1 magnetismo, ¿donde podemos observarlo? · para comprender el magnetismo, hay que sumergirse en...
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Exposición Magnétique
1 MAGNETISMO, ¿DONDE PODEMOS OBSERVARLO?
Tabla 1
TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS
TABLEAU PÉRIODIQUE DES ÉLÉMENTS
¿QUÉ PODEMOS VER?
Esta tabla recoge todos los elementos que constituyen la materia.
¿Sabría, por ejemplo, encontrar los elementos que componen los imanes?:
el hierro (Fe),
el níquel (Ni),
el cobalto (Co),
el neodimio (Nd),
el boro (B),
el samario (Sm)?
ATRACCIÓN ENTRE DOS IMANES
ATTRACTION ENTRE DEUX AIMANTS
¿QUÉ HACER?
Tire de las dos asas para separar los imanes de cada cilindro.
¿Siente una diferencia de fuerza de atracción?
¿QUÉ PODEMOS VER?
A la izquierda, los imanes están constituidos de una cerámica de óxido de hierro,
la ferrita: la fuerza de atracción es débil.
A la derecha, los imanes están constituidos de una aleación de neodimio, hierro
y boro (NdFeB); se denominan ‘imanes de neodimio’: la fuerza de atracción es
fuerte.
La fuerza de atracción depende, sobre todo, de los materiales que componen los
imanes.
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Tabla 2
REPELENCIA ENTRE DOS IMANES
RÉPULSION ENTRE DEUX AIMANTS
¿QUÉ HACER?
Apriete en el asa para acercar los imanes de cada cilindro.
¿Siente una diferencia de fuerza de repelencia?
En el cilindro de la derecha, introduzca, entre los imanes, el trozo de madera,
plástico o aluminio y repita la experiencia. ¿Siente una diferencia de repelencia?
¿QUÉ PODEMOS VER?
Los imanes de ferrita de la izquierda se repelen con menos fuerza que los imanes
con neodimio de la derecha.
Las fuerzas de repelencia y atracción entre dos imanes son de igual intensidad,
pero de sentido opuesto.
La madera, el plástico o el aluminio no modifican la fuerza de repelencia entre
los imanes.
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Tabla 3
BRÚJULA
BOUSSOLE
¿QUÉ HACER?
Acerque el imán del cable al imán situado en la caja.
¿Cómo se orientan ambos imanes uno respecto a otro?
Repita el mismo experimento pero, esta vez, acercando el imán del cable a la
brújula.
¿Cómo se orienta la brújula?
¿QUÉ PODEMOS VER?
Dos imanes siempre se orientan uno respecto a otro.
De igual forma, una brújula se orienta respecto al imán. Su aguja es un pequeño
imán.
Un imán siempre tiene dos polos: un polo Norte y un polo Sur. Dos polos
idénticos se repelen (Norte y Norte o Sur y Sur), dos polos distintos se atraen
(Norte y Sur).
Por norma, el polo Norte se representa en rojo, mientras que el otro color (negro,
aquí) corresponde al polo Sur.
POLO NORTE / POLO SUR
PÔLE NORD / PÔLE SUD
¿QUÉ HACER?
Un imán se ha roto en dos trozos.
Compruebe, gracias a la brújula, que cada mitad del imán roto posee un polo
Norte y un polo Sur.
Estas dos mitades se han vuelto a romper en dos trozos cada una. ¿Cada trozo
posee, también, dos polos?
¿QUÉ PODEMOS VER?
Un imán posee SIEMPRE dos polos, un polo Norte y un polo Sur, aunque se
rompa en varios trozos.
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Tabla 4
LÍNEAS DE CAMPO MAGNÉTICO
LIGNES DE CHAMP MAGNÉTIQUE
¿QUÉ HACER?
Utilizando la bandeja, gire lentamente el imán situado bajo la red de brújulas.
¿Cómo se comportan las agujas imantadas?
¿QUÉ PODEMOS VER?
Un imán origina un campo magnético, que es responsable de la atracción y la
repelencia entre dos imanes. Las agujas revelan líneas de campo magnético que
salen por el polo Norte y entran por el polo Sur del imán. Estas líneas permiten
visualizar el campo creado por el imán.
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Tabla 5
RELOJ DE ARENA MAGNÉTICO
SABLIER MAGNÉTIQUE
¿QUÉ HACER?
Utilizando la rueda dentada, gire los dos relojes de arena que contienen polvo de
hierro.
¿El polvo de hierro se comporta igual en ambos relojes?
¿QUÉ PODEMOS VER?
A la derecha, el polvo de hierro tiene un comportamiento muy particular. Revela
la presencia del campo magnético producido por el imán colocado bajo el reloj
de arena.
Los granos de hierro se imantan, es decir, se convierten en pequeños imanes, y
se alienan con el campo magnético del imán. Así pues, el polvo permite
visualizar líneas de campo magnético.
CUBO MÁGICO
CUBE MAGIQUE
¿QUÉ HACER?
Apriete el botón para agitar el cubo en el que hay un imán y polvo de hierro.
¿Cómo se comporta el polvo de hierro?
¿QUÉ PODEMOS VER?
El polvo de hierro dibuja líneas que apuntan hacia los polos del imán. Se trata de
líneas de campo magnético. Van del polo Norte al polo Sur del imán.
ATRACCIÓN / REPELENCIA
ATTRACTION / RÉPULSION
¿QUÉ HACER?
Acerque y luego aleje los imanes entre sí.
¿El polvo de hierro se comporta igual a la derecha y a la izquierda?
¿QUÉ PODEMOS VER?
A la izquierda, el polo Norte y el polo Sur de los imanes se atraen, el polvo de
hierro forma una especie de puente que pasa de un polo a otro.
A la derecha, los polos Norte de ambos imanes se repelen, el polvo de hierro no
puede pasar de un polo a otro.
