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Imanes, brújulas y limaduras

En esta experiencia se muestran las líneas de los campos magnéticos alrededor de uno y dos imanes rectos dispuestos de varias formas.
El campo magnético se detecta mediante limaduras de hierro y mediante brújulas.
Una posibilidad interesante es proyectar la imagen bien con un retroproyector, bien con un sistema cámara-ordenador-proyector.



Enlace al guión de laboratorio.




Material

- 2 imanes rectos
- Una barra de hierro
- Brújulas pequeñas y brújula normal
- Limaduras de hierro
- Papel o lámina de plástico rígida transparente (transparencia)
- Proyector de transparencias o cámara web para proyectar con un cañón

.


Los imanes deben ser rectos para obtener líneas de campo grandes y nítidas. Los imanes de herradura dan peor resultado.
Los imanes de neodimio son muy potentes pero no van bien para estos experimentos, no se puede dejal las limaduras a unos centímetros del imán para ver el campo. Además, hay qu8e manipularlos con cuidado, los grandes llegan a ser peligrosos por su fuerza.
Las limaduras "de lima", obtenidas limando, son alargadas y funcionan mucho mejor que las formadas por pequeñas gotitas que suelen acompañar a los equipos de laboratorio. Se obtienen buenas limaduras en desechos de los talleres de metal.
Usar brújulas pequeñas permite ver mejor su dirección en cada punto del campo.



Comentarios a la preparación del montaje

Al poner el imán en el centro del papel queda levantado y las limaduras tienden a salirse por los lados. Se evita poniendo en los lados de la hoja cuadernos u otros objetos planos del mismo grosor que el imán, con lo que la hoja o la transparencia quedan horizontales.
Las limaduras no se esparcen directamente sobre el imán, ya que se amontonan en el imán y no se ve el campo. Se hace una observación mucho mejor si se pone sobre el imán una hoja de papel o con una lámina transparente (transparencia).
Las limaduras se recuperan con facilidad utilizando el propio imán para atraerlas, dejando el papel entre el imán y las limaduras.
Un grupo de brújulas pequeñas puestas en fila en las proximidades del imán muestran las líneas de fuerza con sus agujas alineadas.
Se trabaja mejor sobre una mesa suficientemente grande que facilite la recuperación de las limaduras si se salen del papel o de la transparencia.
Para ver el campo de un extremo del imán hay que ponerlo vertical y formar una superficie horizontal de la misma altura que el imán. Para ello, se sitúan a los lados objetos no magnéticos de la misma altura que el imán y se pone el papel encima.
Si ínicamente se dispone de brújulas grandes, hay que moverlas desde un polo a otro del imán siguiendo caminos laterales, de forma que se vea el cambio de dirección de la brújula al cambiar de posición.
También es interesante hacerlo por encima del imán, lo que permite observar las direcciones de las fuerzas por encima del imán.


Aspectos didácticos


Este trabajo pretende:

- Observar las líneas de campo magnético mediante limaduras de hierro y brújulas.
- Observar la forma de las líneas de campo de diferentes disposiciones de imanes.
- Reconocer la estructura tridimensional del campo magnético.
- Identificar el comportamiento de la aguja de una brújula con su alineamiento con el campo magnético.

Un buen imán es un objeto casi irresistible. Hay que controlarlos bien.
Los imanes deben ser rectos para obtener líneas que asemejen facilitar que se establezca la relación entre la forma que adoptan las limaduras y las imágenes de las líneas de campo que se suelen encontrarse en las fuentes de información. Hay que hacer ver que la posición de las limaduras y las brújulas se debe a que sobre cada una aparece un par de fuerzas que las hace girar hasta que las dos fuerzas se quedan alineadas iguales y opuestas y el par de fuerzas se anula.
Debe quedar bien establecido que las brújulas no "apuntan al norte", sino que se alinean con las líneas del campo magnético que actúe sobre ellas.
Es interesante colgar un imán de un hilo para ver cómo se orienta.
Las imágenes que son familiares al alumnado muestran campos magnéticos bidimensionales. El experimento con el imán vertical es muy importante para comprender el carácter tridimensional del campo magnético. Si se observa desde arriba, se puede ver la simetría del campo a lo largo del eje central del imán.
La proyección de la imagen de las limaduras sobre una pizarra permite dibujar sobre ella la silueta del imán y las líneas de campo que se obtienen al seguir el alineamiento de las limaduras o de las brújulas. Es interesante que, simultáneamente al trabajo del alumnado, el docente lo haga sobre un proyector de transparencias o sobre una mesa enfocada por una cámara que permita proyectar la imágen (sistema cámara web-ordenador-cañón proyector).



Campo de un imán recto

Campo simétrico en uno de los polos

Campo de dos imanes en repulsión

Campo de dos imanes en atracción

Brújulas en el campo magnético terrestre

Brújulas en el campo magnético de un imán recto

Campo de un imán recto con limaduras sobre proyector

Campo de un imán recto con brújulas sobre proyector

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