domingo, 21 de noviembre de 2010

APLICACIONES DEL CAMPO MAGNETICO

Presentaremos algunas de las aplicaciones del magnetismo y su influencia en el mundo moderno. Podemos decir que la revolución que está sufriendo el mundo en el campo tecnológico y que afectará sin duda toda la vida cultural, política y social de lo que resta del siglo y del subsiguiente, es producto en gran medida del avance de la física. Esto se ve de manera particular en el desarrollo de la microelectrónica y de otras áreas de alta tecnología que utilizan los principios del electromagnetismo en el diseño de aparatos y sistemas de información, medición, etc. Asimismo, la creación de nuevos materiales y su aplicación se basa en gran medida en el conocimiento logrado en el electromagnetismo y la mecánica cuántica.




Un galvanómetro es un aparato que se emplea para indicar el paso de pequeñas corrientes eléctricas por un circuito y para la medida precisa de su intensidad. Como veremos su funcionamiento se basa en fenómenos magnéticos.

El galvanómetro consta de una aguja indicadora, unida mediante un resorte espiral, al eje de rotación de una bobina rectangular plana, que está suspendida entre los polos opuestos de un imán permanente.

En el interior de la bobina se coloca un núcleo de hierro dulce, con el fin de concentrar en ella las líneas de inducción magnética.
Al estar la bobina sumergida en el interior de un campo magnético uniforme, creado por el imán fijo, cuando circula corriente por ella, se produce un par de fuerzas sobre la bobina que hace que rote, arrastrando consigo a la aguja unida a su eje. 

La aguja se mueve e indica en una escala, la intensidad de corriente que atraviesa la bobina. El resorte espiral permite que la aguja vuelva a su posición original, una vez que se interrumpe el paso de la corriente.

Veamos cómo se produce el par de fuerzas
Podemos dividir cada espira rectangular de la bobina en cuatro partes, de forma que de acuerdo con la ley de Biot y Savart, la acción del campo magnético uniforme sobre la espira será:  








Luego la fuerza neta sobre la espira es cero.

Observa que la fuerza sobre los elementos 2 y 4 de la espira es cero, puesto que el elemento de corriente tiene la misma dirección que el campo magnético. 

  La fuerza sobre el elemento 1 de la espira es igual y de signo contrario a la fuerza sobre el elemento 3, por eso la fuerza neta sobre la espira es cero.
¿Habrá entonces momento neto sobre cada espira?
Para cualquier posición de la espira:
El momento neto sobre toda la bobina será: 
 Cómo puedes comprobar el momento total sobre la bobina es proporcional a la intensidad que atraviesa la espira.
ALEACIONES Y COMPUESTOS CRISTALINOS

Una de las ramas importantes del magnetismo se ocupa de los efectos que influyen en la estructura y formación de dominios magnéticos tanto en bulto como en películas delgadas. En forma específica, del comportamiento de materiales magnéticos granulares que no contengan dominios, sino que sean dominios únicos (como en el caso de las bacterias discutido anteriormente). Esto es muy importante, ya que sus propiedades son más fáciles de entender. Cuando se dice que un material es magnéticamente duro significa que las partículas que lo componen son muy anisotrópicas y, por lo tanto, que su rotación se dificulta. De esta manera, una gran cantidad de materiales como rocas, magnetita, etc., han sido investigados y utilizados sobre todo en medios de grabación magnética.

FERROFLUIDOS

La idea de crear un fluido coloidal con propiedades ferro magnéticas surgió en los años sesenta. Estos fluidos consisten en partículas finamente divididas de magnetita o cobalto suspendidas en un medio aceitoso, como el kerosene. Para evitar que estas partículas se unan y el coloide se coagule, se adiciona un tenso activo o agente dispersante como el ácido oleico. Las partículas deben ser pequeñas, del orden de 100 Angstroms. Estas partículas rodeadas de tenso activo interactúan entre sí como si fueran esferas duras que llevaran un dipolo magnético. De esta forma el coloide tiene propiedades muy interesantes cuando se le coloca en un campo magnético.
Partículas de cobalto para ferrofluidos.

