Campo Magnético de un Imán Permanente

Universidad Autónoma de Occidente
Facultad de Ciencias Básicas
Departamento de Física
Campo Magnético de un Imán Permanente
Objetivo

Estudiar cómo cambia la intensidad del campo magnético producido por un imán permanente en
función de la distancia.
Fundamentación
Tenemos noticias de observaciones de fenómenos magnéticos por parte de los griegos desde hace ya
cerca de 2500 años: cierto mineral (conocido ahora como magnetita) tenía la propiedad de atraer piezas
de hierro, y existen referencias escritas del uso de imanes en la navegación que datan del siglo XII.
Antes de que se comprendiera la relación entre las interacciones magnéticas y las cargas en movimiento
(lo que será objeto de estudio en prácticas posteriores), las interacciones de los imanes permanentes
entre sí y con otros objetos se describían en términos de polos magnéticos. Por analogía con las
interacciones eléctricas, describimos las interacciones afirmando que un imán permanente origina un
campo magnético en el espacio que lo rodea, y los otros cuerpos responden a ese campo. Una aguja de
brújula tiende a alinearse con el campo magnético en la posición de la aguja.
Las aplicaciones de los imanes permanentes pueden dividirse, en forma general, en cuatro categorías:
Categoría
Aplicación
1
Uso de fuerzas de atracción/repulsión:
Separadores magnéticos
2
Conversión de energía mecánica en eléctrica:
Magnetos, generadores y alternadores
3
Conversión de energía eléctrica en mecánica:
Motores, parlantes, actuadotes
4
Control, forma y dirección de haces de electrones o de iones:
Tubos de rayos catódicos enfocados por imanes, magnetrones, bombas iónicas
Arnold Magnetic Technologies
Magnetics Technology Center – Permanent Magnets Applications Guide
http://www.arnoldmagnetics.com/mtc/magnets_permanent_apps.htm
Dependiendo de la aplicación, ciertos materiales, proporciones y formas pueden ser más eficientes que
otras. El desarrollo de nuevos tipos de imanes permanentes es, gracias a recientes descubrimientos, una
de las áreas más apasionantes de la ciencia e ingeniería de materiales.
En esta práctica usará el sensor de campo magnético para apreciar la variación del campo magnético
como función de la distancia a un imán permanente.
Preinforme
Para la realización de esta práctica es imprescindible que tenga un conocimiento básico sobre algunos aspectos. El
instructor evaluará este conocimiento solicitando un pre-informe (individual o grupal) o a través de una prueba
corta antes de iniciar la sesión de laboratorio.
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Profesor: Alexander Osorio Caicedo
Universidad Autónoma de Occidente
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Departamento de Física
1. Dibuje y explique las diferentes interacciones que ocurren entre dos imanes permanentes que están
próximos el uno al otro. 1
2. Seleccione un tipo de material con el que se pueden fabricar imanes permanentes e indique sus
principales características y aplicaciones.2
3. El concepto de polos magnéticos parece similar al de carga eléctrica (con el que Ud. ya se encuentra
familiarizado). ¿Esta analogía puede desarrollarse en forma completa, o existen diferencias entre
ambos conceptos?
4. ¿Existen los monopolos magnéticos? ¿Cuáles han sido los resultados de detectarlos? ¿Qué
consecuencias traería su detección para la Física, la explicación del origen del Universo y para su vida? 3
Equipo Requerido

