Guía de "Levitación magnética"

IES Francisco Romero Vargas

Levitación magnética

Tecnología y Ciencias Naturales

1. ¿Por qué los objetos presentados flotan?
2. ¿Como funciona el magnetismo?
3. ¿Como funciona un tubo de Lenz?

1. Imanes magnéticos circulares
2. Cubo y esfera magnéticas de neodimio
3. Tubo de cobre
4. Plancha de madera
5. Cola selladora de silicona

Se experimentará con un conjunto de imanes circulares donde se podrá observar como levitan a consecuencia de la repulsión de los campos magnéticos que cada imán hace con respecto a otro.

El alumno explicará, a pesar de tratarse de fuerzas invisibles, como se comportan los imanes mediante el juego.

Al trabajar con un tipo de imanes como el Neodimio, se observan que los campos magnéticos son más fuertes y como interactúan con un material conductor como el cobre.

Se deben tomar 6 imanes circulares  de 80 mm de diámetro y 15 mm de alto, colocarlos de forma que queden 4 en una tabla de madera con polos contrarios enfrentados.

A continuación, mediante un tubo de PVC colocamos e introducimos los otros 2 imanes de tal forman que equilibren entre las cunas magnéticas que ofrecen los de la base.

Para evitar que se deslice en un sentido, se coloca un trozo de madera vertical y un clavo en el tubo de PVC de tal manera que aguante el empuje hacia fuera.

Para el otro experimento, solo se necesita esferas y cubos magéticos de Neodimio de 19 mm y 12 mm respectivamente, se introducen por tubos de PVC y de cobre para que vean qué efecto produce el campo magnético en un material conductor como el cobre. El experimento se realiza con tubos de cobre de distinto espesor para observar la velocidad de caída.

¿Por qué los objetos presentados flotan?

Lo primero hay que saber que los imanes se comportan de forma “especial” porque son capaces de atraer a otros materiales metálicos férricos. El efecto magnético, observado a través de unas gafas imaginarias,  consistiría en unas  líneas de fuerzas que salen del Norte y llegan al Sur (los polos del imán): a esto se denomina Campo Magnético.

¿Cómo funciona el magnetismo?

Como ya se ha visto anteriormente, existe un campo magnético en cada uno de los imanes de nuestra máquina y tenemos que tener en cuenta que existe una repulsión natural de los imanes con polos semejantes y atracción por polos distintos.

La fuerza de atracción es entre un 5 y un 10% más fuerte que la fuerza de repulsión. Esto se debe a la orientación de los imanes elementales en un imán. En un imán, los imanes elementales están situados casi paralelamente el uno con respecto al otro. Cuanto mayor sea la regularidad con la que estén orientados los imanes elementales, mayor será la "fuerza" del imán.

Si dos polos magnéticos diferentes se atraen, uno de los imanes da apoyo a la orientación paralela de los imanes elementales en el otro imán. A consecuencia de ello, ambos imanes se vuelven un poco más fuertes.

Sin embargo, si dos polos magnéticos iguales se repelen, uno de los imanes interfiere en la orientación paralela de los imanes elementales del otro imán. A consecuencia de ello, ambos imanes se vuelven un poco más débiles. No obstante, si se vuelven a alejar lo suficiente el uno del otro, recuperan su disposición original y, por tanto, su fuerza original.

¿Como funciona un tubo de Lenz?

Dentro de los materiales metálicos que existen en  nuestro planeta, vamos a trabajar con el cobre que entre muchas propiedades además de ser muy buen conductor de la electricidad, tiene una propiedad característica que es el Diamagnetismo. Los materiales diamagnéticos se caracterizan por ser repelidos por los imanes (es lo opuesto a los materiales ferromagnéticos, que son atraídos por los imanes como el hierro o el acero). Fue descubierto en 1845 por el físico y químico Michael Faraday cuando observó que un trozo de bismuto era repelido por un imán, cualquiera que fuese el polo.

Cuando introducimos un imán tan potente como el Neodimio, el tubo de cobre se magnetiza débilmente en el sentido opuesto  al campo magnético aplicado. Aparece una fuerza de repulsión sobre el tubo y el Neodimio pero hay que tener en cuenta que la fuerza de la gravedad de la Tierra, hace que a pesar de esa repulsión, el imán vaya cayendo a una velocidad más lenta.

Si dejáramos caer un objeto por el tubo y no tocara las paredes, bajaría tan rápido como si no existiera el tubo. Sin embargo si dejamos caer ese mismo objeto imantado, la caída por el tubo es más lenta.

Lo que sucede es que el tubo se magnetiza, eso quiere decir que se crea un campo magnético. Dentro del tubo se producen corrientes inducidas que frenan la caída. El imán, en el camino de caída, va generando una corriente eléctrica.

El efecto que se produce se denomina  “efecto de aparente levedad” de los imanes megapotentes debido a la Ley de Lenz y las corrientes de Foucault.

Si tienes más dudas puedes consultar este apartado: "Para saber más".

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