¿Cómo Funciona un Electroimán?
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La idea básica de un electroimán es extremadamente simple: colocando corriente eléctrica a travéz de un cable se puede crear un campo magnético. Usando este simple principio se pueden hacer todo tipo de cosas, incluyendo motores, solenoides, cabezas de lectura/escritura para discos y casateras (caseteras, VCR's, Floppy's y discos duros, etc.) altavoces, y más. En esta edición de Cómo Funcionan las cosas, aprenderá cómo funcionan los electroimanes. También tendrá la oprtunidad de probar muchos experimentos con un electroimán que creó usted mismo.
Antes de hablar acerca de los electroimanes, hablemos de los imanes normales "permanentes" como los que posee en su refrigerador y esos con los que jugó (tal vez) cuando era niño. Desde que se ha relacionado con imanes usted sabe que todos los imanes tiene dos extremos, normalmente llamados norte y sur. Usted sabe que los imanes atraen cosas que están hechas de acero o hierro. Usted también sabe acerca de la ley fundamental de todos los imanes: cargas opuestas se atraen e iguales se repelen. Así que usted tiene 2 barras de imán con sus extremos marcados como norte y sur, entonces el extremo norte de uno de los imanes se atraerá con el sur del otro. De otro lado, el extremo norte de un imán se repelerá con el norte del otro (y similarmente el sur se repelerá con el sur). Un electroimán trabaja de la misma forma , pero temporalmente -el campo magnético sólo existe mientras la electricidad fluye-.
Un electroimán arranca con una batería (o alguna otra fuente de poder) y cable. Lo que una batería produce son electrones. Si examina un batería, podrá ver que hay dos extremos marcados como positivo (+) y negativo (-). Los electrones se agrupan al lado negativo de la batería, pero si usted los deja, ellos pueden transportarse al lado positivo. La forma de "dejarlos" es hacerlos correr por un cable. Si ata un cable directamente entre el lado positivo y el negativo, 3 cosas pasarán:
1. Los electrones pasarán del lado negativo al negativo, tan rápido como puedan.
2. La batería se descargará en pocos minutos. Por esa razón generalmente no es buena idea conectar las dos terminales de la batería directamente. Normalmente se conecta algún tipo de carga en medio del cable para que los electrones se utilicen mejor.
3. Un pequeño campo magnético es creado en el cable. Este pequeño campo magnético es la base de un electroimán.
Usted probablemente sabía acerca de las propiedades 1 y 2 de la lista, pero tal vez se sorprendió con el 3. Esto ocurre en todos los cables que transprotan electricidad. Puede probarlo con el siguiente experimento. Para el experimento necesita:
• Una batería AA, o algo parecido.
• Un pedazo de cable.
• Una Brújula.
Coloque el compás en la meza y, con el cable cerca de la brújula, conecte el cable entre el polo positivo y negativo de la batería por unos segundos. De lo que se dará cuenta es que la aguja de la brújula gira. Inicialmente la brújula señalará hacia el polo norte, como se muestra en la figura de la derecha. Cuando conecte el cable a la batería, la aguja de la brújula rota porque ella misma es un imán con un polo norte y sur. Como es pequeña es sensible a campos magnéticos pequeños. Entonces la brújula es afectada por el campo magnético creado en el cable por el flujo de electrones.
La figura de abajo muestra la forma del campo magnético alrededor del cable. En esta figura, imagine que ha cortado el cable y se encuentra mirando su fin. El círculo verde en la figura es la sección transversal del cable mismo. Un campo magnético circular alrededor del cable, como se muestra con las líneas circulares. El campo se debilita a medida que se le aleja del cable (así que las líneas se separan a medida se alejan del cable). Usted puede ver que el campo es perpendicular al cable y que el mismo tiene una dirección que depende del flujo en el cable. La aguja de la brújula se alínea con su campo ( perpendicular al cable). Si voltea la batería y repite el experimento, verá que la aguja de la brújula se alínea a la posición opuesta.
Debido a que el campo magnético alrededor de un cable es cricular y perpendicular al cable, una manera simple de amplificar el campo magnético del cable es enrollar el alambre, tal como se muestra abajo:
Por ejemplo, si enrolla el alambre alrededor del tornillo 10 veces, conecta el cable a la batería y acerca un extremo del tornillo cerca de la brújula, encontrará que tiene un efecto muy grande en la brújula. De hecho, el tornillo se comporta justo como una barra magnética. De todos modos, el imán existe sólo cuando hay flujo desde la batería. Lo que ha creado es un electroimán. Verá que este imán es capaz de levantar pequeñas cosas hechas de acero como clips o grapas.
Experimentos para probar
• ¿Qué es el poder magnético de unas simples vueltas de cable alrededor de un tornillo? ¿de 10 vueltas? Experimente con números diferentes números de vueltas y observe qué pasa. Una forma de calcular y comparar la "fuerza" de un imánes ver cuántas grapas puede levantar.
• ¿Qué diferencia hace el voltaje en la fuerza de un electroimán? Si engancha dos baterías en serie para obtener 3 voltios, ¿qué hace esto a la fuerza del imán? (por favor no trate con más de 6 voltios, no utilice la corriente de la pared, porque puede ocasionarle daños). No trate con una batería para autos, o algo parecido).
• ¿Cuál es la diferencia entre un centro de aluminio y otro de hierro? Por ejemplo, en lugar del tornillo enrolle un poco de aluminio y utilícelo como el centro para su imán.
• Un solenoide es otra forma de electroimán. Es un tubo electromagnético usado generalmente para mover un pedazo de metal linealmente. Tome un lapicero o esfero viejo (y remueva la tinta). También tome un tornillo pequeño que se resbale fácil dentro del tubo (del lapicero). Enrolle 100 vueltas de alambre alrededor del tubo. Coloque tornillo y conéctelo a la batería. ¿observa cómo se mueve el tornillo? Los solenoides son usado en todo tipo de lugares, sobre todo en las cerreduras. Si su auto posee bloqueo central lo más probable es que opere usando un solenoide. Otra cosa común para hacer con un solenoide es reemplazar el tornillo con un imán cilíndrico permanente. Entonces podrá mover el imán de un lado a otro cambiando la dirección del campo magnético en el solenoide.
• Puede observar el campo magnético del cable con limadura de hierro. Compre algunas, coloque una pequeña fracción de limadura en una hoja de papel y coloque el papel sobre el imán. Hágale un pequeño hueco al papel y las limaduras se alinearán con el campo magnético, así verá su forma.