Universidad del Cauca – Laboratorio de Electromagnetismo. ESTUDIO DE IMANES Miguel Angel Álvarez Johana Benavides Zharick Calvache Yohanna Silva e-mail:
[email protected] Abstract: In this practice the poles of a magnet are atracción que se producen entre polos opuestos de identified, We study the way the poles interact on a imanes y de repulsión entre polos iguales. compass, And the force exerted by having two magnets together is measured by varying their spacing. In the Uno de los fenómenos curiosos y llamativos del experiment it is observed that when joining equal poles of magnetismo es lo que ocurre con las brújulas cuya aguja a magnet are repelled and if another magnet approaches siempre apuntan en dirección norte o dicho de otra forma so that they are face to face poles of different signs attract, tienen un polo que siempre “busca el norte” y esto se bebe When placing a compass to the north of the magnet a que es atraída por el campo magnético de la tierra, la previously identified this changes of direction, finally it is tierra tiene grandes depósitos de mineral de hierro debajo determined that the separation between the magnets de su superficie lo cual produce un campo magnético. decreases if the magnetic force is greater. El campo magnético se representa mediante líneas de PALABRAS CLAVE: Fuerza magnética, Imán, Polos fuerza que van del polo norte al polo sur por fuera del magnéticos. imán, y que son líneas que forman circuitos cerrados, es decir, que carecen de principio y de fin, tal como se observa en la siguiente figura de un imán en forma de 1. INTRODUCCIÓN barra: Los imanes tienen dos polos magnéticos diferentes llamados polo sur y polo norte, en este informe vamos a ver cómo interactúan estos polos entre sí, por lo que se estudiará el magnetismo, también se muestra como se traza el campo magnético de un imán en forma de anillo con la ayuda de una brújula. 2. OBJETIVOS 2.1. Estudiar la interacción entre los polos de los imanes. 2.2. Determinar la fuerza que existe entre dos imanes al La dirección del campo magnético en cualquier ubicación aumentar o disminuir la masa. está en la dirección hacia la cual apunta la aguja de una brújula en dicha ubicación. La fuerza magnética en esta 2.3. Medir la fuerza que se genera entre dos imanes al experiencia se calculó con la expresión: variar su separación. 3. MARCO TEÓRICO Los imanes generan un campo magnético por su naturaleza, este campo magnético es más intenso en dos zonas opuestas del imán, que son los polos norte y sur Donde son las masas magnéticas que dependen del imán. El polo norte de un imán se orienta hacia el norte del tamaño de los imanes y la distancia entre los polos. geográfico, mientras que el polo sur del imán lo hace hacia el sur, esta orientación de los imanes se produce como consecuencia de las fuerzas magnéticas de 1 Universidad del Cauca – Laboratorio de Electromagnetismo . 4. LISTA DE MATERIALES TABLA 1 MATERIALES DE LA PRÁCTICA Cantidad Materiales 8 Arandelas metálicas 1 Balanza analítica 1 Brújula 2 Imanes en forma de anillo 2 Imanes en forma de barra 1 Regla 1 Soporte universal 1 Vástago Figura 2: Imán en barra 5. DESARROLLO PROCEDIMENTAL 2. La interacción entre imanes se realizó cuando el Para el desarrollo de la práctica se tuvo en cuenta los imán estaba colgado en la base, y acercándose a siguientes pasos: los 10 centímetros se observó que los polos 1. La caracterización de imanes se realizó para opuestos se atraen. lo podemos visualizar en la determinar cuál era el norte magnético de la tierra, Imagen 3. para ello se empleó un imán el cual estaba sujeto con el hilo sobre una base, haciendo que gire y observando haciendo donde apuntaba. Lo podemos observar en las figuras 1 y 2. Figura 3.: Interacción entre polos 3. Para observar como un Imán actúa sobre una brújula se acerca el polo norte de un imán en forma de anillo a la flecha, como se observa en la figura 4. Figura 1: Imán en anillo 2 Universidad del Cauca – Laboratorio de Electromagnetismo . 