EFECTO DE CAMPOS MAGNÉTICOS EN METALES LÍQUIDOS

En la tecnología nuclear, los reactores de cría juegan un papel muy importante para la producción de energía, sobre todo en países como Francia y Alemania. Estos reactores se llaman así porque al operar producen más combustible nuclear del que usan y lógicamente esto es una gran ventaja de su operación. Para enfriar estos reactores se utilizan metales líquidos. Esto incidirá en el diseño del reactor pues, dados los campos magnéticos presentes en el mismo, el flujo del metal puede seguir patrones sorpresivos. De esta manera se estudia el flujo y el comportamiento de metales líquidos en tuberías de distintas secciones transversales, sean cilíndricas o rectangulares, rodeadas de campos magnéticos de intensidad variable. Los patrones de flujo afectan la razón de transferencia de calor, presión, etcétera.

RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR

Si un núcleo atómico que posee espín es colocado en un campo magnético fuerte, su momento magnético procesa alrededor de la dirección del campo. La componente del momento en el eje definido por el campo está cuantizada, o sea, toma solamente valores discretos. De esta manera, sólo ciertas energías son permitidas. Al pasar de un estado de energía a otro el núcleo radía a ciertas frecuencias. En 1946, Purcell y Bloch desarrollaron la resonancia magnética nuclear (RMN) aprovechando este hecho. Esos investigadores utilizaron un transmisor de radiofrecuencia para producir un campo electromagnético oscilante que induce transiciones entre los diversos niveles de energía de los núcleos de una muestra. Esto ocurre cuando, por un efecto de resonancia, la frecuencia del campo oscilante iguala a la frecuencia de transición entre estos niveles (frecuencia de Larmor), la cual depende tanto del momento magnético de núcleo como del campo magnético en el núcleo.
Una imagen de resonancia magnética nuclear de una rebanada de abdomen. Diferencias de brillo indican diferente entorno, por ejemplo, distinguen grasa de músculo

TECNOLOGÍA DE INFORMACIÓN MAGNÉTICA

Indudablemente ésta es la aplicación en donde el magnetismo ha permitido un desarrollo mayor y más impresionante, ya que ha generado una industria de 25 000 millones de dólares al año, la cual crece a un ritmo de 20% anual. Su potencial es tan grande que desafía la imaginación, y lo hecho hasta ahora parece ser sólo el principio. La tecnología de información magnética incluye tres campos: grabación magnética, grabación optomagnética y burbujas magnéticas.

GRABACIÓN MAGNÉTICA

El almacenamiento de información vía grabación magnética se realiza en cintas magnéticas, discos flexibles (floppy disks) y discos duros. Una cabeza de grabación convencional consiste en un material magnético de alta permeabilidad alrededor del cual pasa una corriente por un alambre. El campo magnético en la brecha magnetiza el medio magnético en dirección del campo. Cambiando la dirección de la corriente se pueden magnetizar diferentes regiones del medio en direcciones opuestas y por tanto se tiene un código de información binario. Para leer esta información se mueven la cabeza y el medio en relación una al otro y al interceptar la cabeza al campo magnético del medio se generan pulsos eléctricos por la ley de Lenz.
 Un modelo de columnas para películas de Co-Cr.


MOTOR ELÉCTRICO

Un motor eléctrico es un dispositivo rotativo que transforma energía eléctrica en energía mecánica. En diversas circunstancias presenta muchas ventajas respecto a los motores de combustión A igual tamaño y peso son más reducidos. Se pueden construir de cualquier tamaño. Tiene un par de giro elevado y, según el tipo de motor, prácticamente constante. Su rendimiento es muy elevado (típicamente en torno al 80%, aumentando el mismo a medida que se incrementa la potencia de la máquina). La gran mayoría de los motores eléctricos son máquinas reversibles pudiendo operar como generadores, convirtiendo energía mecánica en eléctrica.

