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Péndulo magnético efecto Curie
Eduarli José Bermúdez Perea
Juan Camilo Ospina Galeano
Universidad Popular del Cesar
Facultad de ciencias básicas de la educación
Licenciatura en matemáticas y física
Valledupar- Cesar
2016
Péndulo magnético efecto Curie
Eduarli José Bermúdez Perea
Juan Camilo Ospina Galeano
Trabajo presentado como requisito de evaluación parcial
en la asignatura de electromagnetismo grupo 15
Licenciado. Juan Pacheco Fernández
Universidad Popular del Cesar
Facultad de ciencias básicas de la educación
Licenciatura en matemáticas y física
Valledupar- Cesar
2016
Péndulo magnético efecto Curie
PRESENTACION DE LA SITUACION
El efecto Curie aparece en muchos experimentos de física, Este nos explica que
cuando un material con propiedades magnéticas se calienta hasta una
determinada temperatura, pierde esas propiedades. Es una modificación interna, no
visible.
Teniendo en cuenta esto, es muy sencillo explicar porque funciona. El anillo de hiero
o arandela de acero es de un material magnético. Éste es atraído por el imán, pero
ello hace que se ubique justo arriba de la llama. Ella lo calienta hasta alcanzar su
temperatura crítica en donde pierde sus propiedades magnéticas, el imán lo deja de
atraer y cae. Cuando se enfría, recupera esas propiedades magnéticas, es atraído
nuevamente por el imán y el ciclo se repite.
OBJETIVO GENERAL
Analizar como fluye el aumento de la temperatura en las propiedades magnéticas de
un péndulo magnético.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
o Describir el fenómeno de un péndulo magnético que oscila al cambio de sus
propiedades influidas por la temperatura.
o Identificar los principios y propiedades magnéticas en el fenómeno.
o Aplicar los principios electromagnéticos y propiedades en la oscilación de un
péndulo.
TEMA
Para la realización del experimento nos auxiliamos de varios conceptos físicos como
son el magnetismo, campos magnéticos, oscilación, temperatura, péndulo, etc.
CAMPO MAGNÈTICO: Es todo el espacio, donde actúan las líneas de fuerza
magnética, las líneas de fuerzas representa la energía del campo magnético del
imán.
MAGNETISMO: Conjunto de fenómenos atractivos y repulsivos producidos por los
imanes y las corrientes eléctricas.
OSCILACIÒN: Espacio recorrido por un cuerpo oscilante, entre sus dos posiciones
extremas.
TEMPERATURA: en física, se define como una magnitud escalar relacionada con la
energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la
termodinámica. Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de
la energía interna conocida como «energía cinética», que es la energía asociada a
los movimientos de las partículas del sistema.
PROCEDIMIENTO
En primer lugar se necesitan los siguientes objetos para desarrollar el experimento:
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
2 paletas de helado.
1 resorte de lapicero.
1 anillo de hierro o arandela.
1 imán.
1 tabla de 15x 10 cm.
1 tijera.
1 velón o vela
1 pedazo de alambre de cobre.
1 barra de silicona.
1 pistola de silicona.
Péndulo magnético- efecto Curie
Paletas de helado
Resorte de lapicero
Imán
Anillo de hierro o arandela
Tabla 15x10 cm
Tijeras
Alambre de cobre
Velón o vela
Pistola de silicona
Silicona
Para comenzar, preparamos la altura y la separación con las paletas de helado "
una vertical y se pega la otra horizontalmente", untando suficiente cantidad de
silicona caliente para que no se vaya a dañar la estructura formada para el
péndulo, luego de esto se pega el anillo de hierro o arandela de la parte superior de
la estructura formada.
Por consiguiente, preparamos a poner el resorte; este fue sacado de un lapicero y
formamos con el una circunferencia pequeña y le anexamos el pedazo de alambre
de cobre para formar el péndulo. "El mismo péndulo se puede hacer con alambre de
hierro, aunque sería mejor que lo hagas con alambre de cobre o aluminio".
Seguidamente, se coloca el imán en una de las paletas," en la que esta
verticalmente".
Sólo falta colocar la vela. La llama de la misma no debe tocar el imán, ni estar muy
cerca de él, pues sólo “soportan” una temperatura de 80°C. La vela debe estar justo
debajo del anillo o la arandela, cuando ésta es atraída por el imán.
Para hacer funcionar este péndulo de Curie sólo se debe encender la vela y
esperar un par de segundos y notaremos que el péndulo comenzará a oscilar.
Con este experimento se puede dar conocer la teoría dada a conocer por el físico
francés Pierre Curie sobre como la temperatura afecta el magnetismo.
Se demuestra las fragancias del efecto magnético cuando este está a cierta
temperatura.es decir, en todos los ferromagnéticos se encontró un descenso de la
magnetización cuando la temperatura está en un estado crítico el efecto magnético
baja a cero.
MODELACIÓN MATEMÁTICA
Se denomina temperatura de Curie (en ocasiones punto de Curie) a la temperatura
por encima de la cual un cuerpo ferromagnético pierde su magnetismo,
comportándose como un material puramente paramagnético. Esta temperatura
característica lleva el nombre del físico francés Pierre Curie, que la descubrió en
1895.
Pierre Curie descubrió, junto a su hermano Jacques, el efecto piezoeléctrico en
cristales, estableciendo que la susceptibilidad magnética de las
sustancias paramagnéticas depende del inverso de la temperatura, es decir, que
las propiedades magnéticas cambian en función de la temperatura. En todos los
ferromagnetos encontró un descenso de la magnetización hasta que la temperatura
llegaba a un valor crítico, llamada temperatura de Curie (Tc), donde la
magnetización se hace igual a cero; por encima de la temperatura de Curie, los
ferromagnetos se comportan como sustancias paramagnéticas.
La ley indica que los materiales paramagnéticos tienden a volverse cada vez más
magnéticos al aumentar el campo aplicado, y cada vez menos magnéticos al
elevarse la temperatura. La relación fue descubierta experimentalmente por Pierre
Curie en 1896. Sin embargo, la Ley sólo es aplicable a temperaturas elevadas o
campos magnéticos débiles, ya que falla en la descripción del fenómeno cuando
los momentos magnéticos se hallan alineados; es decir, cuando nos acercamos a la
saturación magnética. En este punto, la respuesta del campo magnético al campo
aplicado deja de ser lineal. Llegado al punto de saturación, la magnetización es la
máxima posible y no crece más, independientemente de que se aumente el campo
magnético o se reduzca la temperatura.
Sustancia Tc (K)
Co
1400
Fe
1043
Fe2B
1015
Fe3O4
858
NiOFe2O3
858
CuOFe2O3 728
MgOFe2O3 713
MnBi
630
Cu2MnAl
630
Ni
631
MnSb
587
MnB
578
En un material paramagnético, la ley de Curie establece que la magnetización del
material es directamente proporcional al campo magnético aplicado e
inversamente proporcional a la temperatura.
Agregando la constante de proporcionalidad, se obtiene la siguiente ecuación:
𝑀 = 𝐶.
𝐵
𝑇
Siendo:

