18. Imanes para generar electricidad

XXVII CONGRESO DE INVESTIGACIÓN CUAM- ACMor
Imanes para generar electricidad.
Hernández de Jesús Diana Claudia, Rivera Martínez Karina, Miranda Maldonado Brian Axel, Santiago Díaz Paola.
Profesores: Miguel Ángel Flores González, Ramón Cabello Ruiz.
Preparatoria Federal por Cooperación “Lic. Andrés Quintana Roo”.
Área de Construcción de Prototipos, Nivel Preparatoria.
Modalidad: A1) Proyecto Escolar.
IMANES PARA GENERAR ELECTRICIDAD
Introducción
A medida que pasa el tiempo el hombre ha desarrollado diversas formas de generar energía eléctrica, pero
cada vez se hace más evidente la necesidad de buscar nuevas formas de generación a un costo más bajo y
con mayor eficiencia.
Actualmente, la ciencia se ha enfocado en buscar alternativas de generación de energía que sea de bajo
costo, útil, y que sus afectaciones al medio ambiente sean bajas.
Lo que se pretende con este proyecto, es impulsar el eje de un generador eléctrico (motor eléctrico
conectado en modo generador) utilizando un arreglo de imanes, lo que lograría generar la suficiente energía
eléctrica para poder encender un aparato de bajo consumo eléctrico. El impulso generado por el arreglo de
imanes es mecánico, esto es necesario porque los generadores transforman la energía mecánica en eléctrica.
Antecedentes
No se sabe cuándo fue apreciada por vez primera la existencia del magnetismo. Sin embargo, hace ya más
de 2000 años que los griegos sabían que cierto mineral (llamado ahora magnetita) tenía la propiedad de
atraer piezas de hierro, y existen referencias escritas del uso de imanes en la navegación desde el siglo doce.
Han existido imanes listos para ser recogidos y estudiados desde que ha habido seres humanos dotados de
manos para tomarlos. La falta de un método científico para comprender los fenómenos naturales, atraso el
uso aplicado de los imanes en muchos campos de la ciencia.
De los imanes que se encuentran en estado natural, los más notorios son probablemente pedazos de óxido
ferroso-férrico, o magnetita, de formula ‫݁ܨ ∙ ܱ݁ܨ‬ଶ ܱଷ o ‫݁ܨ‬ଷ ܱସ. [1]
En 1269, Pierre de Maricourt descubrió que si una aguja se deja libremente en distintas posiciones sobre un
imán natural esférico, se orienta a lo largo de las líneas que, rodean el imán, pasan por puntos situados en
extremos opuestos de la esfera. Estos puntos fueron llamados polos del imán.
En 1600, William Gilbert descubrió que la Tierra es un imán natural con polos magnéticos próximos a los
polos geográficos norte y sur. (Como el polo norte de la aguja de una brújula apunta al norte geográfico, lo
que llamamos polo magnético norte es realmente un polo sur). Hacia 1750, John Michell hizo un estudio
cuantitativo de la atracción y repulsión de los polos magnéticos por medio de una balanza de torsión. Así
descubrió que la fuerza ejercida por un polo sobre otro, varía en razón inversa con el cuadrado de la
distancia. Estos resultados fueron poco después confirmados por Coulomb. [2]
¿Qué es un imán?
Un imán es un cuerpo que posee propiedades de atraer al hierro y sus derivados, y algunos otros metales
como el níquel y el cobalto.
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A los materiales que son susceptibles a ser atraídos por un imán se les conoce por el nombre de materiales
ferromagnéticos.
Los imanes se dividen en imanes temporales y permanentes, los temporales como el hierro dulce, mantienen
sus propiedades magnéticas solo cuando está sometido a la acción de un campo magnético. Los imanes
temporales son de gran utilidad para la construcción de núcleos para electroimanes, motores, generadores y
transformadores. Los imanes permanentes, como el acero que, una vez imantado, mantiene sus propiedades
magnéticas durante largo tiempo. Para la construcción de imanes permanentes se utilizan aleaciones de:
acero-tungsteno, acero-cobalto, acero al titanio, hierro-níquel-aluminio-cobalto y otras más.
Si rompemos un imán en dos, las dos partes resultantes son dos imanes completos con sus polos
correspondientes. Si volviésemos a romper una de estas partes obtendríamos otros dos nuevos imanes. Este
proceso se puede repetir una multitud de veces y siempre obtendríamos el mismo resultado. [3]
Los polos de un imán son conocidos como zonas de máxima atracción. El efecto magnético disminuye a lo
largo del imán al aumentar la distancia a los polos. En el centro, entre los polos, no se presenta ningún efecto
magnético (zona neutra).
