Informe de experimento: Como hacer un electroimán

Introducción

Te has preguntado por qué los imanes
se atraen, o por qué en el electroimán tiene la
capacidad de atraer objetos metálicos primero que nada hay
que definir el concepto magnetismo (pues al decir imán
viene del magnetismo).El magnetismo es un fenómeno que se
manifiesta sobre las cargas eléctricas que están en
movimiento y que tienen su origen en el movimiento de cargas
eléctricas, recordando: teniendo dos imanes si se une uno
con otro se atraen solo si son polos distintos, y si son polos
iguales se repelen ejemplo: Norte y Norte se repelen. Un
electroimán tiene la capacidad de atraer cuerpos
metálicos porque a su alrededor esta enrollado un cable de
cobre el cual está conectado a una pila esta deja pasar la
corriente por el cable creando un campo magnético el cual
atrae al metal (como los clips).Este proyecto aborda distintas
etapas del experimento dentro de las cuales nos explica
cómo hacer un electroimán con material muy sencillo
de conseguir y los precios de las pilas varía ya que
depende de la marca que sea la pila, también se destaca
que el propósito del experimento es construir un
electroimán a partir de materiales fáciles de
conseguir y conocer el efecto de inducción
magnética que se produce por medio de la corriente
eléctrica de la batería en el siguiente esquema se
explica que es cada cosa que se relaciona con el tema
abordado:

Recordando el magnetismo también se
relaciona con la brújula un instrumento usado des de hace
mucho tiempo que le servía a navegantes en los mares para
orientarse y sigue siendo usada por excursionistas, viajeros
etcétera. Hay que tener en cuenta que para elaborar un
electroimán se necesita una fuente de energía
(utilizando una pila), un clavo y un alambre enrollado en forma
de espiral para crear un campo magnético, para conducir la
corriente tiene que ser buen conductor como el cobre,
después se lograra crear un campo magnético
alrededor del clavo que atraerá pequeños objetos
metálicos de acero o de hierro.

Fundamentación
teórica

En 1820 Oersted físico que llevo a
cabo un sencillo experimento que hizo patente que los
fenómenos eléctricos y magnéticos no
constituyen, como hasta entonces se había creído,
dos tipos de fenómenos separados. Dispuso una aguja
imantada paralelamente a un hilo conductor: al hacer circular una
corriente continua por el hilo conductor la aguja giraba
orientándose perpendicularmente a este (supuso el
nacimiento del electromagnetismo, estudio la compresibilidad de
los líquidos y los sólidos y fue el primero que
aisló el aluminio). A continuación se presenta el
boceto de su experimento:

Después de este descubrimiento en
base al conocimiento de Oersted, fue William Sturgeon quien
creó el primer electroimán, el 23 de mayo de
1825.Se hizo con una barra de hierro aproximadamente de unos 30
centímetros de largo doblada en forma de herradura y a su
alrededor cubierta por un alambre de cobre, era muy potente ya
que levantaba un objeto de 4 kilogramos con un trozo de hierro de
200 gramos envuelto de cables que dejaban circular la corriente
de la pila.

Después fueron saliendo nuevos
electroimanes pero esta vez mucho más potentes dentro de
ellos se encontraba el físico estadounidense Joseph Henry
el adversario de Sturgeon creó un electroimán que
levantaba una tonelada (1,000 kilos) y su artefacto pesaba 300kg.
Su electroimán era igual en forma de herradura con alambre
devanado. Después Joule creó un electroimán
pero con estilo diferente al de los dos anteriores, pues el de
él constaba de un tubo de acero de paredes gruesas, este
podía levantar 1.3 toneladas (también creó
un nuevo imán que la atracción no estaba sometida
por lo polos sino por mucho mas lo cual le permitió
incrementar la sustentación). Después los imanes se
hicieron populares en el año 1896 pues ya se usaban para
distintas cosas, se utilizaban en laboratorios físicos, en
consultorios médicos (una herramienta de cirujano – Un
cirujano oftalmólogo puede sacar restos de acero del ojo
de un paciente usando un electroimán. Se aplica corriente
hasta que tira sólo lo suficiente para quitar suavemente
el metal), en fábricas (máquinas), un ejemplo son
los grandes imanes como el electroimán de
suspensión el cual sirve para levantar grandes piezas de
hierro en la basura, o en fabricas de metalurgia, o
también para limpiar el grano en molinos.

