jueves, 18 de octubre de 2012
Magnetismo
MAGNETISMO
Objetivo:
Es demostrar
la existencia del campo eléctrico, las características de los imanes, los
diferentes materiales magnéticos, que materiales eran atraídos por el imán o cuales se podían imantar, lo
que ocurría con la limadura y las líneas de fuerza.
Marco teórico:
Magnetismo, uno de los aspectos
del electromagnetismo, que es una de las fuerzas fundamentales de la
naturaleza. Las fuerzas magnéticas son producidas por el movimiento de
partículas cargadas, como por ejemplo electrones, lo que indica la estrecha
relación entre la electricidad y el magnetismo. El marco que aúna ambas fuerzas
se denomina teoría electromagnética (véase Radiación electromagnética).
La manifestación más conocida del magnetismo es la fuerza de atracción o
repulsión que actúa entre los materiales magnéticos como el hierro. Sin
embargo, en toda la materia se pueden observar efectos más sutiles del
magnetismo. Recientemente, estos efectos han proporcionado claves importantes
para comprender la estructura atómica de la materia.
El fenómeno del magnetismo
se conoce desde tiempos antiguos. La piedra imán o magnetita, un óxido de
hierro que tiene la propiedad de atraer los objetos de hierro, ya era conocida
por los griegos, los romanos y los chinos. Cuando se pasa una piedra imán por
un pedazo de hierro, éste adquiere a su vez la capacidad de atraer otros
pedazos de hierro. Los imanes así producidos están ‘polarizados’, es decir,
cada uno de ellos tiene dos partes o extremos llamados polos norte y sur. Los
polos iguales se repelen, y los polos opuestos se atraen.
La brújula se empezó a
utilizar en Occidente como instrumento de navegación alrededor del 1300 d.C. En
el siglo XIII, el erudito francés Petrus Peregrinus realizó importantes
investigaciones sobre los imanes. Sus descubrimientos no se superaron en casi
300 años, hasta que el físico y médico británico William Gilbert publicó su
libro, De magnete en 1600. Gilbert aplicó métodos científicos al estudio
de la electricidad y el magnetismo. Observó que la Tierra también se comporta
como un imán gigante, y a través de una serie de experimentos investigó y
refutó varios conceptos incorrectos sobre el magnetismo aceptados en la época.
Posteriormente, en 1750, el geólogo británico John Michell inventó una balanza
que utilizó para estudiar las fuerzas magnéticas. Michell demostró que la
atracción o repulsión entre dos polos magnéticos disminuye a medida que aumenta
el cuadrado de la distancia entre ellos. El físico francés Charles de Coulomb,
que había medido las fuerzas entre cargas eléctricas, verificó posteriormente
la observación de Michell con una gran precisión.
A finales del siglo XVIII
y principios del XIX se investigaron simultáneamente las teorías de la
electricidad y el magnetismo. En 1819, el físico danés Hans Christian Oersted
llevó a cabo un importante descubrimiento al observar que una aguja magnética
podía ser desviada por una corriente eléctrica. Este descubrimiento, que
mostraba una conexión entre la electricidad y el magnetismo, fue desarrollado
por el científico francés André Marie Ampère, que estudió las fuerzas entre
cables por los que circulan corrientes eléctricas, y por el físico francés
Dominique François Arago, que magnetizó un pedazo de hierro colocándolo cerca
de un cable recorrido por una corriente. En 1831, el científico británico
Michael Faraday descubrió que el movimiento de un imán en las proximidades de
un cable induce en éste una corriente eléctrica; este efecto era inverso al
hallado por Oersted. Así, Oersted demostró que una corriente eléctrica crea un
campo magnético, mientras que Faraday demostró que puede emplearse un campo
magnético para crear una corriente eléctrica. La unificación plena de las
teorías de la electricidad y el magnetismo se debió al físico británico James
Clerk Maxwell, que predijo la existencia de ondas electromagnéticas e
identificó la luz como un fenómeno electromagnético.