El polo que mira al norte se denomina polo norte (N) del imán y el que mira al sur se llama polo sur (S). Los
polos del mismo tipo se repelen, esto quiere decir que dos imanes que se miran de frente con el mismo polo
(N-N o S-S), no se pueden acercar entre ellos, esto debido a una fuerza magnética de repulsión, caso distinto
es la atracción, que se crea al tener dos imanes que se miran de frente con polos distintos (N-S o S-N).
La magnetización es el ordenamiento de los imanes elementales en una dirección. Los imanes elementales
se forman por el spin (giro, impulso de giro) de los electrones.
El campo magnético, es el espacio alrededor de un imán, en el que actúan las fuerzas magnéticas y que se
concibe atravesado por las líneas del campo magnético.
Cuando dos cuerpos ejercen fuerza el uno sobre el otro sin tocarse, se dice que hay un campo de fuerzas
entre estos cuerpos. Según la causa de la fuerza, se distingue entre campos eléctricos, magnéticos y
gravitatorios.
Las líneas de campo magnético van por fuera del imán desde el polo norte al polo sur, y por dentro desde el
polo sur al polo norte. El polo norte de una aguja magnética señala en el sentido antes definido por las líneas
de campo. Estas líneas de campo cambian en presencia de otro campo, por ello se puede observar la
atracción o repulsión de los imanes. [4]
Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre dos
de sus puntos, llamados polos, terminales o bornes. Los generadores eléctricos son máquinas destinadas a
transformar la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo
magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura. Si mecánicamente se produce un
movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generara una fuerza electromotriz (F.E.M.).
Objetivo
Generar energía eléctrica utilizando un generador, impulsado en su eje por un arreglo de imanes.
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Hipótesis
Es posible impulsar el eje de un generador eléctrico, por medio de un arreglo de imanes que pueden girar por
tiempo indeterminado, logrando hacer que el generador eléctrico genere un cierto potencial eléctrico a su
salida.
Metodología
Primer se debe realizar una investigación exhaustiva, para adquirir o reforzar los conocimientos teóricos de
los imanes y los generadores. Conocimientos necesarios para la realización del proyecto.
Para el desarrollo del proyecto, es necesario contar con varios imanes de neodimio o de altavoces, no hay un
número exacto a utilizar, ya que la velocidad de giro dependerá del campo magnético generado, esto quiere
decir que mientras más imanes tengamos juntos, más grande será se campo magnético. Con esto, es posible
lograr repeler el grupo de imanes con un grupo del mismo tamaño o más grande, con mismo polo.
Los imanes se pegarán en forma de arreglo en una circunferencia, la cual puede ser obtenida de una madera
circular o de un cd de audio o video. Posteriormente en el centro de la circunferencia se le pegara un eje, el
cual estará conectado directamente con el eje del generador eléctrico. Con un imán o de ser necesario con
otro arreglo de imanes, se impulsara el primer arreglo, el cual al girar la circunferencia, su eje también lo hará,
logrando que el eje del generador haga lo mismo, en el momento que el eje del generador gire, se comenzará
a producir un cambio de potencial en sus conexiones de salida, produciendo energía eléctrica.
Las conexiones de salida del generador, estarán conectadas a un aparato de bajo consumo, logrando hacer
que encienda. Es necesario en un principio que el aparato sea de bajo consumo, ya que el arreglo no es muy
complejo y las velocidades alcanzadas son bajas.
Finalizar el proyecto mostrando los resultados y conclusiones en el XXVII Congreso de Investigación CUAMAcMOR.
Resultados y conclusiones:
Los resultados y conclusiones serán expuestos durante el XXVII Congreso de Investigación CUAM-AcMOR,
BIBLIOGRAFÍA:
[1] L.W. McKEEHAN, Magnetismo Van Nostrand momentum books, Volumen 16, Editorial Reverte, 1968,
pag.13.
[2] Paul A. TIPLER, Física para la ciencia y la tecnología Tipler Mosca, Volumen 2, Editorial Reverte, 2003,
pg. 781-782.
[3] Pablo Alcalde San Miguel, Electrotecnia, 1ra Edicion, Editorial Paraninfo, Madrid, España, 2011, pg. 128129
[4] Bastian et al., Electrotecnia Ciclos Formativos, 21 edición Alemana, Editorial Akal, Madrid, España, 2001,
pg. 74-76
https://www.youtube.com/watch?v=4Ge2h8Apgd8