Cómo determinar la fuerza de los imánes

Los imanes se encuentran comúnmente en los motores, dínamos, refrigeradores, tarjetas de crédito y débito y equipos electrónicos, como pastillas para guitarras eléctricas, parlantes de estéreo y discos duros de computadora. Pueden ser ya sea imanes permanentes, hechos de formas naturalmente magnéticas del hierro o aleaciones, o electroimanes. Los electroimanes crean un campo magnético cuando una corriente eléctrica pasa a través de una bobina de alambre envuelta alrededor de un núcleo de hierro. Hay varios factores que afectan la fuerza de los campos magnéticos y varias formas de determinar la fuerza de estos campos. Ambas se describen en el artículo a continuación.

editarPasos

editarDeterminar los factores que afectan la fuerza del campo magnético

1. Considera las características de un imán. Las propiedades magnéticas se describen usando estas características:
   
   • La fuerza coercitiva del campo magnético, abreviada como Hc. Esto representa el punto en el cual el imán puede ser desimantado por otro campo magnético. Mientras más alto sea este número, será más difícil desimantar el imán.
   • La densidad de flujo remanente, abreviada como Br. Este es el máximo flujo magnético que el imán puede producir.
   • La densidad general de la energía, abreviada como Bmax, está relacionada con la densidad del flujo magnético. Mientras más alto sea este número, el imán será más potente.
   • El coeficiente de temperatura de la densidad de flujo remanente, abreviado como Tcoef de Br y expresado como un porcentaje de grados Celsius, describe cómo el flujo magnético disminuye a medida que la temperatura del imán aumenta. Un Tcoef de Br de 0,1 significa que, si la temperatura del imán se eleva 100 °C (180 °F), su flujo magnético disminuye en un 10 %.
   • La temperatura máxima de funcionamiento (abreviada como Tmax) es la temperatura más alta a la que el imán puede funcionar sin perder nada de la fuerza de su campo. Una vez que la temperatura cae hasta por debajo de Tmax, el imán recupera la fuerza completa de su campo. Si el imán se calienta por encima de Tmax, perderá permanentemente un poco de la fuerza de su campo después de enfriarse hasta su temperatura normal de funcionamiento. Sin embargo, si el imán se calienta hasta su temperatura de Curie, abreviada como Tcurie, se desimantará.^[1]
2. Toma nota del material del que está hecho un imán permanente. Los imanes permanentes normalmente están hechos de uno de los siguientes materiales:
   
   • Neodimio, hierro y boro. Este material tiene los niveles más altos de densidad de flujo magnético (12.800 gauss), fuerza coercitiva del campo magnético (12.300 oersted) y densidad general de la energía (40). Tiene la temperatura máxima de funcionamiento y la temperatura de Curie más bajas (150 °C o 302 °F y 310 °C o 590 °F, respectivamente) y un coeficiente de temperatura de -0,12.
   • El samario-cobalto tiene la siguiente fuerza coercitiva del campo magnético más alta, 9.200 oersted, pero tiene una densidad de flujo magnético de 10.500 gauss y una densidad general de la energía de 26. Su temperatura máxima de funcionamiento es mucho más alta que la de los imanes de neodimio, hierro y boro a 300 °C (572 °F), así como también lo es su temperatura de Curie de 750 °C (1.382 °F). Su coeficiente de temperatura es de 0,04.
   • El álnico es una aleación de aluminio, níquel y cobalto. Tiene una densidad de flujo magnético cerca de la de los imanes de neodimio, hierro y boro (12.500 gauss) pero una fuerza coercitiva del campo magnético mucho más baja (640 oersted) y, consecuentemente, una densidad general de la energía de solo 5,5. Tiene una temperatura máxima de funcionamiento más alta que la del samario-cobalto, a 540 °C (1.004 °F), así como una temperatura de Curie más alta de 860 °C (1.580 °F) y un coeficiente de temperatura de 0,02.
   • Los imanes de cerámica y ferrita tienen una densidad de flujo y una densidad general de la energía mucho más bajas que las de los demás materiales, 3.900 gauss y 3,5, respectivamente. Sin embargo, su densidad de flujo magnético es mucho mejor que la del álnico, a 3.200 oersted. Su temperatura máxima de funcionamiento es la misma que para el samario-cobalto pero su temperatura de Curie es mucho más baja, a 460 °C (860 °F), y su coeficiente de temperatura es de -0,2. Por lo tanto, estos imanes pierden su fuerza de campo más rápido en el calor que los imanes hechos de cualquiera de los demás materiales.
3. Cuenta el número de vueltas en la bobina de un electroimán. Mientras más vueltas haya por longitud del núcleo, la fuerza del campo magnético será mayor. Los electroimanes comerciales tienen núcleos considerables de uno de los materiales magnéticos descritos anteriormente y grandes bobinas alrededor de ellos. Sin embargo, puede hacerse un simple electroimán envolviendo una bobina de alambre alrededor de una tachuela y uniendo sus extremos a una batería de 1,5 voltios.^[2]
   
4. Revisa la cantidad de la corriente que fluye a través de la bobina del electroimán. Usa un multímetro para hacerlo. Mientras más rápida sea la corriente, el campo magnético generado será más fuerte.
   