Los beneficios del electroimán nos
han facilitado nuestra manera de vivir, son masivos, los
electroimanes son extremadamente útiles en los procesos
industriales y hacen posible el trabajo de la línea de
montaje en las fábricas más modernas, los
electroimanes también se usan en las máquinas MRI
(Resonancia magnética), candados magnéticos,
grabación magnética de sonido (incluyendo discos
duros de computadoras, cintas de vídeo y casetes) y muchos
tipos de motores. Se usan en distintos aparatos como: el timbre
de centros escolares (los electroimanes hacen que el martillo
vibre de acá para allá, tocando el timbre) cuando
estamos en una clase y toca para cambiar a otra o cuando estamos
en receso y toca para indicar que el receso ha terminado. En un
timbre eléctrico, los polos se encuentran frente a una
armadura elástica que tiene en su extremo libre un
pequeño martillo.

Uno de los conductores esta unido al
electroimán y el otro a un borne sobre el que se apoya la
armadura. Al pulsar el botón del timbre se da paso a la
corriente: el electroimán atrae la armadura (cuyo martillo
golpea una campanilla), con lo que esta se separa del borne sobre
el que se apoyaba y se interrumpe la corriente; la armadura
retorna a su posición normal y, cuando vuelve a tocar el
borne, se restablece la corriente, con lo que vuelve a ser
atraída por el electroimán; de este modo se repiten
los golpes de la campana mientras se mantiene pulsado el
botón del timbre :

Los electroimanes también son usados
en muchos de los interruptores, siendo usados en los frenos y
embragues electromagnéticos de los automóviles. En
una cerradura eléctrica funciona cuando se ha contestado
al interfono, la puerta puede abrirse desde el piso de arriba. Un
electroimán tira del cerrojo para abrirlo. Cuando se
desconecta, el cerrojo vuelve atrás. Una grúa para
chatarra puede levantar un coche entero. Lo mueve a su
posición, y se desconecta para soltarlo. En base apruebas,
los miembros del Programa de Investigación del Acelerador
LHC (LARP por sus siglas en inglés), construyeron un
electroimán usando un avanzado material superconductor, el
cual logró un campo magnético lo suficientemente
fuerte como para enfocar haces intensos de protones en las
regiones de interacción del LHC objeto de mejoras
técnicas.

Objetivos del
experimento

El objetivo principal durante el
experimento fue que el clavo enrollado de cobre conectado con la
pila logre atraer a los objetos metálicos, otro de los
objetivos era percatarse que los polos de la pila se calentaban
pues eso nos indicaba que se estaba sobrecalentando la pila
inmediatamente hay que desconectar el cobre de la pila (pero esto
es solo como una observación pues en muchos de los casos
no ocurre y aun así el clavo atrae objetos
metálicos), otro objetivo era ver si al desconectar el
cobre de la pila el clavo al instante no dejaba caer a los
objetos metálicos pues era cuestión de segundos
para que se desvanezca el campo magnético ,también
otro objetivo era intentar el experimento pero ahora utilizar el
grafito o aluminio en vez del clavo y observar que no funciona
pues no poseen las propiedades adecuadas para atraer,
también identificar cual es el rol de cada material como
el del clavo, o el del cobre que era conducir la corriente
eléctrica , el de la pila que era brindar la
energía suficiente para que se cree el campo
magnético sobre el clavo y el ultimo era lograr hacer
más potente el electroimán con más vueltas:
Imaginemos que hacemos un electroimán de una sola vuelta
de alambre, luego añadimos otra vuelta. Es como poner otro
electroimán al lado del primero, de modo que la fuerza del
imán aumenta, cuantas más vueltas sean, más
fuerte será el imán.

Materiales

*Un clavo de hierro largo (este es muy
fácil de conseguir).

*Un cable de cobre cubierto con
plástico (¿por qué se usa el cobre?
Él cobre se usa porque tiene una resistencia
eléctrica baja, 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, cualquier cable que no sirva puede servir en la
elaboración del electroimán).

*Objetos pequeños metálicos
como clips (se venden por cajas como de 15 pesos).

*Cinta adhesiva (la chica cuesta alrededor
de 7 pesos)

*Como material adicional y por supuesto
opcional: un clavo de aluminio o grafito del lápiz
(esto es para identificar si los materiales son buenos
conductores)

*Una pila de 1.5 V (si se quiere comparar
los resultados con otras pilas de distintos voltios usarlas, 2
pilas de la AA cuestan 20 pesos).