Los estudios posteriores
sobre el magnetismo se centraron cada vez más en la comprensión del origen
atómico y molecular de las propiedades magnéticas de la materia. En 1905, el
físico francés Paul Langevin desarrolló una teoría sobre la variación con la
temperatura de las propiedades magnéticas de las sustancias paramagnéticas (ver
más adelante), basada en la estructura atómica de la materia. Esta teoría es
uno de los primeros ejemplos de la descripción de propiedades macroscópicas a
partir de las propiedades de los electrones y los átomos. Posteriormente, la
teoría de Langevin fue ampliada por el físico francés Pierre Ernst Weiss, que
postuló la existencia de un campo magnético interno, molecular, en los
materiales como el hierro. Este concepto, combinado con la teoría de Langevin,
sirvió para explicar las propiedades de los materiales fuertemente magnéticos
como la piedra imán.
Después de que Weiss presentara
su teoría, las propiedades magnéticas se estudiaron de forma cada vez más
detallada. La teoría del físico danés Niels Bohr sobre la estructura atómica,
por ejemplo, hizo que se comprendiera la tabla periódica y mostró por qué el
magnetismo aparece en los elementos de transición, como el hierro, en los
lantánidos o en compuestos que incluyen estos elementos. Los físicos
estadounidenses Samuel Abraham Goudsmit y George Eugene Uhlenbeck demostraron
en 1925 que los electrones tienen espín y se comportan como pequeños imanes con
un ‘momento magnético’ definido. El momento magnético de un objeto es una
magnitud vectorial (véase Vector) que expresa la intensidad y
orientación del campo magnético del objeto. El físico alemán Werner Heisenberg
dio una explicación detallada del campo molecular de Weiss en 1927, basada en
la recientemente desarrollada mecánica cuántica (véase Teoría cuántica).
Más tarde, otros científicos predijeron muchas estructuras atómicas del momento
magnético más complejas, con diferentes propiedades magnéticas.
Una barra imantada o un
cable que transporta corriente pueden influir en otros materiales magnéticos
sin tocarlos físicamente porque los objetos magnéticos producen un ‘campo
magnético’. Los campos magnéticos suelen representarse mediante ‘líneas de
campo magnético’ o ‘líneas de fuerza’. En cualquier punto, la dirección
del campo magnético es igual a la dirección de las líneas de fuerza, y la
intensidad del campo es inversamente proporcional al espacio entre las líneas.
En el caso de una barra imantada, las líneas de fuerza salen de un extremo y se
curvan para llegar al otro extremo; estas líneas pueden considerarse como
bucles cerrados, con una parte del bucle dentro del imán y otra fuera. En los
extremos del imán, donde las líneas de fuerza están más próximas, el campo
magnético es más intenso; en los lados del imán, donde las líneas de fuerza
están más separadas, el campo magnético es más débil. Según su forma y su
fuerza magnética, los distintos tipos de imán producen diferentes esquemas de
líneas de fuerza. La estructura de las líneas de fuerza creadas por un imán o
por cualquier objeto que genere un campo magnético puede visualizarse
utilizando una brújula o limaduras de hierro. Los imanes tienden a orientarse
siguiendo las líneas de campo magnético. Por tanto, una brújula, que es un
pequeño imán que puede rotar libremente, se orientará en la dirección de las
líneas. Marcando la dirección que señala la brújula al colocarla en diferentes
puntos alrededor de la fuente del campo magnético, puede deducirse el esquema
de líneas de fuerza. Igualmente, si se agitan limaduras de hierro sobre una
hoja de papel o un plástico por encima de un objeto que crea un campo
magnético, las limaduras se orientan siguiendo las líneas de fuerza y permiten
así visualizar su estructura.
Los campos magnéticos
influyen sobre los materiales magnéticos y sobre las partículas cargadas en
movimiento. En términos generales, cuando una partícula cargada se desplaza a
través de un campo magnético, experimenta una fuerza que forma ángulos rectos
con la velocidad de la partícula y con la dirección del campo. Como la fuerza
siempre es perpendicular a la velocidad, las partículas se mueven en
trayectorias curvas. Los campos magnéticos se emplean para controlar las
trayectorias de partículas cargadas en dispositivos como los aceleradores de
partículas o los espectrógrafos de masas.