6. RESULTADOS TABLA 2: INTERACCIÓN DE UN IMÁN. Polos Interacción N-N Repulsiva S-S Repulsiva N-S Atractiva TABLA 3: DATOS EXPERIMENTALES Figura 4: Interacción brújula- Imán Peso Separación (cm) Fuerza g Magnética 4. Para la determinación de la fuerza magnética se Masa 47,21 1,6 8,62x10^-7 utilizó una barra donde se ubicó los imanes de A. 1 74,16 1,4 1,77 x10^-6 polos iguales los cuales se repelen por lo que A.2 78,44 1,3 2,17 x10^-6 queda un imán en levitación, y posteriormente se A.3 78,59 1,2 2,58 x10^-6 midió la separación entre ellos, y este mismo A.4 74,18 1,4 1,77 x10^-6 procedimiento se realizó para los demás imanes de los cuales se disponía para el experimento, los A.5 103,3 1,1 4.00 x10^-6 cuales tenían diferentes masas. (Ver figura 5). A.6 98,07 1,0 4,6 x10^-6 A.7 79,51 1,2 2,58 x10^-6 A.8 77,48 1,3 2,14 x10^-6 7. ANÁLISIS DE RESULTADOS Un imán tiene diferentes características como atracción, repulsión y fuerza magnética, el efecto de esa fuerza magnética se estudió por medio de la interacción entre dos imanes ubicados en un vástago, los imanes se encuentran de tal manera que los polos quedan enfrentados, poniendo en contacto cargas iguales, por lo que se da una repulsión entre los dos inanes y se produce un efecto de levitación, al colocar arandelas con diferente peso se observa una variación de distancia entre ellos, al añadir una arandela con menor peso la distancia que separa a los imanes es mayor, pero si se añade una arandela con mayor peso la distancia es menor. Figura 5: Determinación de fuerza magnética. 3 Universidad del Cauca – Laboratorio de Electromagnetismo . Para determinar los polos de un imán, se consideró la tendencia de este a orientarse hacia un campo 9. BIBLIOGRAFÍA magnético, cuando dos imanes se acercan entre sí, cada uno ejerce una fuerza sobre el otro, puede ser repulsiva o atractiva como vemos en la tabla 2, sin embargo en la 1. Elias. E. “ La tierra es hueca” Editorial Kiar. 4. práctica al tener el imán en suspensión, este siempre Edición. Pág. 310. tendía a girar para que sus polos opuestos se unan, por lo tanto se dice que se cumple el principio que dice “Polos 2. Resnick. Halliday, Física. Vol 2, Editorial iguales se atraen y polos opuestos se repelen” 1 continental S.A. 1994. Pág. 160. Se utilizó una brújula, la cual detecta el campo magnético 3. R.Feynman, R.B.Leighton “Física Vol 2, de la tierra, que es un imán gigantesco, esto es gracias a electromagnetismo y materia, Addison-Wesley que tiene una aguja imantada, la cual es atraída por la iberoamericana, México 1987. Pág: 13-3 fuerza magnética del suelo del polo norte, ya que este contiene altas cantidades de magnetita, es por esto que 4. Serway-J “Física para ciencias e ingeniería” vol la aguja de la brújula apunta siempre al norte, ésta cambió 2, quinta edición, Editorial Thomson, Pág: 906 su sentido y se alineó con el campo magnético producido por éste y cuando se movió el imán alrededor de la brújula, la aguja seguía el mismo movimiento para continuar orientada al campo de imán, en la figura 4 se observa que al acercar el polo norte del imán a la brújula, la aguja de la brújula que indica el polo sur, sintió atracción hacia este polo del imán, por el hecho de que polos opuestos se atraen, así que la aguja de la brújula que indica el polo norte quedó orientada hacia el lado opuesto, lo que quiere decir que el polo norte del imán se orienta hacia el polo norte magnético de la tierra. Los errores que se pudieron presentar en cuanto a la medición de Fuerza magnética fue de 0.1 cm debido a que no se usó una herramienta de medición aceptable para esto, se lo realizo con regla, la cual arroja ese error. Por otra parte para calcular la levitación magnética tiene que ver con la fuerza y peso del imán debido a que los imanes son fuertes, y sus fuerzas de atracción y repulsión será también más altas. Aunque la fuerza de gravedad también interviene, ya que todos los objetos se sienten atraídos por la tierra por el hecho de tener una masa. 8. CONCLUSIONES La distancia entre los imanes que ejercen una fuerza magnética es inversamente proporcional a la masa. Se comprueba el principio de que los polos opuestos se atraen y los polos iguales se repelen. Se estudió el campo magnético en términos de la fuerza magnética. A menor distancia la fuerza magnética es mayor. Las agujas de una brújula se pueden utilizar para determinar las líneas de campo magnéticas de un imán. 4