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Tabla 6
JUEGO DEL ERIZO
JEUX DU HÉRISSON
¿QUÉ HACER?
Experiencia de la derecha: acerque y luego aleje lentamente el soporte móvil que
contiene un imán fuerte del frasco que contiene el líquido negro. ¿Qué observa?
Experiencia de la izquierda: desplace lentamente el frasco que contiene el
líquido negro entre ambos imanes. ¿Qué observa?
¿QUÉ PODEMOS VER?
El líquido negro del frasco es magnético: se trata de un ferrofluido. Está
constituido de pequeñas partículas de óxido de hierro en suspensión en un
líquido aceitoso.
Cuando un ferrofluido se pone cerca de un imán, las partículas del fluido se
imantan y siguen el campo magnético del imán. Esto deforma el ferrofluido en
forma de púas de erizo.
JUEGO DEL ÁRBOL DE NAVIDAD
JEU DU SAPIN DE NOËL
¿QUÉ HACER?
Utilizando el mando, ponga el imán debajo el tornillo de hierro sumergido en el
bote.
¿Qué observa?
Retire el imán de debajo del tornillo de hierro.
¿Qué sucede?
¿QUÉ PODEMOS VER?
En el bote hay un ferrofluido. Cuando el imán se pone junto al tornillo, éste se
imanta. Las partículas de óxido de hierro en suspensión en el ferrofluido se
imantan y se ven atraídas por el tornillo. Entonces, el fluido se enrolla alrededor
del tornillo y aparecen puntas que se parecen a una forma de abeto.
7
Tabla 7
INTERACCIÓN CON DIVERSOS MATERIALES
INTERACTION AVEC DIVERS MATÉRIAUX
¿QUÉ HACER?
Desplace el imán a lo largo del raíl: ¿cómo reaccionan los objetos de la vitrina
cuando pasa el imán?
Dé la vuelta al imán: tire ligeramente de él hacia usted, hágalo pivotar media
vuelta y empújelo hacia la vitrina. Desplácelo de nuevo a lo largo del raíl.
¿Todos los objetos reaccionan igual?
¿QUÉ PODEMOS VER?
El plástico, la madera, el cobre y el aluminio no reaccionan de forma visible
cuando pasa el imán.
La lata de conserva, los clips, los clavos y la puerta del frigorífico siempre se
ven atraídos por el imán, independientemente de su orientación.
Los objetos atraídos por un imán son ferromagnéticos: se transforman
temporalmente en imán en presencia de un campo magnético.
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Tabla 8
LÍNEAS DE CAMPO MAGNÉTICO
LIGNES DE CHAMP MAGNÉTIQUE
¿QUÉ HACER?
Gire el botón en un sentido para que la corriente circule en la bobina y observe.
Gírelo en el sentido contrario y observe.
¿Qué les sucede a las brújulas situadas dentro de la bobina grande?
¿QUÉ PODEMOS VER?
Las agujas de las brújulas se alinean cuando la corriente circula. Representan las
líneas de campo magnético producidas por la bobina atravesada por una
corriente eléctrica.
Una corriente eléctrica que circula en un material conductor siempre genera un
campo magnético asociado.
EL BAILE DE LOS FERROFLUIDOS
DANSE DES FERROFLUIDES
¿QUÉ HACER?
Hable delante del micro y observe el ferrofluido del frasco.
¿QUÉ PODEMOS VER?
Hay una bobina puesta bajo el frasco que contiene el ferrofluido. El micrófono
convierte el sonido en corriente eléctrica. Tras la amplificación, esta corriente
alimenta la bobina, que produce un campo magnético que varía al ritmo de sus
palabras. Este campo magnético origina la reacción del ferrofluido.
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Tabla 9
ATRACCIÓN / REPELENCIA
ATTRACTION / RÉPULSION
¿QUÉ HACER?
Establezca la corriente en la bobina colocada entre ambos imanes girando el
botón en un sentido. ¿Los imanes se desplazan?
Ahora, gire el botón en el otro sentido para invertir el sentido de la corriente.
¿Qué diferencia observa?
¿QUÉ PODEMOS VER?
Cada imán se ve atraído o repelido por la bobina en función de la corriente que
circule por ella.
El campo magnético producido por una bobina recorrida por una corriente es de
la misma naturaleza que el producido por un imán. Cambiar el sentido de la
corriente en una bobina equivale a dar la vuelta a un imán.
APLICACIÓN EN LA CLASIFICACIÓN MAGNÉTICA
APPLICATION AU TRI MAGNÉTIQUE
¿QUÉ HACER?
Gire el botón para establecer la corriente en la bobina en un sentido y luego en el
otro.
¿Que les sucede a los objetos situados bajo la bobina?
¿QUÉ PODEMOS VER?
Los objetos compuestos de materiales ferromagnéticos se ven atraídos por la
bobina cuando ésta está recorrida por una corriente, independientemente de su
sentido.
Es lo que le sucede al clip.
Los otros materiales no se ven atraídos por la bobina.
Es el principio de la clasificación magnética, utilizada industrialmente para
separar los residuos ferromagnéticos del resto.
10
Tabla 10
MAGNETISMO TERRESTRE
MAGNÉTISME TERRESTRE
¿QUÉ PODEMOS VER?
Las brújulas del planisferio se alinean con las líneas del campo magnético
terrestre. Todas apuntan hacia el polo Norte geográfico. Pero el polo Norte de
las brújulas siempre se ve atraído por un polo Sur. Esto significa que, en
realidad, ¡el polo Norte geográfico de la Tierra es el polo Sur magnético!
El terminal táctil de aquí al lado presenta dos películas cortas: una trata del
magnetismo terrestre y las auroras polares, y la otra de la influencia del
magnetismo en los fenómenos migratorios.
