OBRADOIRO DE MAGNETISMO E ELECTROMAGNETISMOXII XORNADAS DE TECNOLOXÍA

APETEGA

Antonio Lomba Baz

http://youtu.be/kXKQxPmcaDs

EXPERIENCIAS DEMOSTRATIVAS.

1. Compás caseiro

2. Antigravidade

3. Canón de Gauss

4. Escultura magnética. O lapis máxico

5. Experiencia de Oersted

6. Disco levitante

7. Campo magnético xiratorio xerado por unha corrente trifásica

8. Motor simple con pila cilíndrica

9. Motor eléctrico tripolar con imáns permanentes

10.Motor Mendocino (Motor de enerxía fotovoltaica con rotor levitante)

11.Motor eléctrico simple de enerxía fotovoltaica.

OBRADOIRO PRÁCTICO

12.Construción dun motor eléctrico simple

ANEXOS

Anexo I. Proceso de construción dun motor eléctrico simple

Anexo II. Porceso de construción dun motor eléctrico tripolar.

EXPERIENCIAS DEMOSTRATIVAS.

Obradoiro de magnetismo e electromagnetismo

Compás caseiro

Descrición A terra ten un poderoso campo magnético, compórtase coma se fora un enorme imán. Este comportamento da terra débese a que no seu núcleo prodúcense movementos de metais, principalmente ferro fundido..

O coñecemento da orientación do campo magnético da terra permite que nos poidamos orientar utilizando o compás. Un compás está formado por unha agulla imantada que xira, co mínimo rozamento, arredor dun eixe. Esta agulla acóplase co campo magnético terrestre, de tal maneira que a parte da agulla orientada cara ao norte correspóndese co seu polo sur magnético.

A construción dun compás caseiro é sinxela, hai que imantar unha agulla por frotación, frotándolla contra un dos polos do imán durante 15 ou 20 segundos (se queremos que a punta indique ao norte debemos frotala co polo sur do imán). A continuación colocámola sobre un elemento xiratorio con moi pouco rozamento. Neste caso un disco de cortiza que flota sobre auga.

Material • Unha agulla de coser• Un disco de cortiza• Un imán potente• Un recipiente con auga.

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Antigravidade

Descrición Nesta experiencia compóbase a caída ralentizada dun imán de neodimio polo interior dun tubo de cobre. A experiencia repítese cun tubo pechado e un aberto cun corte lonxitudinal, compáranse as velocidades de caída e reflexionase sobre os motivos da ralentización. Nun principio os motivos poden ser dous.

• Xeración dun campo magnético oposto ao do imán por efecto da indución electromagnética de Faraday-Henry e a lei de Lenz..

• Diamagnetismo. Algúns materiais, entre eles o cobre, cando se colocan no interior dun campo magnético, magnetízanse en sentido contrario ao campo. Os materiais que teñen esta propiedade denomínanse diamagnéticos.Este experimento servirá para deducir cal dous fenómenos mencionados ten

máis influencia na ralentización da caída dos imáns.

Material • Un tubo de cobre pechado• Un tubo de cobre aberto • 2 imáns redondos de neodimio de 6 mm de diámetro.

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Canón de Gauss

Descrición Este dispositivo utiiza unha sucesión de imáns e bolas para acelerar magneticamente un proxectil, neste caso unha bola de aceiro. O deseño deste canón basease no péndulo de Newton, no que unha serie de bolas que están en contacto transmiten o impulso dunha que golpea na primeira ata a ultima, que sae disparada. Neste experimento o impulso inicial é aportado por unha bola atraida por un imán que transmite o impulso a última de varias que están unidas por unha forza magnética, facendo que a ultima sala disparada a vez que é atraida polo imán seguinte. Así prodúcese unha reacción en cadea que vai acelerando as bolas ata que a última sae disparada.

Material • Canón◦ Caneleta plástica◦ Cinta illante◦ Imáns de neodimio

• bolas de aceiro.

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Escultura magnética. O lapis máxico

Descrición Esta montaxe está formada por unha estrutura decorativa, realizada en madeira maciza de sapelli, para situar a unha altura precisa un imán e conseguir que un lapis se manteña en posición vertical coa punta afiada apoiada sobre un disco metálico prateado

Material • Madeira de sapelli• Lapis• Imáns• Prato dun disco duro• Tirafondos

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Experiencia de Oersted

Descrición En 1820 o científico danés Hans Cristian Oersted descubriu o electromagnetismo, fenómeno polo cal, unha corrente que circula por un condutor xera un campo magnético arredor del e cuxas liñas de forza seguen a regra da man dereita ou do sacacorchos

A experiencia que se realiza é a mesma que, segundo contan as crónicas, realizou Oersted. Faise circular unha corrente por un condutor conectado a unha pila de 4,5 voltios e sitúase nas proximidades del un compás. A agulla imantada do compás xira polo campo magnético provocado pola corrente eléctrica no sentido das liñas de forza do campo.