Una de las clasificaciones
de los materiales magnéticos —que los divide en diamagnéticos, paramagnéticos y
ferromagnéticos— se basa en la reacción del material ante un campo magnético.
Cuando se coloca un material diamagnético en un campo magnético, se induce en
él un momento magnético de sentido opuesto al campo. En la actualidad se sabe
que esta propiedad se debe a las corrientes eléctricas inducidas en los átomos
y moléculas individuales. Estas corrientes producen momentos magnéticos
opuestos al campo aplicado. Muchos materiales son diamagnéticos; los que
presentan un diamagnetismo más intenso son el bismuto metálico y las moléculas
orgánicas que, como el benceno, tienen una estructura cíclica que permite que
las corrientes eléctricas se establezcan con facilidad.
El comportamiento paramagnético
se produce cuando el campo magnético aplicado alinea todos los momentos
magnéticos ya existentes en los átomos o moléculas individuales que componen el
material. Esto produce un momento magnético global que se suma al campo
magnético. Los materiales paramagnéticos suelen contener elementos de
transición o lantánidos con electrones desapareados. El paramagnetismo en sustancias
no metálicas suele caracterizarse por una dependencia de la temperatura: la
intensidad del momento magnético inducido varía inversamente con la
temperatura. Esto se debe a que al ir aumentando la temperatura, cada vez
resulta más difícil alinear los momentos magnéticos de los átomos individuales
en la dirección del campo magnético.
Las sustancias ferromagnéticas
son las que, como el hierro, mantienen un momento magnético incluso cuando el
campo magnético externo se hace nulo. Este efecto se debe a una fuerte
interacción entre los momentos magnéticos de los átomos o electrones
individuales de la sustancia magnética, que los hace alinearse de forma
paralela entre sí. En circunstancias normales, los materiales ferromagnéticos
están divididos en regiones llamadas ‘dominios’; en cada dominio, los momentos
magnéticos atómicos están alineados en paralelo. Los momentos de dominios
diferentes no apuntan necesariamente en la misma dirección. Aunque un trozo de
hierro normal puede no tener un momento magnético total, puede inducirse su
magnetización colocándolo en un campo magnético, que alinea los momentos de
todos los dominios. La energía empleada en la reorientación de los dominios
desde el estado magnetizado hasta el estado desmagnetizado se manifiesta en un
desfase de la respuesta al campo magnético aplicado, conocido como
‘histéresis’.
Un material ferromagnético
acaba perdiendo sus propiedades magnéticas cuando se calienta. Esta pérdida es
completa por encima de una temperatura conocida como punto de Curie, llamada
así en honor del físico francés Pierre Curie, que descubrió el fenómeno en
1895. (El punto de Curie del hierro metálico es de unos 770 °C).
Materiales:
Ø Limadura
de hierro
Ø Cartulina
Ø Imán
Ø Aerosol
Ø Hilo
Ø Clips
Ø Alfileres
Ø Abuja
Ø Brújula
Procedimiento
Ø
Primer paso: imán debajo de la
cartulina y sobre de la cartulina la limadura de hierro.
La limadura solo se imanta en los extremos
internos y externos del imán.
La limadura de hierro presento una oposición al
mover el imán, esta cambiaba la dirección a la que se movía el imán.
Ø
Segundo paso: se levanto la cartulina
con el mismo procedimiento anterior solo que esta vez en el aire.
La limadura solo presentaba imantación al acercar
el imán.
Presentaba el mismo comportamiento anterior.
Ø
Tercer paso: se amarro un clip con el
hilo.
El clip presentaba una atracción hacia el imán,
cuando el imán se acercaba el clip se movía hacia el y había ocasiones en las
que presentaba una repulsión.
Ø
Cuarto paso: se coloco el imán a la
orilla de la mesa y se le acerco el clip amarrado con el hilo.
