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I.E.S. VICTORIA KENT (TORREJÓN DE ARDOZ)
IMANES EN ACCIÓN
DIAMAGNETISMO
RIFLE DE GAUSS
JUSTIFICACIÓN Y OBJETIVOS
Mostrar algunos efectos sorprendentes y espectaculares debidos al magnetismo.
NIVELES
PROFESORES DEL CENTRO
ESO
Y BACHILLERATO
MIGUEL ÁNGEL GÓMEZ CRESPO
ALFONSA CAÑAMERO LANCHA
IGNACIO QUIRÓS GRACIÁN
DIAMAGNETISMO
Material necesario
Cuatro imanes de boro-neodimio.
Una lámina muy fina de grafito.
Aplicación didáctica
Mostrar el fenómeno del diamagnetismo
En 1847 Michael Faraday descubrió que una
muestra de bismuto era repelida por un imán
potente, a este comportamiento le denominó
diamagnetismo. Se trata de un efecto muy débil, difícil de medir, que presentan otras sustancias como, por ejemplo, el agua, el benceno o
el grafito.
Una forma sencilla de abordar el diamagnetismo, es explicar, que se trata de una propiedad de
la materia resultado de aplicar la ley de Lenz a
escala atómica. Todos los átomos contienen electrones que se mueven libremente y cuando se
aplica un campo magnético exterior se induce
una corriente superpuesta cuyo efecto magnético es opuesto al campo aplicado. Otra forma de
explicar el diamagnetismo es a partir de la configuración electrónica de los átomos o de los sistemas moleculares. De esta forma, el comportamiento diamagnético lo presentan sistemas
moleculares que contengan todos sus electrones apareados y los sistemas atómicos o iónicos
que contengan orbitales completamente llenos.
Es decir, los espines de los electrones del último
nivel se encontrarán apareados. El diamagnetismo se presenta en todos los sistemas aromáticos (por ejemplo, el benceno y sus derivados)
en los que aparece un anillo de 4n ⫹ 2 electrones ␲ conjugados.
Un efecto muy espectacular basado en el diamagnetismo es hacer levitar una lámina muy fina
de grafito sobre cuatro imanes potentes, tal como
se muestra en la foto. Se alternan sus polos N
y S para conseguir una zona de estabilidad en
el centro y facilitar que el grafito quede estable
y levitando.
Pueden encontrarse otras experiencias para mostrar el diamgnetismo con sustancias caseras en:
http://rinconciencia.go.to
ACELERADOR MAGNÉTICO. RIFLE DE GAUSS
Material necesario
Cuatro imanes de boro-neodimio.
Nueve bolas de acero.
Una regla de madera o de plástico de 50 cm
de longitud.
Cinta adhesiva.
Aplicación didáctica
El acelerador magnético lineal, conocido también
como rifle de Gauss, es un sencillo dispositivo
que permite lanzar una bola de acero a gran velocidad.
Sobre una regla o un listón de madera se colocan los cuatro imanes alternando sus polos.
Es preferible que la regla tenga un surco en su
centro, aunque no es necesario. La distancia entre los imanes es la equivalente a cuatro veces
el diámetro de las bolas de acero que vayamos
a utilizar. Sujetamos los imanes fuertemente a
la regla con cinta adhesiva, procurando que el
eje del imán esté a la misma altura que el centro de las bolas. Todo el conjunto debe quedar
perfectamente alineado.
Colocaremos ocho de la bolas distribuidas por
parejas detrás de cada
uno de los imanes, tal
como muestra la foto. La
bola restante es la que
hace que comience la
reacción en cadena: cuando ésta se acerca al primer imán transfiere su
energía y la tercera bola
sale disparada hasta llegar al segundo imán, después saldrá la quinta, la
séptima y por último la novena bola que es lanzada con una energía cinética bastante más alta que
la que tenía la primera
bola. Para volver a disparar se colocan otra vez
las bolas en la posición
inicial.
¿En qué se basa este dispositivo?
El punto de partida consiste en lanzar una bola
sobre un primer imán. En la colisión, se transfiere la energía a otra bola, de manera similar al
juego del billar, la segunda bola transfiere energía a la tercera, y así sucesivamente. Se van produciendo incrementos de energía, debido a que
la bola que sale despedida acaba siempre más
cerca del segundo imán que del primero y se
van acumulando según se va pasando por una
sucesión de campos magnéticos. Podemos decir que aumenta la energía cinética, en cada choque, a costa de la energía potencial.
Pueden encontrarse instrucciones para construir este dispositivo con material casero en:
http://rinconciencia.go.to