LÍNEAS DE CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE
LIGNES DU CHAMP MAGNÉTIQUE TERRESTRE
¿QUÉ HACER?
Gire la rueda dentada para desplazar el indicador de campo magnético alrededor
del globo terrestre.
¿Cómo reacciona el indicador?
¿QUÉ PODEMOS VER?
El indicador se orienta según las líneas del campo magnético de la Tierra.
En el terminal táctil de aquí al lado, puede ver algunas películas cortas que
explican la función del magnetismo en las auroras polares y los fenómenos
migratorios.
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2 MAGNETISMO, ¿COMO PODEMOS EXPLICARLO?
Tabla 1
EL ÁTOMO DE HIERRO
L’ATOME DE FER
¿QUÉ PODEMOS VER?
Para comprender el magnetismo, hay que sumergirse en la materia constituida
de átomos.
El esquema anterior presenta un átomo de hierro aumentado mil millones de
veces. Un átomo se compone de tres tipos de partículas: los electrones, en azul,
los protones, es rojo, y los neutrones, en blanco.
El número de protones determina el tipo del átomo (hierro, oxígeno, carbono,
etc.) El hierro contiene 26 protones y ocupa la 26ª posición en la tabla periódica.
Algunos átomos, incluidos los del hierro, se asemejan a pequeños imanes. Sus
electrones son el origen de sus propiedades magnéticas.
MAGNETISMO DEL HIERRO
MAGNÉTISME DU FER
¿QUÉ PODEMOS VER?
A escala microscópica, un trozo de hierro está formado de zonas magnéticas.
Cada zona se compone de átomos cuyas imantaciones apuntan en una misma
dirección.
Como cada zona está orientada en un sentido distinto, un trozo de hierro no
produce, globalmente, ningún campo magnético.
Cuando se aproxima un imán, la imantación de cada átomo del trozo de hierro se
alinea con el campo magnético producido por el imán. El trozo de hierro se
transforma temporalmente en imán. Este comportamiento se denomina
‘ferromagnetismo’.
MAGNETISMO DE UN IMÁN
MAGNÉTISME D’UN AIMANT
¿QUÉ PODEMOS VER?
En un imán, todas las zonas magnéticas están orientadas en el mismo sentido.
Independientemente de la escala a la que observemos el material, el campo
magnético siempre apunta en la misma dirección.
12
Tabla 2
COMPORTAMIENTO MAGNÉTICO DEL HIERRO
COMPORTEMENT MAGNÉTIQUE DU FER
¿QUÉ HACER?
Apriete en el asa para poner el imán en contacto con la barra de hierro y
acercarlo a los tornillos. ¿Los tornillos bajo el hierro se ven atraídos?
Separe el imán de la barra de hierro soltando el asa. ¿Los tornillos permanecen
pegados a la barra?
¿QUÉ PODEMOS VER?
Al estar en contacto con el imán, la barra de hierro se convierte a su vez en imán
y atrae a los tornillos. Cuando el imán se separa de la barra, el hierro pierde
progresivamente su imantación y los tornillos vuelven a caer.
El hierro que adquiere y pierde fácilmente una imantación se denomina «hierro
suave».
MODELIZACIÓN DEL MAGNETISMO DEL HIERRO
MODÉLISATION DU MAGNÉTISME DU FER
¿QUÉ HACER?
Apriete en el botón y observe las cinco etapas de la experiencia.
¿QUÉ PODEMOS VER?
La maqueta representa la organización de un plan de átomos de hierro
cristalizado. Cada eje corresponde a un átomo de hierro, y cada aguja ilustra su
imantación. Se simulan distintas configuraciones de estructura magnética del
hierro gracias al campo magnético producido por la bobina.
1. Se aplica un campo magnético: el hierro se vuelve un imán, las
imantaciones de todos sus átomos apuntan en la dirección del campo
externo.
2. El campo magnético gira brutalmente: todas las imantaciones giran
bruscamente.
3. El campo magnético gira progresivamente: las imantaciones de los
átomos situados en los bordes giran primero.
4. La maqueta simula el estado del hierro a alta temperatura: las
imantaciones de los átomos se agitan de forma desordenada.
5. La maqueta simula un enfriamiento brutal: aparece una organización
de las imantaciones de los átomos en ámbitos magnéticos.
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Tabla 3
MAGNETISMO Y TEMPERATURA
MAGNÉTISME ET TEMPÉRATURE
¿QUÉ HACER?
Empuje el imán hacia el trozo de gadolinio y luego tire del imán hacia usted.
¿Qué observa?
Apriete el botón para calentar el gadolinio.
¿Qué sucede?
¿QUÉ PODEMOS VER?
El gadolinio es un elemento ferromagnético clasificado entre las tierras raras en
la tabla periódica de los elementos.
A temperatura ambiente, se ve atraído por el imán. Caliente, se despega del
imán.
Cuando se supera una temperatura propia a cada material (temperatura de
Curie), el material ferromagnético se vuelve paramagnético. Sigue estando
atraído por el imán, pero de forma tan débil que la atracción ni siquiera resulta
perceptible.
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Tabla 4
LEVITACIÓN DIAMAGNÉTICA
LÉVITATION DIAMAGNÉTIQUE
¿QUÉ HACER?
Incline delicadamente la placa en la que se halla dispuesto un trozo fino de
grafito.
¿Qué observa?
¿QUÉ PODEMOS VER?
¡El grafito levita! Se encuentra en una red de imantes fuertes con polaridades
invertidas: las caras doradas y plateadas corresponden a los polos opuestos de
los imanes.
Cuando el carbono que compone el grafito se introduce en un campo magnético
fuerte, se imanta muy débilmente en el sentido opuesto al campo al que se le
somete, por lo que se ve repelido. Este comportamiento se denomina
‘diamagnetismo’.