El clip parecía volar, pero se atraía hacia el
imán, también presentaba en algunas ocasiones repulsión por la intensidad del
campo eléctrico.
Ø
Quinto paso: colocar el imán sobre la
mesa y espolvorear la limadura de hierro
sobre la cartulina, después a cuarenta centímetros de distancia utilizar la
pintura.
El spray a rosearlo hizo que parte de limadura se
quedara pegada y ya no se pudiera imantar.
Circuitos Electricos
CIRCUITOS ELECTRICOS
Objetivo:
Era observar
o comprobar como el flujo o paso de corriente eléctrica en el circuito oponía
resistencia eléctrica y si se demostraba la ley de Ohm.
Marco teórico:
La resistencia eléctrica de un objeto
es una medida de su oposición al paso de corriente. Descubierta por George Ohm en 1827, la resistencia
eléctrica tiene un parecido conceptual a la fricción en la física mecánica. La unidad de la
resistencia en el Sistema
Internacional de Unidades es el ohmio (Ω). Para su medición en la práctica existen
diversos métodos, entre los que se encuentra el uso de un ohmímetro. Además, su cantidad recíproca es la conductancia, medida en Siemens. La resistencia de cualquier objeto depende
únicamente de su geometría y de su resistividad, por geometría se entiende a la longitud y el
área del objeto mientras que la resistividad es un parámetro que depende del
material del objeto y de la temperatura a la cual se encuentra sometido. Esto
significa que, dada una temperatura y un material, la resistencia es un valor
que se mantendrá constante. Además, de acuerdo con
la ley de Ohm la resistencia de un material puede
definirse como la razón entre la caída de tensión y la corriente en dicha
resistencia. La ley de Ohm establece la relación entre intensidad de corriente, diferencia de
potencial y resistencia eléctrica. La corriente fluye por un
circuito eléctrico siguiendo varias leyes definidas. La ley básica del flujo de
la corriente es la ley de Ohm, así llamada en honor a su descubridor, el físico
alemán George Ohm. Según la ley de Ohm, la cantidad de corriente que fluye por
un circuito formado por resistencias puras es directamente proporcional a la
fuerza electromotriz aplicada al circuito, e inversamente proporcional a la
resistencia total del circuito
Materiales:
·
Dos focos de 76 y 125 volts
·
2 soccets
·
Cables de cobre
·
Interruptores
·
2 contactos
·
Caja de cartón
·
Chicharra omega
·
Pistola de juguete
·
Tornillo
·
Clavija
·
Seguros
Procedimiento:
Lo primero fue conseguir
los materiales antes mencionados, ya contando con todos y cada uno de los
elementos requeridos para elaborar el circuito comenzamos con la parte del
ensamblaje, comenzamos conectando los cables a los interruptores y colocándolos
en la caja sujetándolos con los seguros, después colocamos lo que fue la
chicharra en el fondo de la caja. Continuando con nuestro trabajo colocamos los
focos en los soccets y conectamos con los cables de cobre y en el interior de
la caja se coloco la pistola, esta no recibía energía al conectarla ya que su
energía era producida por las pilas.
Resultados:
El resultado fue favorable
aunque con algunos percances, se pudo comprender como es que el circuito estaba
constituido, en que partes se localizaba la resistencia, que era en los cables,
el filamento de los dos focos y la chicharra. También observamos como el flujo
de corriente eléctrica cruzo o se distribuyo por los cables de cobre (que es un
material conductor de electricidad) hacia los focos, chicharra y los
interruptores.
Conclusiones:
Ø La resistencia eléctrica
si existe dentro del circuito
Ø La resistencia eléctrica
es la oposición al flujo de electrones
Ø La chicharra oponía
resistencia eléctrica
Ø El conductor es el
encargado de unir eléctricamente cada uno de los puntos en el circuito(en este
caso los cables de cobre)
Ø La resistencia de un
conductor depende de su longitud, si se duplicara la longitud se duplica su
resistencia
Ø De acuerdo con la ley de
Ohm la resistencia de un material puede definirse como la razón entre la caída
de la tensión y la corriente de dicha resistencia
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