𝑀
es la magnetización resultante.

𝐵
es la inducción magnética, medido en teslas.

T
es la temperatura absoluta, en kelvin.

𝐶
es la constante específica del material (constante de Curie).
DERIVACION
Supóngase un sistema de N espines s=1/2 localizados en contacto con un foco
térmico. Las energías posibles para un espín son:
𝑬 = 𝝁𝑩 = 𝒈𝝁𝑩 𝑩𝒎𝒔
𝒈=𝟐
La función de partición de uno de estos espines vendrá dado en la colectividad
canónica por:
𝒛 = ∑𝒊 𝒆−𝜷𝒆𝒊 = 𝒆𝜷𝝁𝑩 𝑩 + 𝑬−𝜷𝝁𝑩 𝑩 = 𝟐 𝐜𝐨𝐬 𝒉(𝜷𝝁𝑩 𝑩)
𝜷=
𝟏
𝑲𝑩 𝑻
Dado que los espines se han supuesto localizables la función de partición total será
la función de partición de un espín elevado a N
𝒁𝑵 =𝒁𝑵
La entalpía libre de Gibbs vendrá dada por:
𝑮=−
𝟏
𝑵
𝐥𝐧(𝒁) = − 𝐥𝐧(𝟐 𝐜𝐨𝐬 𝒉(𝜷𝝁𝑩 𝑩))
𝜷
𝜷
Aplicando que en un sistema magnético:
𝑴 = −(
𝝏𝑮
)𝑻
𝝏𝑩
Se tiene que:
𝑴 = 𝑵𝝁𝑩 𝐭𝐚𝐧 𝒉(𝜷𝝁𝑩 𝑩)
Para el límite de altas temperaturas T tiende a infinito de modo que tiende a 0. En
ese límite realizando un desarrollo en serie de Taylor de la tangente hiperbólica se
tiene que:
𝑴 = 𝑵𝝁𝑩 𝑩 𝐭𝐚𝐧 𝒉(𝜷𝝁𝑩 𝑩) = 𝑵𝝁𝑩 𝜷𝝁𝑩 𝑩 = 𝑪
𝑩
𝑻
𝑪=
𝝁𝟐𝑩 𝑵
𝒌𝑩
BIBLIOGRAFÌA
o www.Youtube.com, como hacer un motor magnético de efecto Curie
consultado 15/noviembre/ 2016.
o www.experimentosdefisica.net
o es.wikipedia.org/Ley_de_curie
o