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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