Material • Caixa de metacrilato con condutor.• Pila de petaca (4,5V) ou pila de 9 V• Cables de conexión• Compás.

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Disco levitante

Descrición Un disco de plástico, dos que veñen nas tarrinas dos CD´s, pode facerse levitar coa axuda de pequenos imáns de neodimio que se poden adquirir por internet ou conseguir desmontando as barras dun xogo magnético, como por exemplo “MadMag”.

Para conseguir a levitación de maneira sinxela o disco móntase, cos imáns colocados da forma adecuada, sobre a barra central da tarrina que lle serve de guía para evitar a desestabilización

Material • Unha tarrina de CD´s ou DVD´s baleira• Dous discos plásticos como os que veñen nas tarrinas• Imáns de neodimio. Para que flote un disco de forma estable poden utilizarse

aproximadamente 40 imáns

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Campo magnético xiratorio xerado por unha corrente trifásica

Descrición Os motores trifásicos basean o seu funcionamento na xeración dun campo magnético xiratorio que se crea no estator dos mesmos. Este campo prodúcese polo desfase de 120º entre cada unha das fases das liñas trifásicas.

Para mostrar este fenómeno realízanse dúas experiencias.• Introdución dun compás no estator dun motor de indución asíncrono

trifásico para observar como a agulla imantada do compás se acopla ao campo magnético xiratorio. Con este experimento obsérvase como un imán se acopla ao campo magnético.

• Introdución dunha bola de aceiro no interior do campo magnético xiratorio. A bola atraida polo campo magnético xirará igual que o facía a agulla do compás.

Material e ferramentas

• Transformador 380/38• Estator dun motor trifásico.• 3 Cables de conexión• Elemento de apoio do compás e do vaso.• Compás.• Vaso de cristal para xiro da bola• Bolas de aceiro.• Alicates• Desaparafusador

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Motor simple con pila cilíndrica

Descrición Este é, probablemente, o motor de funcionamento continuo máis simple que se pode construír. Unha pila cilíndrica en vertical serve de apoio e guía a un condutor que ten a forma adecuada para que xire a vez que conduce a corrente entre o positivo e o negativo da pila. O campo magnético que se produce fai que o condutor interactúe cun imán sobre o que se apoia a pila.Cando a espira condutora toca no imán, pegado no polo positivo da pila, pasa a corrente e créase un campo magnético arredor do condutor que o impulsa.

Material • Pila de 1,5V• Dous imáns de neodimio de 6 mm de diámetro• Unha moeda de 0,05 € para base do motor• Unha bobina de unha espira.

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Motor eléctrico tripolar con imáns permanentes

Descrición A observación do funcionamento deste motor de construción artesanal ilustra de maneira moi clara como funcionan os motores de corrente continua. O funcionamento deste tipo de motores baséase na atracción e repulsión entre as bobinas e os imáns permanentes gracias a conmutación que se produce entre as escobillas e o colector de delgas.

Xunto con este motor achégase o proxecto de construción do mesmo, o que permitirá analizar o proceso de elaboración do motor. Dispoñer deste proxecto é interesante para quen queira construir este motor.

Material • Motor eléctrico artesanal de tres polos• Pila de 9 V• Proxecto do motor.

Máis información

http://www.tecnoloxia.com/index.php/electricidade/213-o-meu-vello-motor-electrico.htmlhttp://youtu.be/b9mQDWdNL-4Anexo II

Obradoiro de magnetismo e electromagnetismo

Motor Mendocino (Motor de enerxía fotovoltaica con rotor levitante)

Descrición Este motor está movido pola enerxía eléctrica xerada nas células fotovoltaicas montadas no rotor, un rotor cadrado con unha célula en cada unha das caras. As placas solares están conectadas por parellas a cada unha das dúas bobinas das que consta o motor. Ao circular corrente polas bobinas xérase un campo magnético que se acopla cun imán permanente situado no estator (base).

Para poder utilizar células fotovoltaicas de pequena potencia substitúense os apoios do motor por campos magnéticos facendo que o rotor levite sobre o estator. Desta maneira conséguese que o motor xire aínda en condicións de pouca luz gracias a que o efecto do rozamento nos apoios e co aire é despreciable..