El terminal táctil de aquí al lado presenta varias películas cortas que explican las
propiedades magnéticas de la materia, y la imágenes por resonancia magnética
(IRM), que es una de sus aplicaciones.
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3 MAGNETISMO, ¿PARA QUE SIRVE?
Tabla 1
FUERZA DE LAPLACE
FORCE DE LAPLACE
¿QUÉ HACER?
Gire el botón en un sentido para establecer la corriente en el circuito cerrado
formado por los dos raíles y la barra y, luego, observe. Gire el botón en sentido
contrario y observe.
¿Cómo reacciona la barra dispuesta sobre los dos raíles?
¿QUÉ PODEMOS VER?
La barra y los raíles son conductores. El conjunto forma un circuito eléctrico
cerrado por el que circula una corriente. El circuito está colocado en el campo
magnético producido por el imán en forma de U. Este campo es perpendicular al
plano del circuito.
En estas condiciones, circuito sufre una fuerza ejercida por el campo: se trata de
la fuerza de Laplace. Es ella la que mueve la barra.
APLICACIÓN: EL ALTAVOZ
APPLICATION : LE HAUT-PARLEUR
¿QUÉ HACER?
Apriete el botón del cuadro eléctrico para establecer una corriente alternativa en
la bobina del centro del imán en forma de anilla.
¿Qué observa?
¿QUÉ PODEMOS VER?
El campo magnético producido por el imán en forma de anilla ejerce una fuerza
de Laplace en la bobina recorrida por una corriente alternativa. La bobina oscila,
entonces, de arriba hacia abajo a la frecuencia de la corriente.
El movimiento de oscilación se transmite a la membrana del altavoz por la parte
superior del cono. La vibración generada se propaga por el aire, lo que produce
un sonido.
16
Tabla 2
MOTOR ELÉCTRICO
MOTEUR ÉLECTRIQUE
¿QUÉ HACER?
Gire el botón en un sentido para establecer la corriente en la bobina. ¿Qué
observa?
Gire el botón en el otro sentido para invertir el sentido de la corriente. ¿Nota
alguna diferencia?
¿QUÉ PODEMOS VER?
La bobina se encuentra en el campo magnético creado por dos imanes en
atracción. Al ser recorrida por una corriente, se ve sometida a una fuerza de
Laplace que la pone en movimiento. En función del sentido de la corriente, la
bobina gira en un sentido u otro.
Es el principio del motor eléctrico. La parte fija (aquí los imanes) se denomina
‘stator’ y la parte móvil (aquí, la bobina) se denomina ‘rotor’. La energía
eléctrica se convierte en energía mecánica.
APLICACIÓN: EL VENTILADOR
APPLICATION : LE VENTILATEUR
¿QUÉ HACER?
Apriete el botón para establecer la corriente en las cuatro bobinas de este
ventilador de ordenador.
¿QUÉ PODEMOS VER?
Las cuatro bobinas se encuentran en el campo magnético de un imán en forma
de anilla. Cuando la corriente pasa por las bobinas, éstas de ven sometidas a una
fuerza de Laplace, que las hace girar. Luego, este movimiento se transmite a las
palas del ventilador.
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Tabla 3
FENÓMENO DE INDUCCIÓN
PHÉNOMÈNE D’INDUCTION
¿QUÉ HACER?
Utilizando el asa, desplace el imán dentro de la bobina con mayor o menor
rapidez.
¿Qué observa en el detector de corriente conectado a la bobina?
APLICACIÓN: LOS FAROS DE LAS BICICLETAS
APPLICATION : L’ÉCLAIRAGE DE VÉLO
¿QUÉ HACER?
Dé vueltas a la rueda de la bici y observe el comportamiento del LED (o DEL,
por ‘diodo electroluminescente’) cuando el imán fijado a la rueda pasa delante
de él.
Luego, frote el imán libre contra la caja transparente y observe lo que ocurre
cuando el imán pasa delante de la bobina.
¿QUÉ PODEMOS VER?
Aparece una corriente en un conductor sometido a un campo magnético
variable. La corriente aumenta cuanto más rápida es la variación de campo. La
energía mecánica se convierte en energía eléctrica gracias al campo magnético.
Es el principio de funcionamiento de las luces de las bicis.
El terminal táctil de aquí al lado presenta una película corta que explica cómo
producir electricidad.
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Tabla 4
ALTERNADOR
ALTERNATEUR
¿QUÉ HACER?
Gire la manivela en un sentido y luego en el otro, con mayor o menor rapidez.
¿Qué observa en el detector de corriente?
¿QUÉ PODEMOS VER?
Cuando gira la manivela, se detecta una corriente.
Dos bobinas giran bajo un imán fijo. El movimiento de las bobinas dentro del
campo magnético producido por el imán provoca una corriente en las bobinas.
Este dispositivo se denomina un alternador. Permite convertir la energía
mecánica en energía eléctrica. Los alternadores se utilizan para producir
electricidad para alimentar las ciudades.
APLICACIÓN: LAS ANTENAS EÓLICAS
APPLICATION : L’ÉOLIENNE
¿QUÉ HACER?
Apriete con fuerza la pera para soplar aire a la antena eólica.
¿Qué observa?
¿QUÉ PODEMOS VER?
Los LED se encienden, lo que indica la aparición de una corriente.
La antena eólica produce electricidad gracias a un alternador. El aire soplado
hace girar las palas de la antena eólica, lo que provoca la rotación de imanes de
las bobinas. El movimiento de los imanes provoca una corriente en las bobinas y
los LED se encienden.
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Tabla 5
FRENADO MEDIANTE CORRIENTES DE FOUCAULT
FREINAGE PAR COURANTS DE FOUCAULT
¿QUÉ HACER?
Suba las anillas a lo largo de los tubos.