*Un cuchillo para cortar los extremos del
cable (de la cocina).

Procedimiento

1.-Sujete el clavo y enróllelo con
el cable de cobre en forma espiral dejando unos 10
centímetros en cada extremo del clavo.

2.-Despues cortar o pelar un poco los
extremos para poder hacer contacto con la pila.

3.-Luego con ayuda de la cinta adhesiva
dejar pegados cada uno de los extremos a cada uno de los polos de
la batería.

4.-Por ultimo acercar tu electroimán
a los objetos metálicos ligeros y observaras lo que
sucede. (Para lo adicional seguir los mismos pasos y observar que
sucede).

Resultados
obtenidos

Al conectar los dos extremos del cobre a la
pila y al acercar el clavo enrolladlo con cobre a objetos de
fierro, son atraídos por el clavo, en mi caso use clips.
Eso es debido a que la corriente eléctrica de la pila crea
un campo magnético alrededor del clavo, si se desconecta
cualquier extremo del cable se desvanece ese campo.
Después de haber concluido los pasos del experimento con
una pila de 1.5V, se volvió a repetir dos veces más
pero esta vez con una pila de 4.5 V y otra de 6 V y los
resultados fueron los siguientes:

Como se pueden dar cuenta la pila de mayor
número de voltios es capaz de atraer más clips y
más rápido pues con la pila de 1.5 V al momento de
querer atraer los clips tienes que ser paciente pues es
más lento el proceso ya que tienes que buscar la manera de
como atraer más clips, también depende en que
condición se encuentre la pila pues si ya es usada puede
que por más que sea la que tenga más voltios el
resultado será el mismo que una pila de 1.5 V (es como si
quisieras probar un aparato al ponerle las pilas usadas su
reacción es pésima pues las rechaza o bien si las
acepta pero es menos el rendimiento y más lento como en un
control de televisión).

Conclusiones

Para dar cierre de este experimento hay que
concluir que el uso del electroimán es muy ventajoso en
nuestra vida pues. ¿Te has puesto a pensar como muchos de
los trenes frenan en las vías? Como tú sabes los
metros que actualmente son muy utilizados tienden a parar en
estaciones para subir y bajar gente por lo cual tienen que frenar
a esto se le llama fuerza de fricción y una de las maneras
para detenerlo es usando los electroimanes en los trenes llamados
trenes bala los cuales van a una velocidad increíble pues
su mismo nombre lo dice este viaja por la levitación
magnética, pero como no tienen ruedas el frenado tiene que
ser por la retención que crean los mismos electroimanes
que tiran del tren cuando es impulsado, en lugar de tirar lo que
hacen es frenar. El electroimán solo funciona si hay una
fuente de energía actuando sobre el alambre y el clavoEn
mi opinión es muy asombroso este experimento pues con
ayuda de un simple pila podemos crear un campo magnético
alrededor de un clavo rodeado con un cable de cobre, para que el
campo magnético sea más potente se debe dar
más vueltas al clavo pues a mayor cantidad de cable
será más fuerte el campo, también para que
no sea tan grande el experimento pues al darle más vueltas
se hará más grande es recomendable que este el puro
alambre de cobre, otro punto que hay que mencionar es la
importancia de la magnetita la cual es una roca con capacidad
magnética su aspecto es de una figura octaédrica(
ocho caras), la cual es un mineral presente en forma solida pues
de ella vienen muchos avances como lo es en industrias que ayuda
a reducir la corrosión de tubos. Gracias a este informe de
laboratorio se puede identificar el rol de cada uno de los
materiales como lo es el de la pila que es brindar la
energía eléctrica que la envía a
través por el cobre el cual de preferencia es el
más recomendado para una mejor transmisión de
corriente, después se dispersa un campo magnético
que finalmente permite que el clavo atraiga a los objetos
metálicos en el caso del experimento elaborado fueron
clips a continuación se muestra un esquema mostrando el
proceso:

La figura en forma estrellada con picos
presenta a la acción del campo magnético

Referencias

RECUPERADO EL 13/01/13
http://www.planetseed.com/es/node/20560

RECUPERADO EL 13/01/13
http://electroimn.blogspot.mx/

RECUPERADO EL 24/11/12
http://es.wikipedia.org/wiki/Im%C3%A1n_(f%C3%ADsica)

GISPERT, Carlos (2006) Física:
electrodinámanica, pp.735-751,
Barcelona-España:ed.OCEANO

Autor:

Jose Palacios