya que si suceda esto podra bajar la resistencia
original o pudiera ocasionarse un corto.
Ya que tenamos la bobina echa y protegida por la cinta de
aislar, lo siguiente fue raspar los extremos de las puntas de las
terminales, para hacer esto pusimos un encendedor por unos cuantos
segundos para pelar el alambre y quitar el recubrimiento que tena,
ya que si se hace con una lija o con unas pinzas el alambre se
rompe y esto puede provocar problemas. Una vez que las terminales
estuvieron peladas medimos la resistencia que se gener en el
embobinado el cual fue de 280 ohms.
Ya que nuestra bobina estuvo terminada la utilizamos para
aplicarla a un timbre y a una chapa elctrica, ya que cuando se
conecta a la corriente alterna (CA) se genera un campo elctrico
alrededor de la bobina, entonces para hacer el timbre solo
colocamos un clavo dentro del carrete y colocamos un punto en donde
al apagar el campo elctrico este regresara y as sucesivamente, la
funcionalidad de este timbre es que al colocar el switch en la
posicin de encendido o de ON este impulsara el clavo hacia el
contacto de metal y este genere un ruido como si fuera el de un
timbre.
Para la aplicacin de la chapa elctrica es parecida ya que solo
se cierra la puerta cuando el circuito est cerrado, ya que el clavo
se pega a la superficie de metal, y al momento de que el circuito
se abre es como si simulara que la chapa se abriera.
Conclusin general.Lo que pudimos ver acerca de esta prctica es
que los electroimanes se utilizan en un sinfn de aplicaciones, como
por ejemplo los timbres para la casa, para chapas de seguridad, en
relevadores, motores, entre otras cosas.Otro punto importante es
que el campo magntico se genera cuando se pasa una corriente
elctrica por un conductor, para que exista un campo magntico mayor
se van a requerir de varios factores, los cuales son el nmero de
vueltas del alambre, la corriente y la longitud del circuito
magntico.As mismo uno de los problemas que tuvimos fue al embobinar
el carrete de hilo ya que si lo hacamos enrollndolo a mano nos
bamos a tardar demasiado ya que para generar cierta resistencia se
necesitaban de muchas vueltas, por lo que utilizamos un taladro
para hacer este proceso ms rpido aunque tuvimos que realizarlo unas
3 veces ya que el alambre se nos rompa o se nos enredaba y la
resistencia era muy baja, lo que provocaba que al conectarla esta
se quemara muy fcilmente.En fin pensamos que el desarrollo de esta
prctica fue de gran utilidad ya que en nuestra carrera debemos de
aprender los conceptos bsicos de cmo funciona un electroimn, sus
caractersticas, sus propiedad, entre otras cosas, ya que como se
menciona anteriormente se utilizan en un sinfn de aplicaciones las
cuales vamos a utilizar en semestres ms adelantados.
Conclusin por Gmez Rosado Alejandro.Lo que pude ver acerca de
esta prctica es que para generar un electroimn dependen de varios
factores principales los cuales son el dimetro y la geometra del
material, del nmero de vueltas que se generen, la distancia de
separacin entre cada espiral, la corriente que se proporcione,
entre otras cosas. Tambin es importante que si se quiere generar un
campo magntico ms grande se puede ocupar un ncleo de un material
ferro magntico o paramagntico como el hierro dulce o la ferrita, ya
que al hacer esto el campo magntico se concentra con una mayor
fuerza en el ncleo y esto origina que se genere un campo magntico
mucho ms grande incluso que el del electroimn. Otro punto
importante es que como realizamos un electroimn casero si lo
conectamos por un tiempo muy grande este se puede llegar a quemar
ya que la resistencia que se gener al hacer el embobinado no es muy
grande, y la corriente es muy grande ya que se utiliza corriente
alterna para generar este campo magntico.En fin esta prctica fue
muy interesante y entretenida ya que adems de conocer la teora, los
principios de cmo opera, sus caractersticas, aplicaciones, pudimos
darle un uso durante esta prctica la cual fue la de una chapa
elctrica y la de un timbre. Comentario por Garca Snchez Juan
Manuel.En conclusin, un electroimn funciona gracias a que tiene un
bovina de alambre, y usualmente un ncleo de hierro dentro de la
bovina, a corriente pasa a travs de la bovina, creando un campo
magntico con un polo norte y sur y es posible prenderlo y apagarlo,
si el ncleo es de hierro suave ,esto no es posible con un imn
permanente.
Comentario por Fernndez Emeterio Mario Alain.Para m es un
dispositivo muy simple, su operacin es muy sencilla, consta de un
embobinado alrededor de un ncleo comnmente de hierro o de algn otro
conductor, teniendo en cuenta que el cable del embobinado cuenta
con un recubrimiento dielctrico para evitar cortos circuitos. Es
muy empleado en la vida diaria desde un simple electro imn como gra
hasta una actuador para una puerta elctrica.Comentario por Romero
Jasso Diego.Un electroimn es simplemente un imn que contiene
embobinado el cual posee una resistividad que entre ms vueltas
tenga la bobina esta aumentara, cuando se conecta y un corriente
fluye a travs de l, crea un campo magntico el cual es de dos polos,
y una de las aplicaciones ms comunes en la vida cotidiana es un
timbre o una chapa elctrica.
Comentario por Ortega Ortega Daniel.Un electroimn, es un imn,
que funciona como tal en la medida que pase corriente por su
bobina. Al momento en que se corta la corriente deja de magnetizar.
Un electroimn, esta compuesto en su interior, por un ncleo de
hierro. Ncleo 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 ncleo, para que el electroimn
funcione. Hoy en da los electroimanes son ahora una parte integral
de la sociedad moderna industrializada, cuyas funciones van desde
los timbres, (objetos que podemos encontrar en todas las casas),
piezas de automviles y computadoras a losgeneradoresde electricidad
en las centrales elctricas.
Referencias Bibliogrficas.
http://www.inta.es/descubreAprende/htm/accion6.htm
http://www.eurocopper.org/cobre/electroimanes.html
http://www.misrespuestas.com/que-es-un-electroiman.html
http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/magnet/ampere.html
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Longman de Mxico S.A. de C.V. Mximo Antonio, Alvarenga Beatriz
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Mxico, D.F.: Oxford University Press Harla Mxico S.A. de C.V.
Harris Benson (2000). Fsica Universitaria Volumen 2. (1 reimpresin)
Mxico: CECSA S.A de C.V.