   • El amperio-vuelta por metro es otra unidad métrica para medir la fuerza de un campo magnético. Esto representa de qué forma incrementa el campo magnético si se incrementa la corriente, el número de vueltas o ambos.

editarProbar el rango de un campo magnético con sujetapapeles

1. Haz un envase para un imán de barra. Puedes hacer un simple envase para un imán usando una pinza de ropa y un vaso de papel o de poliestireno. Este método sería apropiado para enseñar a estudiantes de primaria sobre los campos magnéticos.
   
   • Pega con cinta adhesiva uno de los extremos largos de una pinza de ropa al fondo del vaso.
   • Coloca el vaso con la pinza pegada boca abajo sobre la mesa.
   • Introduce el imán en la pinza.
2. Dobla un sujetapapeles hasta hacer un gancho. La forma más fácil de hacerlo es jalar el extremo exterior del sujetapapeles. Tienes que poder colgar más sujetapapeles del gancho.
   
3. Agrega más sujetapapeles para medir la fuerza del imán. Con el sujetapapeles doblado, toca el imán en uno de sus polos. La parte del gancho debe colgar libre. Cuelga más sujetapapeles del gancho. Continúa haciendo esto hasta que el peso de los sujetapapeles ocasione que el gancho se caiga.
   
4. Toma nota del número de sujetapapeles que ocasionó que el gancho cayera. Cuando hayas agregado un número suficiente de sujetapapeles y el gancho se caiga del imán, anota cuidadosamente el número exacto de sujetapapeles que ocasionó que esto sucediera.
   
5. Agrega cinta de enmascarar al polo del imán. Coloca tres tiras pequeñas de cinta de enmascarar sobre el polo del imán y cuelga el gancho de él otra vez.
   
6. Agrega sujetapapeles al gancho hasta que se caiga del imán. Repite el método anterior de colgar sujetapapeles del gancho original hasta que a la larga se caiga del imán.
7. Anota cuántos sujetapapeles se requirieron para hacer que el gancho cayera esta vez. Asegúrate de tomar nota tanto del número de tiras de cinta de enmascarar como del número de sujetapapeles usados.
8. Repite los pasos anteriores varias veces con más tiras de cinta de enmascarar. Cada vez, toma nota del número de sujetapapeles que se requirieron para hacer que el gancho se cayera del imán. Debes notar que, a medida que agregabas tiras de cinta de enmascarar, se requerían menos y menos sujetapapeles para hacer que el gancho cayera.
   

editarProbar la fuerza del campo magnético con un magnetómetro

1. Calcula el punto de referencia o voltaje original. Esto puede realizarse usando un magnetómetro o un detector de CEM (campo electromagnético), el cual es un dispositivo portátil que mide la fuerza y la dirección de la fuerza de un campo magnético. Está fácilmente disponible y es simple de usar. El método del magnetómetro es apropiado para enseñar a estudiantes de primaria y secundaria sobre los campos magnéticos. Así es como puedes empezar a usar uno:
   
   • Configura el voltaje máximo a 10 voltios CC.
   • Lee el voltaje con el medidor lejos de un imán. Este es el punto de referencia o voltaje original, representado como V0.
2. Toca uno de los polos del imán con el sensor del medidor. En algunos magnetómetros, este sensor, llamado sensor Hall, está incorporado a un chip de circuito integrado de forma que realmente puedas tocar el polo del imán con el sensor.^[3]
   
3. Registra el nuevo voltaje, representado como V1. El voltaje ya sea subirá o bajará dependiendo de cuál polo del imán esté tocando el sensor Hall. Si el voltaje sube, el sensor está tocando el polo sur del imán. Si el voltaje baja, el sensor está tocando el polo norte del imán.
   
4. Encuentra la diferencia entre el voltaje original y el nuevo. Si el sensor está calibrado en milivoltios, divide entre 1.000 para convertir milivoltios a voltios.
   
5. Divide el resultado entre el valor de sensibilidad del sensor. Por ejemplo, si el sensor tiene una sensibilidad de 5 milivoltios por gauss, divides entre 5. Si tiene una sensibilidad de 10 milivoltios por gauss, divides entre 10. El valor que recibes es la fuerza del campo del imán en gauss.
   
6. Repite el procedimiento para probar la fuerza del campo a varias distancias del imán. Coloca el sensor en una serie de distancias definidas del polo del imán y registra los resultados.

editarConsejos

• Desde cualquiera de los polos, la fuerza del campo magnético disminuye por el cuadrado de la distancia del polo magnético. Por lo tanto, si la distancia se duplica, la fuerza disminuye por un factor de 4. Sin embargo, desde el centro del imán, la fuerza del campo magnético disminuye por el cubo de la distancia. Por ejemplo, si la distancia se duplica, la fuerza del campo magnético disminuye por un factor de 8.

editarAdvertencias

• Dejar caer o golpear un imán con sus polos ya sea alineados en oposición a los polos magnéticos de la Tierra (el polo norte apuntando al sur y el polo sur apuntando al norte) o en un ángulo recto a los polos magnéticos de la Tierra puede desimantarlo. Sin embargo, un clavo de acero puede imantarse al ser golpeado mientras esté alineado con los polos magnéticos de la Tierra.

editarCosas que necesitarás

• Imán de barra
• Pinza de ropa
• Vaso de papel o poliestireno (de medio litro o de 12 a 16 onzas)
• Varios sujetapapeles
• Cinta de enmascarar cortada en pequeñas tiras
• Magnetómetro o multímetro

editarReferencias

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Source: Wiki News