“INTERACCIONES ENTRE EL MAGNETISMO Y LA ELECTRICIDAD” - Melina A., Natalia C, Daniel A. - 1º Cuat. - 2010

“INTERACCIONES ENTRE EL MAGNETISMO Y LA ELECTRICIDAD”

Guía de trabajo:
1-Reseña para el docente
2-Secuencia de actividades
3-Contenidos y Propósitos

1-Reseña para el docente:
Aspectos Teóricos: Fuerzas Magnéticas, Polos, atracción y repulsión. Efectos magnéticos de la corriente eléctrica. Como funciona un motor. Ondas electromagnéticas.

1- Reseña para el docente

Aspectos Teóricos.

Magnetismo

Existe en la naturaleza un mineral llamado magnetita o piedra imán que tiene la propiedad de atraer el hierro, el cobalto, el níquel y ciertas aleaciones de estos metales. Esta propiedad recibe el nombre de magnetismo.

Un imán es un cuerpo capaz de producir un campo magnético exterior y atraer el hierro (también puede atraer al cobalto y al níquel). Los imanes que manifiestan sus propiedades de forma permanente pueden ser naturales, como la magnetita (Fe3O4) o artificiales, obtenidos a partir de aleaciones de diferentes metales.

En un imán la capacidad de atracción es mayor en sus extremos. Estos también conocidos como polos se distinguen en norte y sur, debido a que tienden a orientarse según los polos geográficos de la Tierra, que es un gigantesco imán natural. La herradura común no es más que un imán de barra doblado, de modo que sus polos están en sus extremos, es decir, que independientemente de sus formas esta regla siempre se cumple. Si partís un imán de barra por la mitad, cada uno de los fragmentos mantienen sus polos, con lo cual decimos, que los propios átomos son imanes.

Si el polo norte de un imán se acerca al polo norte de otro imán, ambos se repelen. En cambio, si se acercan polos opuestos se produce una atracción (esta es la fuerza de interacción que se ejerce entre dos polos magnéticos). En conclusión, si hablamos de atracción y repulsión, los polos semejantes se repelen y los polos opuestos se atraen.

La región del espacio donde se pone de manifiesto la acción de un imán se llama campo magnético. Este campo se representa mediante líneas de fuerza, que son unas líneas imaginarias, cerradas, que van del polo norte al polo sur, por fuera del imán y en sentido contrario en el interior de éste. Las intensidad del campo es mayor donde las líneas están mas próximas entre si.

Campo magnético

Existe una relación muy estrecha entre el magnetismo y la electricidad. Sabemos que cuando está en movimiento una carga eléctrica esta rodeada de un campo eléctrico, esta rodeada de un campo magnético (en su teoría del electromagnetismo, Maxwell explico sobre este tema).

El movimiento de la carga eléctrica produce un campo magnético, en otras palabras, en el interior de la materia existen pequeñas corrientes cerradas debidas al movimiento de los electrones que contienen los átomos, cada una de ellas origina un microscópico imán o dipolo.

El magnetismo es 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.

Fig. 1

Introducción al electromagnetismo:

Faraday y Henry descubrieron que se podía generar corriente eléctrica en un alambre con el simple movimiento de meter y sacar un imán de una bobina. Estos científicos descubrieron que el movimiento relativo entre un alambre y un campo magnético inducia un voltaje.

La producción del voltaje depende solo del movimiento relativo entre el conductor y el campo magnético, la magnitud del voltaje inducido depende de la rapidez con la que el alambre recorre las líneas del campo magnético. Si el movimiento es muy lento se genera poco voltaje, y a la inversa, mayor voltaje. El fenómeno de inducir voltaje alterando el campo magnético entorno a un conductor se llama inducción electromagnética.

La ley de Faraday explica que el voltaje inducido en una bobina es proporcional al producto de números de espiras y a la razón de cambio del campo magnético dentro de dichas espiras.

Motor eléctrico
Fig. 2

La vida moderna sería impensable sin la existencia de los motores, éstos se encuentran en todas partes: en la industria, el transporte, el hogar, etc

El funcionamiento del motor es ocasionado cuando la corriente eléctrica pasa por la bobina y ésta se comporta como un imán cuyos polos se rechazan o atraen con el imán, que se encuentra en la parte inferior; al dar media vuelta el paso de corriente se interrumpe y la bobina deja de comportarse como imán pero por inercia se sigue moviendo hasta que da otra media vuelta y la corriente pasa nuevamente repitiéndose el ciclo.

Generador eléctrico:

Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos, llamados polos, terminales o bornes.