¿Qué nota?
Suelte cuando estén arriba.
¿Qué observa?
¿QUÉ PODEMOS VER?
Las anillas plateadas son imanes y la anilla dorada es de latón, una aleación no
magnética.
El imán alrededor del tubo de cobre se ve frenado en su caída. El imán alrededor
del tubo de plástico y la anilla de latón alrededor del tubo de cobre no se ven
frenados.
El movimiento de un imán a lo largo de un tubo conductor (cobre) genera
corrientes eléctricas en el tubo, denominadas ‘corrientes de Foucault’. Los
campos magnéticos creados por dichas corriente se oponen al movimiento del
imán, cuya caída se ve frenada.
Si el tubo es aislante o si la anilla no es un imán, no hay corrientes de Foucault y
la anilla cae en caída libre.
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Tabla 6
RALENTIZADOR DE CORRIENTES DE FOUCAULT
RALENTISSEUR À COURANTS DE FOUCAULT
¿QUÉ HACER?
Dé vueltas al disco metálico con la manivela y, luego, apriete en el botón 1 para
establecer una corriente en las bobinas colocadas a cada lado del disco.
Repita el experimento apretando en el botón 2 para establecer una corriente dos
veces más intensa.
¿Qué observa?
Repita el experimento haciendo ambos gestos de forma simultánea (girar y
apretar).
¿Qué nota?
¿QUÉ PODEMOS VER?
La corriente de las bobinas origina un campo magnético. Como el disco está en
movimiento en este campo, las corrientes aparecen en el disco. Estas corrientes
provocadas se denominan ‘corrientes de Foucault’. A su vez, generan un campo
magnético que se opone al movimiento.
Cuanto mayor es la corriente, y por lo tanto campo magnético aplicado, más
intensas son las corrientes de Foucault, y frenado se ve el disco.
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Tabla 7
LEVITACIÓN MAGNÉTICA ESTABILIZADA
LÉVITATION MAGNÉTIQUE STABILISÉE
¿QUÉ PODEMOS VER?
Un imán en forma de disco levita sobre una base que contiene un imán en forma
de anilla y cuatro bobinas.
El imán en forma de anilla repele al disco y lo hace levitar. Las bobinas
estabilizan la levitación. Hay un dispositivo electrónico que detecta el
desplazamiento del disco hacia el exterior y, al hacerlo, establece una corriente
en las bobinas para devolverlas al centro. Así pues, las bobinas retienen el disco
en el centro del dispositivo.
El terminal táctil vecino presenta el principio de la levitación estabilizada
gracias al electromagnetismo, principio de funcionamiento de algunos trenes
ultrarrápidos.
22
Tabla 8
CALENTAR POR INDUCCIÓN
CHAUFFAGE PAR INDUCTION
¿QUÉ HACER?
Apriete el botón para alimentar la bobina con corriente alterna.
¿Qué le sucede a la anilla de aluminio?
Toque la anilla. ¿Qué nota?
¿QUÉ PODEMOS VER?
La corriente alterna de la bobina produce una corriente alterna de sentido
opuesto en la anilla. Puesto que los campos magnéticos debidos a estas dos
corrientes tienen sentidos opuestos, la anilla levita.
Y, sobre todo, las corrientes que recorren la anilla la calientan.
APLICACIÓN: LA PLACA DE INDUCCIÓN
APPLICATION : LA PLAQUE À INDUCTION
¿QUÉ HACER?
¿Puede pegar un imán al fondo de una cazuela compatible con una placa de
inducción?
¿QUÉ PODEMOS VER?
Una placa de inducción es una bobina recorrida por una corriente alterna. Por la
cazuela, se producen corrientes que la calientan.
El uso de un fondo de cazuela de un material ferromagnético permite canalizar
por él las líneas de campo magnético, lo que aumenta las corrientes inducidas y,
por consiguiente, el calentamiento. ¡Por supuesto, el peso de la cazuela hace que
no pueda levitar!
23
Tabla 9
TRANSFORMADOR
TRANSFORMATEUR
¿QUÉ PODEMOS VER?
La bobina de la izquierda está alimentada por corriente alterna y la de la derecha
no lo está. Ambas están conectadas por un núcleo de hierro.
La corriente alterna origina un campo magnético alterno que produce una
corriente en la bobina de la derecha gracias al núcleo de hierro.
Las esferas muestran las tensiones de los terminales de cada bobina. La tensión
es cuatro veces más débil en los terminales de la bobina de la derecha. Este
dispositivo es un transformador de tensión.
Ambas bobinas difieren: el número de vueltas de hilo (espirales) es cuatro veces
menor a la derecha. Al dividir por 4 el número de espirales, la tensión también
queda dividida.
Los transformadores se utilizan para convertir la energía eléctrica de muy alta
tensión (400 000 voltios) de las centrales EDF en baja tensión (230 V) para el
uso doméstico.
TRANSFORMADORES DOMÉSTICOS
TRANSFORMATEURS DOMESTIQUES
¿QUÉ PODEMOS VER?
Algunos cargadores domésticos también utilizan transformadores:
- a la izquierda, vemos un cargador muy antiguo, con un transformador
voluminoso;
- a la derecha, se ha vuelto a diseñar el circuito para reducir el tamaño del
transformador.
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Tabla 10
WITRICITY
WITRICITY
¿QUÉ HACER?
Desplace el disco móvil por encima del marco fijo. ¿Qué sucede?
¿QUÉ PODEMOS VER?
Hay una bobina enrollada al marco fijo. Está alimentada por una corriente
alterna que origina un campo magnético. En el disco, se produce una corriente
cuando se encuentra en un campo magnético alterno producido por el marco.
Esta corriente enciende los LED.
Los cargadores inalámbricos de teléfono móvil funcionan según este principio.
