EL ENIGMA MAGNÉTICOb

2013
TÍTULO DEL TRABAJO:“EL ENIGMA MAGNÉTICO”
1.Juan Pablo UriolBalbín
3.Ana Paula Pita Ripa
2.Josep Hernández Rubio
4.
Curso :1º
Centro: CUMBRES SCHOOL
Ciclo (ESO/BAC/CFGM):BAC
Categoría de concurso:
Demostraciones y experimentos de Física
Nombre del profesor/a tutor/a: Vicente VerdúQuirant
1.
Objetivo del trabajo
Observar las propiedades de un fluido magnético, siendo la más notable la formación de picos cuando se pone
cerca de un campo magnético moderado.
2.
Material y Montaje
 Ferro-fluido. Lo podemos conseguir mezclando tóner de impresora con aceite vegetal.
 Imán de neodimio o también llamado metal de tierras raras.
 Mesa y enchufes para realizar el experimento y poder visualizar el material complementario en un portátil.
 Panel para colgar fotografías e imágenes.
3. Principio físico en que se basa
Un ferro-fluido es un líquido que reacciona en presencia de un campo magnético. Básicamente se puede decir que se
imanta, es exactamente lo mismo que pasa cuando acercas un clavo a un imán, solo que no poseen ferromagnetismo, o
sea que no poseen la capacidad de mantener la fuerza magnética una vez retirado el imán.
4.
Descripción del procedimiento, medida o aplicación y resultados
Los ferro-fluidos están compuestos por partículas ferro-magnéticas microscópicas suspendidas en algún disolvente
orgánico o en agua. También pueden poseer acido oleico, acido cítrico y lecitina de soja como surfactantes. Que
quiere decir surfactante? significa que reducen la tensión superficial de un liquido, sirve para que las nanopartículas del ferro-fluido no decanten.
Todas estas nano-partículas ferro-magnéticas suspendidas en el liquido buscan alinearse con el campo
electromagnético, es exactamente lo mismo que ocurre si se pone un papel con limaduras de hierro sobre un imán
(lo observaremos). Al estar suspendidas dentro del líquido, este fluido toma la forma del campo magnético, a esto
se le llama paramagnetismo.
Tiene muchas aplicaciones en la vida cotidiana, entre las más importantes se encuentran:
1. En el ámbito de la óptica, ya que sus propiedades refractivas reflejan la luz llegando a prevenir la ceguera.
Es una nueva forma para tratar el desprendimiento de la retina. En la actualidad los médicos emplean un fluido de
silicona para colocar la retina dañada nuevamente en su lugar. Sin embargo, los ferrofluidos pueden
implementarse como una forma más precisa y efectiva. Esto se debe a que pueden ser dirigidos a lugares más
precisos usando un campo magnético externo. Esto podría ser especialmente útil para llegar a lugares de difícil
acceso dentro del ojo. Hasta ahora las pruebas sólo se han hecho en laboratorios, pero se espera hacerlas pronto en
animales y después en humanos. Pero el doctor Paul Sullivan, de Moorsfield Eye Hospital piensa que no es
posible implementar esta alternativa, pues la silicona y algunos materiales del ferrofluido, como el Cobalto, pueden
ser tóxicos. Otros, como Judy Riffle, profesora de química de Virginia Tech, piensan que esta nueva técnica podrá
desarrollarse satisfactoriamente.
2. En la industria de Estados Unidos se utiliza como pintura absorbente de las ondas de detección de los
radares. El material contribuye a reducir la sección cruzada de radar de los aviones.
3. Otra aplicación interesante es la de la amortiguación variable(MagnetRide): Las amortiguaciones de la
suspensión de un vehículo se llena con ferro-fluido en lugar de aceite convencional, rodeando todo el dispositivo
con un electroimán permitiendo que la viscosidad del fluido pueda ser variable, de acuerdo a las preferencias del
conductor.