Interfaz ScienceWorkshop

Sensor de campo magnético

Soporte universal y nuez

2 Imanes permanentes

Escuadra

Pasta limpiatipos

Calibrador

Banco de altura graduable

Brújula
Procedimiento
Parte I. Configuración de la interfaz y el sensor
1. Conecte la interfaz ScienceWorkshop al computador y enciéndala.
2. Conecte el sensor de campo magnético en uno de los canales analógicos de la interfaz.
3. El sensor de campo magnético tiene ganancias de 1x, 10x y 100x. Para la intensidad del campo a
medir, será adecuada una ganancia de 1x.
4. Ejecute el programa DataStudio.
5. Instale el sensor de campo magnético, seleccionando en el programa la ganancia de 1x.
6. Defina la medida de intensidad de campo magnético, verificando las unidades que empleará para esta
variable.
7. La toma de datos comprenderá la introducción manual de medidas de distancia entre el sensor y el
imán. Para registrarlas, haga clic en el botón Opciones de muestreo. Seleccione la opción Conservar datos
sólo si se solicita y habilite las demás opciones disponibles (Escribir valor con el teclado… y Solicitar un
valor). Ver Figura 1.
Consultar por ejemplo el volumen 2 del libro Física Universitaria de SEARS, ZEMANSKY, YOUNG y FREEDMAN o
el de la Física de P. A. TIPLER (referencias completas al final de la guía).
2 Básese principalmente (pero no exclusivamente) en la referencia de ARNOLD MAGNETIC TECHNOLOGIES.
3 En la Bibliografía al final de la guía se da una lista de referencias útiles para responder este punto.
1
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Figura 1
Escriba un Nombre para la variable y defina las unidades con las que reportará la distancia.
8. Cree un gráfico Intensidad de campo magnético vs. distancia.
Parte II. Configuración del equipo
1. Mida las principales dimensiones del imán (altura y diámetro, si se trata de un cilindro, o altura, ancho y
espesor, si es rectangular).
2. Identifique los polos Norte y Sur del imán permanente con ayuda de la brújula.
3. Monte el imán permanente y el sensor de campo magnético como indica la Figura 2a, buscando que
este toque el imán cuando el elevador se encuentre en la posición más alta. De ser necesario, use pasta
limpiatipos para mantener vertical el imán.
Figura 2a
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Figura 2b
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Parte III. Campo magnético como función de la distancia al imán
1. Seleccione en el sensor la medida de la componente Axial usando el interruptor
previsto para tal fin.
2. Aleje el sensor de cualquier fuente de campo magnético y póngalo en cero oprimiendo
el botón Tare. Coloque de nuevo en su lugar el sensor de campo magnético.
3. Verifique que el sensor se encuentra sobre el eje axial del imán.
4. Inicie la toma de datos tomando como primer valor el campo magnético cuando
el sensor toca la superficie del imán (Figura 2a). En ese caso, la distancia a
registrar es de 0,5 cm, porque el dispositivo que realiza la medida se encuentra a
esa distancia del extremo del sensor.
La medida se registra presionando el botón Conservar. Escriba la posición en el
cuadro de diálogo que aparecerá a continuación.
5. Baje lentamente el imán (Figura 2b) y registre el valor del campo magnético cada
0,5 cm hasta una distancia de 10 cm del imán (Nota: la distancia máxima
depende del imán empleado).
6. Detenga el registro de medidas.
7. Opcional. Realice la medida anterior invirtiendo la posición del imán.
8. Opcional. Quite de nuevo el sensor, aléjelo de cualquier fuente de campo magnético y seleccione la medida
de campo Radial usando el interruptor del sensor.
a. Ponga en cero el sensor oprimiendo el botón Tare. Coloque el sensor de campo magnético de nuevo
en su lugar.
b. Tome medidas de la componente radial del campo magnético para medidas cada 0,5 cm desde
la superficie del imán hasta 10 cm de él.
9. Opcional. Repita este procedimiento para otro imán permanente.
Análisis
No responda las preguntas que se dan a continuación como un cuestionario Pregunta/Respuesta.
Empléelas como una guía para desarrollar su análisis de una manera fluida, apoyándose en las gráficas y
en sus observaciones durante las mediciones realizadas.
Parte III. Campo magnético como función de la distancia al imán
Si realizó la medida del campo magnético para los dos polos del imán, tenga en cuenta las siguientes preguntas:
1. A partir de los datos tomados realice una tabla como la que se muestra. Sugerencia: Obtenga estos valores
arrastrando los datos de intensidad de campo magnético vs. posición hacia la opción Tabla en la ventana de Pantallas.
Distancia ( )
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BNorte ( )
BSur ( )
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2. ¿Qué relación debería existir entre las intensidades de campo magnético medidas para cada polo? ¿Se
cumple esta relación? Justifique las semejanzas o discrepancias encontradas.
3. Realice un gráfico de Baxial vs distancia. Proponga y discuta con su instructor un modelo que explique el
comportamiento observado.
Las preguntas referidas a la componente radial del campo magnético sólo son aplicables en los casos en los que
fue realizada esta medida opcional.
1. A partir de los datos tomados realice una tabla como la que se muestra. ¿Cómo cambia la relación
Bradial/Baxial? Sugerencia: Obtenga estos valores arrastrando los datos de intensidad de campo magnético vs. posición hacia la
opción Tabla en la ventana de Pantallas.
Distancia ( )
Baxial ( )
Bradial ( )
Bradial/Baxial
2. ¿Cómo varían las componentes axial y radial del campo magnético a medida que se aleja del centro del
imán?
3. Realice un gráfico de Baxial vs distancia. Proponga y discuta con su instructor un modelo que explique el
comportamiento observado.
4. Realice un gráfico de Bradial vs distancia. Proponga y discuta con su instructor un modelo que explique el
comportamiento observado.
5. Haga un esquema del vector de campo magnético en cada posición usando los valores de las componentes
axial y radial de un extremo a otro del imán.
Bibliografía
Aníbal Mendoza Pérez, Luis Ripoll Morales, Juan Miranda Crespo. Física Experimental – Electricidad y Magnetismo. 2ª
edición, revisada y aumentada. Ediciones Uninorte, Barranquilla, 2005.
Arnold Magnetic Technologies. Magnetics Technology Center – Permanent Magnets Applications Guide
http://www.arnoldmagnetics.com/mtc/magnets_permanent_apps.htm
Benjamin Crowell. Light and Matter: Chapter 6. Electromagnetism
http://www.lightandmatter.com/html_books/4em/ch06/ch06.html
Belle Dumé. PhysicsWeb- News: Have physicists seen magnetic monopoles? (2 October 2003)
http://physicsweb.org/articles/news/7/10/2
C. R. Nave. Hyperphysics, 2005.
Magnets and electromagnets.
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnetic/elemag.html
Permanent magnets.
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/solids/magperm.html
Francis W. Sears, Mark W. Zemansky, Hugh D. Young, Roger A. Freedman. Física Universitaria con Física Moderna,
volumen 2. Undécima edición, Pearson Educación, México, 2005.
PASCO Scientific. Activity P31: Magnetic Field of a Permanent Magnet (Magnetic Field Sensor, Power Amplifier).
P31 Permanent Magnet.doc
Paul A. Tipler, Gene Mosca. Física para la Ciencia y la Tecnología, volumen 2. Reverté, Barcelona, 2005.
Campo Magnético de un Imán Permanente
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Universidad Autónoma de Occidente
Facultad de Ciencias Básicas
Departamento de Física
Wikipedia.
Magnet – Permanent magnets. Last modification: 13 September 2006.
http://en.wikipedia.org/wiki/Magnet#Permanent_magnets
Magnetic monopole. Last modification: 4 September 2006.
http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_monopole
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