Material Motor Mendocino

Obradoiro de magnetismo e electromagnetismo

Motor eléctrico simple de enerxía fotovoltaica.

Descrición Este motor está baseado no motor eléctrico simple homopolar de pila de petaca. Neste caso cámbiase a pila de petaca por células fotovoltaicas. Hai que fabricar unha base ou corpo para suxeitar os distintos elementos que forman o motor: células e imán permanente.

Materiais • Base do motor de madeira ou plástico (polistireno ou poliuretano)• Células fotovoltaicas.• Imán• Bobina• Soportes da bobina.

OBRADOIRO PRÁCTICO

Obradoiro de magnetismo e electromagnetismo

Construción dun motor eléctrico simple

Descrición Este motor está constituído por unha bobina con unhas poucas espiras xira apoiada sobre dous clips que están enganchados a unha pila de petaca.

A construción dun motor eléctrico simple é un miniproxecto orientado a 2º ESO que se pode realizar nunha ou dúas sesións. O principal obxectivo desta práctica é que os alumnos comprendan e sexan capaces de aplicar o principio do electromagnetismo á construción dun motor eléctrico. A sinxeleza desta máquina favorece a comprensión do fenómeno.

A realización desta práctica na aula resulta moi gratificante pola gran motivación que produce nos alumnos a obtención de resultados moi vistosos nun curto período de tempo

Material • Unha pila de petaca (4,5V)• Un imán de ferrita (pode utilizarse calquera tipo de imán)• 70 cm de fío de cobre esmaltado de 0,5 mm de diámetro.• Dúas gomas de caucho.• Dous clips• Un alicates de puntas• Un rotulador de pizarra branca ou calquera corpo cilíndrico para construír a

bobina• Un cuter

Máis información

http://www.tecnoloxia.com/index.php/electricidade/250-motor-electrico-simple.htmlhttp://youtu.be/9C23HqrZFk0Anexo I

ANEXO I

Obradoiro de magnetismo e electromagnetismo

Proceso de construcción dun motor eléctrico simple

Clip para escobilla. Doblado do clip 1 Doblado do clip 2 Doblado do clip 3

Doblado do clip 4 Doblado do clip 5 Montaxe do estator 1 Montaxe do estator 2

Montaxe do estator 3 Montaxe do estator 4 Bobina 1 Bobina 2

Construcción de un motor 1

CONSTRUCCIÓN DE MOTORES

Tipo de actividad: montaje

Agrupamiento: equipos de 2 alumnos

1.- Material necesario.

Nº Cantid. Material Observaciones

1 1 Radio de bicicleta

2 1 Palo de Chupa-Chups

3 1 Rotulador utilizaremos la tapa trasera

4 Hilo de cobre de 0,5 mm de diámetro

5 Pegamento de contacto

6 Lámina de cobre bornes de las pilas de petaca

7 Hojalata

8 Hilo de coser fuerte

9 Lija fina

10 3 Tornillos de M6 6 mm de diámetro

11 3 Tuercas de M6

12 3 Arandelas M6 de diámetro grande

13 1 Tuerca ancha

14 2 Imanes de puerta

15 Cinta aislante

16 Tirafondos pequeños opcional

17 Chapa de aglomerado de 8 mm tabla gruesa de caja de frutas

18 2 Pilas de petaca

19 2 Chapas de 1/2 ó 1 mm. de los imanes de puerta

LISTA DE MATERIALES

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Construcción de un motor 2

2.- Dibujos de apoyo del vídeo .

A Eje

B Núcleo

1º Control: Comprobamos el contacto entre los 4 elementos que forman el núcleo (tornillos y tuerca). Acoplamos un imán al extremo de un tornillo y comprobamos que los extremos de los otros dos atraen pequeños clavos o trozos de hojalata

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Construcción de un motor 3

C Rotor

Nota: Para realizar las bobinas daremos 160 vueltas para cada una de ellas. 2º Control: Comprobamos que las bobinas funcionan como electroimanes. Conectamos un polo de la pila al extremo de la bobina y el otro polo al núcleo de hierro y conseguimos un electroimán que podrá sostener un peso considerable. Realiza la comprobación para las tres bobinas

D Base

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Construcción de un motor 4

3.- Procesos de los cambios respecto del vídeo.