Partes de un Motor
Comenzamos mirando el diseño global de un motor eléctrico DC simple de 2 polos. :
* Una armadura o rotor.
*Un conmutador.
*Cepillos.
*Un eje.
*Un Imán de campo.
*Una fuente de poder DC de algún tipo.

LA LEVITACION MAGNETICA: COMO FUNCIONA EL TRANSRAPID -
TECNOLOGIA ALEMANA IMPLEMENTADA POR CHINA

La tecnología MAGLEV es alemana, ahora exportada a China que ya tiene uno de estos trenes corriendo de Shangai al Aeropuerto. Estos son sus principios: 1) el sistema de atracción magnética los mantiene en el aire a 1,5 cm. del riel, aun detenidos. 2) Existen bobinas en el tren y en las vías. Ambas se atraen y repelen con una precisión tal que complejos mecanismos de ajuste se encargan de vigilar este proceso. 3) las fuerzas magnéticas atraen al tren y lo hacen avanzar. 4) el campo magnético avanza delante del tren 5) las bobinas son tres: a) bobina de propulsión, b) bobina de elevación en el tren, c) bobina de elevación en la vía

Podemos decir que el tren es un gran imán. Debajo de él, en los "raíles", va un motor linear que hace que un flujo magnético vaya hacia delante. Ese flujo magnético empuja al tren. Mejor dicho, primero lo levanta unos milímetros y luego lo hace avanzar. A diferencia de los trenes convencionales, el motor no va en el tren, el motor va en los "rieles". Aquí ya hay una ventaja: menos peso (el motor no va en el tren), menos ruido (el motor no va en el tren y no hay ruedas que rocen con el suelo, sólo hay un silencioso campo magnético).
Al no haber rozamiento el consumo de energía es menor.

GRABACIÓN OPTOMAGNÉTICA

En este sistema la lectura y grabación se hace con un rayo láser. El sistema es mecánicamente simple y la densidad de información está limitada por la longitud de onda del láser. Para grabar, un rayo de luz láser incide sobre una delgada película magnética. El láser calienta una región y alinea su momento magnético con un campo magnético aplicado. Para leer la información se usa luz de menor intensidad que la utilizada para escribir. Cuando la luz pasa por el material, su plano de polarización gira debido al efecto Faraday. La dirección de rotación depende de la dirección de magnetización del material y de esta forma, usando un polarizador, uno puede transformar rotaciones en direcciones distintas en diferencias de intensidad. Como materiales magnetoópticos se utilizan aleaciones amorfas de tierras raras y metales. Como ya mencionamos, estos materiales son nuevos y se requiere de mucha investigación para entenderlos.

TECNOLOGÍA DE BURBUJAS MAGNÉTICAS

Las memorias de burbujas magnéticas pueden representarse como pequeños dominios móviles cuya polaridad es contraria a la de sus alrededores.
La presencia o ausencia de una burbuja puede ser interpretada como un código binario. Estas memorias son ventajosas con respecto a otros sistemas de grabación en tiempos de aceso, costo y confiabilidad. Las memorias de burbuja son microestructuras, de cerca de una micra, de una aleación níquel-hierro producidas litográficamente en películas de granate, como se muestra en la figura 36. Un campo magnético rotante aplicado en el plano de la película induce polos magnéticos en galones asimétricos de la aleación y de esta manera el domino de la burbuja se propaga. Tal vez en el futuro la implantación de iones pueda substituir a la aleación. Hay que subrayar que esta tecnología ha sido acaparada prácticamente por los japoneses. Aparte de usar un campo magnético para propagar las burbujas, se pueden usar corrientes en planos conductores para producir el campo.

Bibliografia:

http://gluones.wordpress.com/2009/03/29/que-es-y-como-funciona-un-galvanometro/
www.youtube.com
www.wikipedia.com
http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/056/htm/sec_7.htm





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