Witricity es una abreviatura de ‘wireless electricity’, «electricidad sin cable» en
español.
ANTIRROBO RFID
ANTIVOL RFID
¿QUÉ PODEMOS VER?
En la vitrina vemos etiquetas antirrobo RFID (Radio Frequency Identification).
Los pórticos de las tiendas están formados por dos terminales equipados con una
bobina. Uno está alimentado con una corriente alterna, lo que produce una
corriente en el otro terminal. Si la bobina de un antirrobo RFID pasa entre los
terminales, la corriente producida se ve modificada, lo que dispara la alarma del
pórtico.
El terminal táctil vecino presenta una película corta que explica el
funcionamiento de los antirrobos RFID y otra tarjeta Navigo.
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4 MAGNETISMO, ¿CUAL ES SU FUNCION EN UN
ORDENADOR?
Tabla 1
MAGNETISMO EN UN ORDENADOR
MAGNÉTISME DANS UN ORDINATEUR
¿QUÉ PODEMOS VER?
Aquí observa el interior de un ordenador.
Identifique estos componentes que utilizan fenómenos magnéticos:
- el ventilador,
- el disco duro,
- el altavoz,
- la alimentación que contiene el transformador para convertir los 230 V de
nuestros enchufes eléctricos en 3,3 V, 5 V o +/-12 V que alimentan los
componentes del ordenador.
BANDAS, DISCOS Y DISCOS DUROS MAGNÉTICOS
BANDES, DISQUETTES ET DISQUES DURS MAGNÉTIQUES
¿QUÉ PODEMOS VER?
Estos objetos sirven para almacenar la información.
Los discos duros han sustituido, hoy, a los discos y las bandas magnéticas. En
todos estos dispositivos, la información se almacena en capas magnéticas muy
finas, de un grosor entre 10 y 10 000 veces menor que el de un pelo.
El brazo sobre el disco duro permite escribir y leer la información contenida en
el disco.
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Tabla 2
CÓDIGO BINARIO
CODAGE BINAIRE
¿QUÉ HACER?
Este ábaco convierte un número en lenguaje binario, que es el lenguaje
informático.
La codificación binaria de la información se realiza en forma de «bit» (binary
digit), que puede tomar los valores «0» o «1». El octeto, formado por 8 bits, es
la unidad de información.
¿Cómo escribir el número 11 en lenguaje binario?
En el ábaco, cada columna está asociada a una potencia de 2.
Empezando por la izquierda, ponga a 0 todas las columnas de valor superior a
11. Así pues, las columnas de 128, 64, 32 y 16 están en 0.
Ponga la columna del 8 en 1.
Para obtener 11, hay que sumar 3 y 8. La columna del 4 es, por lo tanto,
demasiado grande, póngala a 0.
Las columnas del 2 y del 1 tienen que estar obligatoriamente en 1:
11 = 8 + 2 + 1.
Lea el octeto asociado al número 11 en el ábaco: 0000 1011. Es la única
representación posible de 11 en lenguaje binario.
Codifique en lenguaje binario un número entre 0 y 255, y compruebe su código
en la tabla 3.
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Tabla 3
GRABACIÓN MAGNÉTICA DIGITAL
ENREGISTREMENT MAGNÉTIQUE NUMÉRIQUE
¿QUÉ HACER?
Introduzca mediante el teclado un número inferior a 256 para grabarlo. Se
convierte instantáneamente en código binario en la pantalla.
Apriete en el botón «Escribir» para simular una escritura magnética de este
octeto mediante ocho imanes. Observe.
Apriete en el botón «Leer» para leer las orientaciones tomadas por los ocho
imanes.
El número leído por la máquina aparece abajo. ¿Es el que usted grabó?
¿QUÉ PODEMOS VER?
El soporte de almacenamiento queda representado, aquí, por una hilera de ocho
imanes, cada uno corresponde a un bit, y el conjunto entero forma un octeto
Cada cabezal de escritura es una bobina recorrida con una corriente cuyo sentido
depende del valor del bit que ha de escribir, 0 o 1. Esta corriente origina un
campo magnético en un sentido o en el otro que orienta el imán para codificar el
bit.
Cada cabezal de lectura es un bucle cerrado conductor situado por encima del
imán correspondiente al bit que ha de leer. El sentido de la corriente inducida
por el imán en el bucle determina si se trata de un bit 0 o 1.
Esta maqueta presenta los principios básicos de la escritura y la lectura de la
información en un soporte magnético, que evolucionan gracias a la investigación
científica.
28
Tabla 4
LECTURA ÓPTICA DE UN CÓDIGO MAGNÉTICO
LECTURE OPTIQUE D’UN CODE MAGNÉTIQUE
¿QUÉ HACER?
Coja un tique de metro, una tarjeta de crédito o cualquier objeto que tenga una
banda magnética. Ponga la banda magnética del objeto bajo el rectángulo dorado
del magview. Mire por la visor.
¿Puede ver el código de barras magnético?
¿QUÉ PODEMOS VER?
El color de las rayas que observa corresponde a la orientación de la imantación.
El magview es un microscopio magnético. Permite visualizar las zonas
imantadas hasta una escala micrométrica (1 µm = 0,000 001 m). Si se almacena
un dato, la anchura de las bandas es irregular. En la vida cotidiana, esta
información se inscribe y se lee como en la mesa anterior, gracias a cabezales de
escritura y lectura.
LOS IMANES
LES MAGNETS
¿QUÉ HACER?
Ponga un imán en la placa de hierro.
¿Qué cara se pega a la placa?
¿Puede apilar dos imanes en la placa?
Pegue la cara negra de un imán detrás del detector de flujo magnético verde.
¿Qué observa?
Pegue cada cara de la maqueta que contenga imanes a la placa de hierro. ¿Qué
observa?
¿QUÉ PODEMOS VER?
