Electroiman

MONOGRAFIA

ELECTROIMAN USOS Y APLICACIONES

Monografía presentada en cumplimiento parcial de

La asignatura de física

, junio de 2011

INTRODUCCIÓN

El tipo más simple de electroimán es un trozo de alambre enrollado. Una bobina con forma de tubo recto (parecido a un tornillo) se llama solenoide, y cuando además se curva de forma que los extremos coincidan se denomina toroide. Pueden producirse campos magnéticos mucho más fuertes si se sitúa un «núcleo» de material paramagnético o ferromagnético (normalmente hierro dulce o ferrita, aunque también se utiliza el llamado acero eléctrico) dentro de la bobina. El núcleo concentra el campo magnético, que puede entonces ser mucho más fuerte que el de la propia bobina.

Los campos magnéticos generados por bobinas se orientan según la regla de la mano derecha. Si los dedos de la mano derecha se cierran en torno a la dirección de la corriente que circula por la bobina, el pulgar indica la dirección del campo dentro de la misma. El lado del imán del que salen las líneas de campo se define como «polo norte».

Además, dentro de la bobina se crean corrientes inducidas cuando ésta está sometida a un flujo variable. Estas corrientes son llamadas corrientes de Foucault y en general son indeseables, puesto que calientan el núcleo y provocan una pérdida de potencia

OBJETIVOS

Comprobar las características magneticas que adquiere un núcleo de hierro no magnetizado cuando se coloca en el interior de la bobina una corriente eléctrica

Comprobar cualitativamente que un electroimán, la intensidad de campo magnético de pende de la intensidad de la corriente que se aplica al embobinado

Comprender y analizar el principio del electromagnetismo.

JUSTIFICACION

Existen en el ámbito científico, industrial y domestico infinidad de aparatos y dispositivos que emplean electroimanes con diversas finalidades. Por esta razón es importante que el alumno conozca por experimentación que es un electroimán, como funciona y que características tiene.

MARCO TEORICO

RESEÑA HISTORICA:

El primer electroimán en el mundo, que William Sturgeon exhibió el 23 de mayo de 1825 en la Sociedad Británica de Oficios, era una barra laqueada de hierro de 30 cm de largo y 1,3 cm de diámetro, doblada en forma de herradura y cubierta de una capa de

Alambre de cobre no aislado.

Se alimentaba de una fuente química.

Pesaba 200 gr, sosteniendo en suspensión 3600 gr. Era mucho más potente que los imanes naturales de igual peso por lo que fue un logro admirable para aquellos tiempos.

Joule (en cuyo honor se denominó la unidad de energía), discípulo de Sturgeon, haciendo experimentos con el primer imán de su maestro, logró aumentar la fuerza de sustentación hasta 20 kg. Ese acontecimiento tuvo lugar en el mismo año: 1825.

Sturgeon no estaba dispuesto a perder la primacía en la explotación de su invento y comenzó una carrera por la fabricación del electroimán más potente. En 1830, por su encargo, se fabricó un electroimán capaz de levantar 550 kg.

Para aquel tiempo apareció en ultramar un adversario muy serio de Sturgeon. En abril de 1831, Henry, profesor de la Universidad de Yale (en cuyo honor se denominó la unidad de inductancia), construyó un electroimán que pesaba 300 kg y levantaba 1 t, aproximadamente.

Todos aquellos imanes, según su diseño, eran barras en forma de herradura con alambre devanado. En noviembre de 1840 Joule creó un imán de construcción propia: un tubo de acero de paredes gruesas cortado a lo largo del eje por debajo del diámetro. La fuerza de sustentación de ese imán resultó muy grande: siendo el propio imán bastante compacto, levantaba 1,3 t.

Al mismo tiempo, Joule diseñó un imán de construcción absolutamente nuevo: la carga que se atraía estaba sometida a la acción no de dos polos, como siempre, sino de muchos más, lo que permitió aumentar considerablemente la sustentación. Ese imán pesaba 5,5 kg y mantenía en suspensión 1,2 t. Los electroimanes aparecieron en gran número en laboratorios físicos, salones aristocráticos y consultorios médicos. Empezaron a utilizarlos incluso en fábricas de confección (en las máquinas) y en Sociedades filarmónicas (como elemento del "órgano magnético").