Los generadores eléctricos son máquinas destinadas a transformar la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada también estator). Si mecánicamente se produce un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generará una fuerza electromotriz (F.E.M.). Están basados en la ley de Faraday.

Fig. 3

Un generador es una máquina eléctrica que realiza el proceso inverso que un motor eléctrico, el cual transforma la energía eléctrica en energía mecánica. Aunque la corriente generada es corriente alterna, puede ser rectificada para obtener una corriente continua. En el diagrama adjunto se observa la corriente inducida en un generador simple de una sola fase. La mayoría de los generadores de corriente alterna son de tres fases.

Muchos dispositivos pueden convertir energía eléctrica a mecánica y viceversa. La estructura de estos dispositivos puede ser diferente, dependiendo de las funciones que realicen. Algunos dispositivos son usados para conversión continua de energía, y son conocidos como motores y generadores. Otros dispositivos pueden ser: actuadores, tales como solenoides, relés y electromagnetos. Todos ellos son física y estructuralmente diferentes, pero operan con principios similares.

El generador eléctrico convierte la energía mecánica por una máquina prima (turbina) a energía eléctrica en el lado de la salida. La mayoría de estos dispositivos pueden funcionar, tanto como motor, como generador.

Ondas electromagnéticas

La radiación electromagnética está formada por la combinación de campos eléctricos y magnéticos, que se propagan a través del espacio en forma de ondas portadoras de energía.

Las ondas electromagnéticas tienen las vibraciones perpendiculares a la dirección de propagación de la onda. Por tal motivo, se las clasifica entre las ondas transversales.

Las ondas electromagnéticas viajan a través del espacio, y no necesitan de un medio material para propagarse.

Un campo electromagnético variable admite una solución cuya ecuación de movimiento se corresponde a la de una onda. Eso sugería que el campo electromagnético era susceptible de propagarse en forma de ondas, tanto en un medio material como en el vacío.

Las ondas electromagnéticas (ondas de radio, microondas, ondas infrarrojas, luz visible, luz ultravioleta, rayos X, rayos gamma) viajan a la velocidad de 299.792.458 metros/seg en el vacío.

Entonces, una onda electromagnética es la forma de propagación de la radiación electromagnética a través del espacio.

A diferencia de las ondas mecánicas, las ondas electromagnéticas no necesitan de un medio material para propagarse; es decir, pueden desplazarse por el vacío.

Las ondas electromagnéticas lideran la radio y la televisión y la enorme industria electrónica. Pero también se generan en el espacio por rayos de electrones inestables.

Las ondas luminosas son ondas electromagnéticas cuya frecuencia está dentro del rango de la luz visible.

Las ondas de radio utilizadas tienen longitudes que van desde 1 metro (onda corta) hasta 10 kilómetros (onda larga). Normalmente, las ondas de radio están caracterizadas por las frecuencias correspondientes a estas longitudes de ondas.

Fig. 4

Onda luminosa, con el campo eléctrico vertical y el campo magnético horizontal

2- Secuencia de actividades

Actividad 1:

¿Cómo se visualiza el campo magnetico y sus polos?

Objetivo: Identificar el comportamiento del campo magnetico y sus polos.

Materiales: hoja, una barra de iman, viruta.

Desarrollo: En una hoja blanca volcamos partículas de viruta de hierro. Dicha hoja deberá estar apoyada sobre una mesa. Por debajo de la mesa, y debajo este la hoja con la viruta, pasamos el imán moviéndolo de un lado a otro.

Actividad 2:

¿Cómo funciona un motor electrico?

Materiales: Pila, dos alfileres de gancho, alambre de cobre esmaltado y un imán.

Objetivo: Entender como funciona un motor eléctrico.

Desarrollo: Sobre una tabla de madera, colocamos dos alambres largos que funcionen como sostén  vertical de la bobina artesanal. Dicha bobina que, se produce con el alambre esmaltado, se enrollá  formando un circulo, dejando las dos puntas que sobre salgan y quemándola cada una de ellas. Estas puntas son las que van a sostenerse en el alambre.

Luego en cada alambre, colocamos un cable de cobre que es el que va a estar en contacto con la pila. Teniendo listo el dispositivo no hay mas que acercar el imán.

3- Contenidos y Propósitos:

Contenidos:

-Los imanes y sus efectos

-Los polos del iman: Atracción y repulsión.

-Semejanzas y diferencias de la electrizacion y  la imantacion.

-Reconocimiento de las condiciones un circuito simple. 

Propositos:

-Reconocer que los materiales son atraidos por los imanes.

-Identificar las propiedades de los imanes: campo magnetico, polos, atracción y repulsión.

-Reconocer e identificar el funcionamiento de un motor electrico.