La única cara de los imanes que se pega a la placa de hierro es la negra.
Dos imanes pueden apilarse y pegarse a la placa, pese a los adornos impresos.
El detector de flujo magnético desvela la estructura magnética de un imán,
constituida de bandas imantadas. Dichas bandas concentran el campo magnético
en un solo lado, como la maqueta, que es una representación más grande de la
estructura de un imán.
El imán ilustra otra aplicación obtenida por la manipulación de imantación.
29
Tabla 5
MAGNETORRESISTENCIA GIGANTE
MAGNÉTORÉSISTANCE GÉANTE
¿QUÉ HACER?
Oriente el imán de la izquierda en un sentido. ¿Qué flechas se encienden
después de este imán? Gire el imán. ¿Qué observa?
Oriente ambos imanes en el mismo sentido. ¿Se enciende alguna flecha después
del segundo imán?
Gire el imán de la derecha. ¿Se enciende alguna flecha después del segundo
imán?
¿QUÉ PODEMOS VER?
La corriente eléctrica está formada de electrones representados en la maqueta
por las flechas rojas o verdes. Dichas flechas corresponden a las dos direcciones
posibles del spin, hacia arriba ↑ o hacia abajo ↓, que posee cada electrón.
Los aparatos eléctricos (bombillas, etc.) no son sensibles al spin de los
electrones.
Sin embargo, una fina capa magnética, representada por un imán en la maqueta,
filtra los electrones según su spin. Tras el imán de la izquierda, sólo queda una
categoría de flechas, ya que una capa sólo deja pasar los electrones de la misma
dirección de spin que su imantación.
En un apilamiento de dos capas, si las imantaciones de las capas son del mismo
sentido, los electrones de la misma dirección de spin atraviesan el apilamiento:
la corriente pasa.
Cuando las imantaciones de ambas capas tienen un sentido opuesto, ningún
electrón atraviesa el apilamiento: la corriente no pasa.
Estos apilamientos, denominados «de magnetorresistencia gigante» son la base
de los cabezales de lectura más eficaces
El terminal táctil de aquí al lado presenta una película que presenta este
principio.
30
Tabla 6
VOLVER A LA IMANTACIÓN POR LÁSER
RETOURNER L’AIMANTATION PAR LASER
¿QUÉ PODEMOS VER?
La tecnología de almacenamiento magnético actual está limitada por las
capacidades de almacenamiento, las velocidades de acceso y el consumo de
energía.
Recientemente, un grupo de investigadores ha descubierto que era posible
cambiar la orientación de la imantación y, por lo tanto, escribir la información,
gracias a impulsiones láser ultrabreves. Esta técnica permitiría responder a las
necesidades actuales de almacenamiento ultrarrápido de la información, de
miniaturización del tamaño de los elementos de almacenamiento y de
disminución del consumo de energía, vinculados al uso de Internet y las redes
sociales.
CAMBIAR DE CODIFICACIÓN APRA ALMACENAR MÁS
CHANGER DE CODAGE POUR STOCKER PLUS
¿QUÉ PODEMOS VER?
Para almacenar más información en un mismo volumen, algunos investigadores
han propuesto cambiar la codificación de la información. En lugar de utilizar tan
sólo dos estados, como en el código binario, ha ideado unos cuadrados
minúsculos cuyas diagonales servirían de soporte de imantación. Como hay dos
diagonales y la imantación puede apuntar a ambos sentidos, la información se
podría codificar en cuatro estados, lo que permitiría aumentar el volumen de
almacenamiento
31
5 MAGNETISMO, ¿QUE INVESTIGACIONES SE REALIZAN?
Tabla 1
LA PLATAFORMA DAUM
LA PLATEFORME DAUM
¿QUÉ PODEMOS VER?
Esta maqueta representa un instrumento científico único en el mundo: la
plataforma DAUM (depósito y análisis al ultravacío de nanomateriales).
Este equipamiento permite, especialmente, crear nanomateriales con nuevas
propiedades magnéticas.
En el interior de las cámaras de la plataforma, los materiales se fabrican
poniendo los átomos unos tras otros. Forman capas de un grosor 50 000 veces
menor que un pelo (de aproximadamente una milmillonésima parte de metro).
Las cámaras se dedican a la fabricación de capas finas o a su análisis. Todas
ellas están conectadas entre sí por un tubo al ultravacío de 70 metros de largo, lo
que permite realizar y analizar muestras sin sacarlas al aire libre.
El terminal táctil de aquí al lado incluye varias películas que presentan la
plataforma
DAUM.
EL NANOMUNDO
LE NANOMONDE
La estructura de un material a escala del nanómetro (= milmillonésima parte de
metro) determina todas sus propiedades físicas. Por este motivo, los científicos
trabajan a esta escala para crear nuevos materiales.
Los objetos nanométricos se caracterizan por tener un número de átomos en
superficie idéntico al del volumen. Los fenómenos de superficie y de interfaz
tienen, por lo tanto, una función predominante.
UN TUBO GIGANTE PARA ESTUDIAR EL NANOMUNDO
UN TUBE GEANT POUR ETUDIER LE NANOMONDE
El carácter innovador de la plataforma DAUM se basa en la asociación de
materiales de naturaleza muy distinta al principio, metales, semiconductores,
aislantes, óxidos y supraconductores, dentro de una única nueva estructura. Esta
posibilidad nació de la conexión entre sí, a lo largo del tubo, de trece cámaras de
crecimiento propias a cada tipo de materiales, completadas con nueve cámaras
de análisis.