1: Preparamos las tres delgas curvando ligeramente la lámina de cobre (pieza 6) o de hojalata para montarlas sobre el eje

3.1 COLECTOR DE DELGAS

2: Regruesamos con cinta aislante la zona del eje donde montamos las delgas

3: Preparamos los extremos de las bobinas, los rascamos para quitarle el barniz y sobre la zona regruesada llevamos cada extremo frente a la bobina contigua

4: Situamos las tres láminas (delgas) sobre los hilos de cobre, cuidando de que queden paralelas y simétricas. Con hilo de coser o cinta aislante sujetamos los extremos de las delgas dejando descubierta una zona de 5 mm como mínimo.

3º Control: Contacto entre las delgas y los hilos que están debajo. Realizamos la comprobación anterior, de bobinas como electroimanes, uniendo un polo de la pila al núcleo y con el otro tocando cada una de las delgas

3.2 MONTAJE DEL ROTOR SOBRE LA BASE (ESTATOR)

1: Sobre un rectángulo de contrachapado, más ancho que el diámetro de la circunferencia máxima de giro del motor y un poco mas largo que la longitud del eje, montamos 2 chapas en ángulo, pegadas o atornilladas sobre dos pequeños tacos. Previamente se habrá realizado sobre las chapas los agujeros para introducir el eje del motor. Este agujero quedará a una altura mayor que el radio máximo de giro del motor para que no toque en la base.

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Construcción de un motor 5

2: Montamos el rotor sobre los apoyos y para evitar que se salga (posicionamiento axial) utilizamos 2 arandelas plásticas o metálicas dobladas.

3: Sobre la base en la que tenemos montado el rotor tenemos que montar los imanes. Sobre unos tacos y a la altura que coincida con la bobina en horizontal, pegamos los imanes en los tacos, de manera que se enfrenten polos opuestos. A continuación pegamos los tacos en la base de forma que los imanes queden muy próximos al extremo de las bobinas sin tocarse.

4º Control: Comprobación del giro del rotor montado. Damos un pequeño impulso al rotor y observamos que gira libremente y con facilidad

3.3 FIJAMOS LAS ESCOBILLAS A LA BASE

2: Las clavamos sobre un taco pequeño de manera que cuando las acoplemos a la zona del colector de delgas realicen sobre éste una pequeña presión.

1: Realizamos con hojalata 2 escobillas con un agujero para fijarlas a un taco y otro para conectar el cable.

5º Control: Comprobación del giro del motor a la máxima velocidad con las escobillas móviles. Haremos contacto con las escobillas en las delgas y las vamos girando en paralelo hasta que el motor gira a las máximas revoluciones. Si es necesario giramos el colector de delgas para que las escobillas queden en vertical

3: Damos corriente a las escobillas, respetando los polos de la pila y posición de las escobillas móviles y comprobamos que el motor arranca en cualquiera de las 6 posiciones de reposo. Si falla en algunas movemos ligeramente las delgas para que se produzca el arranque. para que el arranque sea óptimo una de las escobillas tocará en 2 delgas a la vez.

arranca bien tiene dificultades

6º Control: Comprobamos que el motor gira con las escobillas fijas aunque tengamos que darle una pequeña ayuda

7º Control: Comprobamos el arranque del motor en cualquiera de las 6 posiciones

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Construcción de un motor 6

4.- Ejercicios voluntarios. - Diseña y construye un interruptor de para suministrar corriente al motor. - Representa el esquema eléctrico del conjunto. NOTAS: Para vencer la inercia en el arranque y conseguir más potencia, en caso de ser necesario, utilizamos 2 pilas de petaca conectadas en serie. Si queremos mejorar el rendimiento del motor hemos de procurar que la presión de las escobillas no sea muy grande pero que el contacto sea bueno (lijamos escobillas y delgas antes del montaje). Además lubricaremos con aceite los apoyos del eje y dejaremos un poco de juego entre los apoyos y las arandelas de posicionamiento axial.

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Construcción de un motor 7

4.- Hoja de control.

COMPROBACIÓN OBSERVACIONES SUPERVISADO

Contacto entre los 4 elementos que forman el núcleo (tornillos y tuerca)

Las bobinas funcionan como electroimanes

Contacto entre las delgas y los hilos que están debajo

1º

El rotor montado en la base gira con facilidad

El motor gira a la máxima velocidad con las escobillas móviles

El motor gira con las escobillas fijas (podemos ayudarle para que arranque)

Arranque del motor en cualquiera de las 6 posiciones de reposo

FECHA

2º

3º

4º

5º

6º

7º

NOTA: En las observaciones anotaremos los problemas que encontramos cuando la comprobación no es satisfactoria al primer intento, y las soluciones que adoptamos para arreglar los problemas.

FICHA DE CONTROL

Alumnos: Curso:

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