La brújula expuesta a imanes

La brújula expuesta a imanes

  

A.     Información teórica

El origen del conocimiento de la interacción magnética o magnetismo se remonta a varios siglos antes de Cristo, cuando el hombre observó que existen ciertos minerales de hierro que tienen la propiedad de atraer pequeños trozos de hierro. Uno de estos minerales, la magnetita, es una roca negra de origen volcánico formada fundamentalmente por óxidos de hierro y cuyo nombre proviene de la ciudad de Magnesia, en Asia Menor, donde se encontraban los principales yacimientos. A pesar de que la magnetita es el único material donde se puede observar de forma natural el magnetismo, existen también otros cuerpos, que después de someterse a la acción de un campo magnético externo, lo que se conoce como proceso de imantación, son capaces de atraer trozos de hierro. Estos cuerpos se llaman imanes.

Se observa que el magnetismo se concentra en los extremos de un imán, que se designan como polo norte y polo sur. Entre los polos de dos imanes se ejercen fuerzas a distancia.

Un imán, o un momento magnético, genera líneas de campo, que salen de su polo positivo y acaban en su polo negativo.

B.     Fase experimental

El objetivo de esta demostración es ilustrar la interacción magnética que se produce de forma natural en ciertos minerales de hierro y también entre cuerpos que han sido sometidos previamente a la acción de un campo magnético externo (proceso de imantación).

Acercamos los imanes (uno de ellos es la aguja de la brújula).

Observamos que la reacción es la de repelerse.

C.     Conclusiones

Cuando se acerca un imán a la brújula podemos observar que el polo norte de la aguja de la brújula es atraído por el polo sur del imán. Si se cambia la orientación del imán respecto a la brújula se puede observar que ahora el polo norte del imán repele al polo norte de la aguja y atrae a su polo sur.

Recordemos que la aguja de la brújula solo era afectada por el magnetismo de la tierra, pero en este caso la atracción del imán es más fuerte.

Líneas de fuerza magnética en un cable conductor

Líneas de fuerza magnética en un cable conductor (experimento de Oested)

A.     Información teórica

El experimento de Oersted es el inicio de la unión de dos conceptos que se creían que tenían una conexión el magnetismo y la electricidad.

Cuando Oersted observo que la brújula se movía al circular una corriente por un conductor próximo a ella, no le fue fácil interpretarlo, ¿podía ser este movimiento por la misma electricidad, y no por el magnetismo?, porque la electricidad también mueve la brújula cuando se le aproxima una carga estática, por ejemplo, la de una barra frotada.

En la Universidad de Copenhague, Oersted, fue protagonista de un descubrimiento que lo haría famoso. Al acercar una aguja imantada a un hilo de platino por el que circulaba corriente advirtió, perplejo, que la aguja efectuaba una gran oscilación hasta situarse inmediatamente perpendicular al hilo. Al invertir el sentido de la corriente, la aguja invirtió también su orientación.

Este experimento, considerado por algún como fortuito y por otros como intencionado, constituyó la primera demostración de la relación existente entre la electricidad y el magnetismo. Aunque las cargas eléctricas en reposo carecen de efectos magnéticos, las corrientes eléctricas, es decir, las cargas en movimiento, crean campos magnéticos y se comportan, por lo tanto, como imanes.

B.     Fase experimental

Si hacemos pasar a través de un hilo conductor rectilíneo (un alambre de cobre de forma recta), una corriente, es decir un flujo de electrones, y aproximamos una aguja imantada (una aguja imantada posee la capacidad de crear un campo magnético a su alrededor)  observaremos, al igual que Oersted, que la aguja se moverá y quedará en forma perpendicular a dicho alambre de cobre. 

Podemos usar también un alambre de cobre pero esta vez enrollado en forma de espiras, así tendremos una bobina, con ello tendremos un mayor campo magnético.

C.     Conclusiones

Para hallar el sentido del campo en un conductor rectilíneo:

1.      La aguja imantada está libre de influencia de cualquier fuerza o campo magnético al principio.

2.      La aguja imantada por su propiedad natural crea un campo magnético a su alrededor.

3.      Al acercar el alambre con corriente eléctrica vemos que la aguja se mueve, esto hacer suponer que existe un campo magnético creada por el alambre con corriente.

4.      Al superponerse ambos campos magnéticos (dos fuerzas) la aguja se mueve.  

5.      El campo seguirá el sentido de la corriente, es decir el flujo de los electrones.

Luego seguiremos la regla de la mano derecha o la regla del “sacacorchos”, la dirección y sentido del campo coincide con el del avance de un sacacorchos que gira en el mismo sentido que la corriente.

El celular envuelto en papel de aluminio

El celular envuelto en papel de aluminio

A.    Información teórica:

Hoy en día existen numerosas construcciones en nuestro país que llevan en su interior revestimientos de fierros formando una gran rejilla, y que debido a este detalle sea la causa de que la comunicación tenga dificultades por ejemplo en el uso de los celulares en el interior de las viviendas.

A este efecto se conoce como la “Jaula de Faraday”, llamado así por su inventor Michael Faraday.

 El funcionamiento de la jaula de Faraday se basa en las propiedades de un conductor en equilibrio electrostático. Cuando la caja metálica se coloca en presencia de un campo eléctrico externo, las cargas positivas se quedan en las posiciones de la red; los electrones, sin embargo, que en un metal son libres, se mueven en sentido contrario al campo eléctrico y, aunque la carga total del conductor es cero, uno de los lados de la caja (en el que se acumulan los electrones) se queda con un exceso de carga negativa, mientras que el otro lado se queda sin electrones (carga positiva).

B.     Fase experimental

Se puede llevar a cabo un experimento utilizando un celular envuelto en papel aluminio, así veremos que la señal quedará nula y por ende no recibirá llamadas.

Pasos a seguir: Envuelve el celular en papel aluminio de  modo tal que cubra todo por completo, como el aluminio es un conductor eléctrico provoca el efecto jaula de Faraday.

Luego con un segundo celular llame por teléfono al celular envuelto y verá que estará disponible la red para entrar la llamada.

Lo mismo sucede con la radio que utilizamos en casa, si hacemos el mismo procedimiento de cubrirlo con papel aluminio veremos que la señal se verá bloqueada.

C.     Conclusiones

·         Se utiliza papel aluminio porque es metálico, es decir, es un conductor eléctrico para dar cumplimiento con la ley de Faraday.

·         Su aplicación se ve reflejada en el caso de seguridad de las comunicaciones, así por ejemplo para proteger las conversaciones a través de medios telefónicos.

·         Otro uso también se refleja en la seguridad de equipos electrónicos que son susceptibles a campos electromagnéticos como el disco duro de las computadoras, equipos de televisión situados en cimas de los cerros y expuestos a las perturbaciones electromagnéticas causadas por las tormentas.

·         Qué pasaría si un avión es alcanzado por un rayo en pleno vuelo, debido a que el fuselaje funciona como una jaula de Faraday, el avión no sufre daño de lo contrario las consecuencias serían catastróficas.