Magnetic field
22 Mar, 2013
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PDFField Lines
PRESENTATION: Under a plastic sheet a source of magnetic field is placed depositing on that iron filings. These are aligned along the field lines. These field lines can be visualized for different combinations of magnetic field or oil with filings to glimpse the tridimensional aspect of the phenomenon.
- Augmented Reality Comes to Physics, Mark Buesing and Michael Cook, Phys. Teach. 51, 226 (2013)
- How Are Magnetic Lines of Force Formed?, Phys. Teach. 44, 308 (2006)
INTRODUCTION: In Nature, it can be observed:
- The magnetic phenomena appear naturally in certain materials (magnet, magnetite).
- In these magnets, there are zones where the interaction is more intense (North Pole, South Pole).
- The poles interact between themselves, repelling or attracting each other.
- There are no isolated poles.
- The magnetic phenomena are manifested always a moving charge is near a magnet. In this last case, the interactions are produced through a magnetic field.
As it is a vector field, it can also be represented by field lines:
- The field lines will be proportional to its intensity.
- The direction of the field line at each point can be determined by placing a thin magnetized needle or “test needle” at each given point and observing how it is oriented. The line will be tangential to the needle.
- The orientation will be given by the direction South-North, which coincides with the orientation North-South of the magnet which creates the field.
The magnetic field unit is called Tesla. It is the intensity of the magnetic field that produces the force of a Newton on a Coulomb charge which moves perpendicularly to the field with a velocity of a meter per second.
OBJECTIVE: To visualize the magnetic field lines in different lines.
MATERIALS: several magnets (bar, circular, plane…), iron filings, transparent film, blank sheet of paper, ligth source.
SET UP: Bar magnets: over a beam of light we place the transparent film, the magnets on them, and a blank sheet of paper (it is much better to be in a dark room). Now on the sheet of paper, we spread the iron filings. A lot of care must be kept and never let the magnets and the filings interact because it will be difficult to separate them.
In the case of the circular magnet, we simply place the transparent film on it and spread the filings on it.
EXPLANATION: It is said that the magnets create a perturbation in the space that surrounds them called the magnetic field. The fields are represented by means of lines of force. All the magnets have two poles and the lines of force are represented departing from the North Pole and entering the South Pole. Sprinkling iron filings over the magnet we can make the lines of force visible. If we place the two magnets separated with the different poles opposing each other the lines will connect the two magnets from the north pole of a magnet to the South Pole of the other. But if we place the two magnets with the same poles opposing each other, the lines cannot connect the two magnets.
CONCEPTS: magnetism, vector field, lines of force, magnetic poles, magnet, magnetic materials, attraction/repulsion, Tesla.
MORE INFORMATION:
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- MAGNETIC MATERIALS
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- UNIVERSITY OF CALIFORNIA
- PhET
TEXTS:
- R. Serway, Física, Mac Graw Hill, 2010.
- P. Tipler, Física para la Ciencia y la tecnología, Reverté, 2012.
- R. Ehrlich, Turning the World Inside Out and 174 Other Simple Physics Demonstrations, Princeton University Press, 1997.
STUDENTS 2011-2012: Jacobo Portela, Sergio Pouso, Noela Rama
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STUDENTS 2011-2012: Estrella Alonso, Lara Ferreira
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STUDENTS 2010-2011: Elena Maceiras, Diana Martínez, Sandra Martínez
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11 responses to "Magnetic field"
Parece increíble el efecto que puede tener un imán sobre las limaduras de hierro. Me parece un experimento muy llamativo que, sin duda, despertará la atención del alumnado.
En relación a esta propiedad, el paleomagnetismo es un método de datación comúnmente utilizado en Geología. Teniendo en cuenta que la Tierra es un “gran imán” en la que la polaridad se invierte aproximadamente cada 300.000 años, la polaridad es una característica representativa del momento en el que se formó una determinada roca. Es por ello que en las rocas que se van formando en la corteza oceánica, queda marcada esta característica, tal y como se explica en el siguiente vídeo. En él se explica de forma muy gráfica, la distribución de los materiales en bandas con diferente polaridad a ambos lados de las dorsales y cómo este hallazgo se produjo por casualidad.