32
EL ULTRAVACÍO
L’ULTRAVIDE
Al contrario de lo que pueda parecer, el vacío no es realmente vacío. Siempre
hay átomos, incluso entre las estrellas. Los físicos determinan la calidad del
vacío evaluando la distancia que un átomo debe recorrer antes de encontrarse
con otro: se trata del libre recorrido medio. En el aire de esta estancia, un átomo
se encontrará con otro átomo al cabo de 68 nanómetros, es decir, 0,000 068
milímetros. En el ultravacío, un átomo recorrerá de media 1 kilómetro antes de
encontrarse con otro. ¡Es el mismo vacío que entre las estrellas!
Este vacío mucho mayor permite controlar el depósito de átomos en la muestra.
33
Tabla 2
FABRICAR NANOMATERIALES
FABRIQUER DES NANOMATÉRIAUX
¿QUÉ PODEMOS VER?
Los nanomateriales se fabrican en cámaras al vacío poniendo capas de átomos
unas sobre otras.
Para realizar una «fuente» de átomos, un material (en este caso un metal)se
calienta hasta que se evapora. De esta forma, se obtiene un chorro de átomos que
se dirige hacia un objetivo, que será el sustrato en el que se posen los átomos. Es
el mismo principio que cuando agua, calentada en una cazuela, se posa en los
cristales de la cocina.
Gracias al ultravacío, los átomos evaporados no se desvían de su trayectoria por
colisiones con otros átomos. Su depósito se efectúa muy lentamente y se colocan
en capas finas, casi perfectas. Este procedimiento se denomina «epitaxia» por
chorros moleculares.
OBSERVAR NANOMATERIALES
OBSERVER DES NANOMATÉRIAUX
¿QUÉ PODEMOS VER?
La maqueta representa finas capas apiladas fabricadas en una cámara de epitaxia
por chorros moleculares. Cada bola corresponde a un átomo.
Se han observado con el microscopio las capas de una verdadera muestra.
La imagen se obtuvo gracias a un microscopio electrónico de barrido (MEB),
capaz de visualizar objetos 10 000 veces más pequeños que el grosor de un
cabello. Cada punto blanco es un átomo: su disposición refleja un apilamiento
casi perfecto.
Esta muestra es un ejemplo de apilamiento con magnetorresistencia gigante
utilizado en los captores magnéticos: ambas capas oscuras son ferromagnéticas,
la capa clara del centro es aislante.
34
Tabla 3
CARACTERIZACIÓN MAGNÉTICA
CARACTÉRISATION MAGNÉTIQUE
¿QUÉ PODEMOS VER?
El esquema anterior representa un aparato de medida extremadamente sensible,
utilizado para determinar les características magnéticas de muestras realizadas
en la plataforma DAUM.
La muestra se pone en un soporte de arriba a abajo. Luego, se sumerge en el
campo magnético producido por un electroimán. La oscilación vertical de la
muestra produce una corriente en las bobinas de detección. El análisis de esta
corriente permite determinar las propiedades magnéticas de la muestra.
LITOGRAFÍA
LITHOGRAPHIE
¿QUÉ PODEMOS VER?
La litografía es una técnica grabado de precisión nanométrica. Se utiliza, por
ejemplo, en muestras fabricadas en la plataforma DAUM para estructurarlas en
tres dimensiones.
El esquema anterior muestra las seis etapas de la litografía. En cada etapa se
presenta una muestra real.
Los objetos obtenidos gracias a esta técnica se utilizan, especialmente, para
imprimir circuitos electrónicos en miniatura o sensores magnéticos.
En el terminal táctil de aquí al lado puede ver una película que explica el
principio de la litografía. También podrá admirar imágenes de objetos realizados
mediante esta técnica.
35
Tabla 4
CODIFICACOR MAGNÉTICO
ENCODEUR MAGNÉTIQUE
¿QUÉ HACER?
Pliegue el detector de flujo magnético verde sobre el codificador, con la anilla
negra posada sobre la mesa. ¿Qué observa?
¿QUÉ PODEMOS VER?
El detector de flujo magnético muestra una alternancia de segmentos negros y
verdes. Son las zonas de distinta imantación. Un codificador magnético es un
elemento metálico en el que se ha puesto una fina capa magnética en la que la
orientación de la imantación se ha estructurado en bandas radiales.
En un coche, hay un codificador magnético en el rodamiento de cada rueda.
SENSOR MAGNÉTICO
CAPTEUR MAGNÉTIQUE
¿QUÉ HACER?
Gire la manivela con más o menos rapidez y observe la pantalla.
¿QUÉ PODEMOS VER?
En la pantalla, aparecen zonas más o menos separadas en función de la
velocidad de rotación.
Delante del codificador magnético de cada rueda hay un sensor magnético que
detecta las zonas de imantación que pasan delante de él y las convierte en una
señal eléctrica que permite conocer la velocidad de la rueda y, de esta forma, la
del vehículo.
En un coche, la señal permite detectar si una rueda se bloquea, lo que activa el
dispositivo ABS (Antiblokiersystem) de antibloqueo de las ruedas.
El terminal táctil de al lado presenta una película sobre el funcionamiento de los
sensores magnéticos utilizados en el ABS.
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Tabla 5
IMPRESIÓN MAGNETOGRÁFICA
IMPRESSION MAGNÉTOGRAPHIQUE
¿QUÉ PODEMOS VER?
Esta técnica de impresión utiliza una tinta magnética para proteger los
documentos.
El tambor de impresión, del que vemos un ejemplo aquí, es un cilindro metálico
recubierto de capas magnéticas.
Una cabeza de escritura imanta campos magnéticos micrométricos en la
superficie del tambor. La superficie imantada corresponde al texto que hay que escribir. La tinta que contiene nanopartículas magnéticas se ve luego atraída por
los campos imantados del tambor, antes de ser puesta en el papel. Tras la
limpieza de los restos de tinta y la eliminación de las zonas imantadas se puede
utilizar una nueva codificación en el tambor.
El documento impreso es más difícil de falsificar gracias a su firma magnética.