En 1869 los imanes se utilizaban ya ampliamente para el accionamiento de telares Jacquard y el punzonado de orificios en placas metálicas.

Poco después de haberse construido unos cuantos grandes imanes más y todos se hubieran convencido de que eran potentes, seguros, compactos y cómodos, se propuso utilizar los electroimanes para levantar piezas de hierro y de acero en fábricas metalúrgicas y de maquinado de metales.

En Rusia, la Sociedad de tranvías de caballo y ómnibus utilizaba hasta la Revolución imanes para limpiar de clavos de hierro la avena con que se alimentaban los caballos. En Europa y América, los imanes se empleaban ampliamente en molinos para la limpia del grano.

En los años treinta del pasado siglo se construyó uno de los imanes más grandes para un dispositivo por medio del cual se destruía la fundición defectuosa. En ese dispositivo se utilizaba como peso un martinete de hierro de 20 t. En este caso el electroimán tiene grandes ventajas, puesto que al llegar el momento de arrojar el martinete éste se suelta, girando simplemente un interruptor. Al poco tiempo se fabricaron imanes más grandes aún, capaces de levantar 50 t. La potencia de los imanes crecía a grandes pasos.

2.1. ELECTROIMAN

Un electroimán es un tipo de imán en el que el campo magnético se produce mediante el flujo de una corriente eléctrica, desapareciendo en cuanto cesa dicha corriente.

2.2. FUNCIONAMIENTO DEL ELECTROIMAN

A. Campos magnéticos

Un imán atrae a algunos metales como el hierro. Decimos que estos metales son magnéticos. También podemos hacer un imán del hierro dulce. Este imán tendrá dos polos - uno norte y otro sur.

B. Polos

Si llevamos el polo norte de un imán de barra hasta el polo sur del otro, se atraerán entre sí.

Decimos que: Los polos opuestos se atraen.

Sin embargo, si llevamos un polo norte hasta otro polo norte, se apartarán uno de otro. Decimos que se repelan. Lo mismo ocurre con dos polos sur.

Decimos que: Los polos iguales se repelan.

C. Campo Magnético

Un imán no tiene que tocar otro imán para atraerlo o repelerlo. La fuerza del imán se extiende. Es una fuerza invisible que trabaja a distancia. Decimos que hay un campo magnético alrededor del imán. El campo magnético es la región en la que actúa la fuerza de un imán.

El campo magnético es invisible. Tenemos que utilizar algunos trucos inteligentes para ver su forma.

D. Dirección del campo magnético

Las limaduras de hierro nos dicen la forma del campo magnético. Sin embargo, es también útil saber en qué dirección va el campo - es decir, si va a atraer o repeler un polo norte de otro imán.

Podemos encontrar esto utilizando una pequeña brújula. La aguja de la brújula es en sí misma un pequeño imán. Su flecha es un polo norte. De modo que la brújula señala fuera del polo norte del imán.

E. Solenoides

Un electroimán es una bobina de alambre con corriente eléctrica.

Cuando el alambre está enrollado alrededor en un cilindro, lo llamamos un solenoide. El solenoide se convierte en un electroimán cuando pasa por él la corriente.

F. ¿Por qué se usa el cobre?

El cobre se usa porque tiene una resistencia eléctrica baja (ver propiedades de conductividad). 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.

2.3. CONSTRUCCION DE UN ELECTROIMAN

2.3.1. MATERIALES

• Pila de petaca o pila

• Un porta pilas

• Un clavo de hierro largo o una barrita de hierro largo

• Hilo de cobre fino

• Dos cables, cinta adhesiva y clips o tornillos

2.3.2. PASOS PARA ARMAR EL ELECTROIMAN

1. Coge el clavo o la que las vueltas queden lo más apretada posible. Han de estar juntas sin montar unas sobre otras. Dejar los extremos del clavo libres, y unos 5cm de hilo libre barrita de hierro y enrolla en ella hilo de cobre, de forma antes de comenzar a enrollar.

2. Una vez cubierto el clavo 5 cm aproximadamente, sujeta con cinta adhesiva, enrolla de nuevo el hilo y vuelve a cubrir con la cinta adhesiva.

3. Repite la operación anterior y corta

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