Una forma fácil de obtener minúsculos hilos de hierro (cumplen el mismo papel que las limaduras) es cortando con unas tijeras un estropajo de lana de acero (o de hierro) de los que se utilizan en la cocina para fregar las sartenes y cazuelas.
En el siguiente enlace se muestra como construir un dispositivo para detectar las líneas de campo sin tener que añadir y retirar las limaduras de hierro constantemente.
Lo de las limaduras de hierro sobre un imán es algo que fácilmente encuentras en distintos lugares sobre ciencia. Lo que nunca había visto es hacerlo con el aceite de bebé.
Con el folio y la luz me parece muy interesante para hacer en clase, pudiendo pedirles a los alumnos que traigan cada uno los imanes que quieran e ir mirando cada imán que alineación forman las limaduras de hierro. También se les puede pedir que representen el campo magnético de su imán en la libreta, de modo que sepan un poco más como funciona el imán que ellos mismos han traído.
Lo mejor de hacerlo con el folio es que es barato y se pueden reutilizar continuamente las limaduras de hierro.
Sencillo y económico experimento, que es muy visible y que puede ayudar a comprender procesos a mayor escala, como el campo magnético terrestre, y la enorme importancia que tiene tanto para el medio físico como para lo biológico. Algo que podemos comprobar en este vídeo, donde se trata de demostrar que la orientación en la migración de las tortugas se consigue gracias a la magnetita que tienen en su organismo, la cual les ayuda a orientarse gracias al campo magnético terrestre.
La ciencia trata de darle explicación y comprensión a los fenómenos que ocurren en nuestro entorno, y cuando en el colegio los conocimientos aparecen clasificados en asignaturas, si los profesores no se esfuerzan por darle un carácter integrador con las demás, a los alumnos les dará la sensación de que con cada asignatura están viviendo en un mundo diferente.
Uniendo la física con la biología nos encontramos con que así como las limaduras de hierro se disponen en función de un campo magnético cercano a ellas, las aves migratorias, las palomas mensajeras, las abejas e incluso algunas bacterias hacen lo mismo con el campo magnético terrestre. Durante muchos años se viene estudiando el mecanismo por el cual las aves reconocen y perciben el campo magnético de la Tierra y lo utilizan en sus rutas migratorias. Aunque el proceso al completo aún está por descifrar, parece ser que la magnetorrecepción es debida a la presencia de sensores con minerales magnéticos que detectan el campo y envían señales a otros órganos transductores.
Aunque el campo magnético no es la única herramienta que utilizan las aves para orientarse durante sus rutas (también: paisaje, ríos, sol, estrellas, etc.), la importancia de conocer perfectamente el funcionamiento del campo magnético y la magnetorrecepción, radica en la posibilidad de desviar rutas migratorias de aves en peligro de extinción, por ejemplo.
Gracias al campo magnético se puede hacer que una peonza gire en el aire mientras levita. Os dejo un vídeo de como hacer un “levitron” casero. En el siguiente enlace se puede ver la explicación de este “juguete”.
Relacionada co magnetismo terrestre existe unha capa da atmósfera chamada magnetosfera, formada pola interacción ol magnetismo da terra e o vento solar.
E é en dita magnetosfera onde se encuentran los cinturóns de Van Hallen, onde se concentran partículas cargadas.
A rotura destes cinturóns dan lugar as auroras boreais.
Aquí explícase moi ben como se forman as auroras. E aquí tedes un marabilloso vídeo para que veades este fenómeno.
En la línea de los últimos comentarios, continuando con la relevancia de la magnetosfera en la formación de las auroras boreales, son precisamente las partículas procedentes de las eyecciones solares las que en su viaje hacia la Tierra entran en contacto con nuestra magnetosfera y producen uno de los espectáculos visuales más bellos del planeta: Las auroras.
¿Sabías qué ocurren simultáneamente las auroras en ambos polos a la vez? Por eso hablamos de auroras boreales (en el Norte, “northern lights”) y auroras australes (en el Sur, “southern lights”). Este fenómeno no es exclusivo del planeta Tierra, si no que también ocurre por ejemplo en Saturno. En Saturno, las auroras polares también se producen cuando partículas rápidas cargadas de electricidad alcanzan desde el Sol los polos del planeta siguiendo sus líneas magnéticas.