Básicamente lo que hacemos es exponer el metal de neodimio al ferro-fluido, con ello podemos ver como se
formarán los picos que antes hemos mencionado, obteniendo alguna de las figuras siguientes:
También explicaremos como conseguir este tipo de fluidos de forma casera, se debe mezclar a partes iguales aceite
y partículas magnéticas.
El aceite puede ser tanto mineral como vegetal o de motor. Si es de motor tiene que ser uno ligero como el SAE 10.
Como partículas magnéticas se puede utilizar:
*Polvo de ferrita
*Toner magnético de impresora láser
*Polvo de inspección magnético, usado en negocios de soldadura
*Partículas de lana de acero quemada
*Partículas raspadas de la superficie de cintas de vídeo
*Partículas extraídas de la arena por medio de un imán y una bolsa de plástico
*Tinta magnética, empleada para imprimir cheques
La cuestión es que no se puede utilizar limaduras de hierro ya que son demasiado grandes.
Lo más importante es explicar cómo y por qué se producen esos picos:
Bajo la influencia de un campo magnético el ferrofluido se magnetiza y permanece líquido. Cuando se aplica un
campo magnético a un ferrofluido, se desarrollan fuerzas internas en el líquido. Para observar los efectos de esas
fuerzas magnéticas internas:
 Se deja correr libremente un ferrofluido entre los polos de un imán con forma de herradura. El campo
generado por el imán, que actúa sobre todas las partículas del volumen de fluido que está próximo en cada
instante a los polos del imán, desvía la corriente de fluido de su trayectoria vertical.
 Se coloca verticalmente una barra metálica en un depósito plano de ferrofluido. Al aplicar un campo
magnético, haciendo pasar una corriente eléctrica por la barra, el fluido salta y rodea la barra, formando un
menisco cóncavo simétrico, ancho en la base y con tendencia a estrecharse en la parte superior. La altura
del menisco reproduce exactamente el decrecimiento de la intensidad de campo magnético en la distancia
de la barra.
Estas fuerzas internas nacen de la interacción de un campo magnético con el momento dipolar ferromagnético
característico de cada partícula coloidal. Este momento dipolar es vectorial. Su magnitud indica la intensidad de
magnetización y su dirección está determinada por la orientación de una línea imaginaria que va del polo sur al
polo norte (de ahí la forma de los picos), a través de cualquier pequeña porción de ferrofluido.
Una de las propiedades de los ferrofluidos es cierta clase de levitación. Si se colocara una esfera no magnética (por
ejemplo de vidrio) en un recipiente cerrado que contuviera un ferrofluido cuya gravedad específica fuera menor
que la de la esfera, ésta se hundiría hasta el fondo. Si el recipiente se coloca entre los polos de dos imanes de igual
intensidad, uno directamente encima del ferrofluido y el otro por debajo, la esfera sube desde el fondo del
recipiente hasta el centro del fluido. La esfera permanece allí flotando por tanto tiempo como se mantenga el
campo magnético. Este fenómeno se explica de la siguiente manera: puesto que los polos opuestos son de igual
intensidad, el campo en el centro del fluido debe ser cero y crecer simétricamente hacia afuera. Además, la energía
magnética del fluido es inversamente proporcional a la intensidad del campo, lo que significa que la energía
magnética es mayor en el centro del fluido y disminuye de forma continua con la distancia desde el centro.
Este fluido magnético se orienta según las líneas del campo del imán, un efecto similar, aunque no tan completo
como las líneas de campo formadas por las limaduras de hierro o acero cuando se acercan a un campo magnético.
La estructura de los materiales ferrosos, puede considerarse como pequeños imanes, todos desordenados. Cuando
le aplicamos un campo magnético, todos esos pequeños imanes se orientan en una misma dirección, y el elemento
(en este caso limaduras) es atraído por las líneas de campo magnético (generadas por el imán), análogo a lo que
ocurre con los ferrofluidos.
A continuación podemos apreciar gráficamente lo anterior. A la izquierda, un sección de limadura de hierro por
dentro, con todos sus “imanes” desordenados. A la derecha, se ha aplicado el campo magnético y éstos se han
alineado.