Magnetitzant amb la Terra

Segurament coneixerem la manera més senzilla de magnetitzar una agulla o un tros de ferro: només cal agafar un imant i fregar-lo per l’agulla però només en un sentit (com si féssim cercles tocant l’agulla per la part baixa).

Hi ha però una manera espectacular i sorprenent de magnetitzar una barra metàl·lica: utilitzar en comptes d’un imant el camp magnètic terrestre!

Només hem de disposar d’una brúixola i una barra de material ferromagnètic… evidentment el camp magnètic de la Terra sempre el tenim disponible.

Inicialment hem de comprovar que la barra no està imantada, l’acostem a la brúixola i verifiquem que li produeix només una petita atracció (tant per un extrem com per l’altre) degut a que tots els materials ferromagnètics són atrets pels imants (en aquest cas el de la brúixola).

Seguidament agafem la barra i la deixem caure al terra des d’una alçada d’un metre (aproximadament) però tenint en compte d’alinear-la amb el camp magnètic de la Terra (utilitzem la brúixola per comprovar-lo). Podem repetir aquesta acció tres o quatre vegades.

Acostem ara la barra per un extrem a la brúixola i observarem que s’ha convertit en un imant perquè per un costat repel clarament el pol nord de la brúixola i per l’altre extrem l’atrau, hem magnetitzat la nostra barra!

Si ara la volem desmagnetitzar hem de repetir l’experiència però deixant caure la barra perpendicularment al camp magnètic de la Terra, en aquest cas costa més d’obtenir el resultat desitjat i ho haurem de repetir vàries vegades.

Vaig tenir el plaer d’observar (astorat evidentment) per primera vegada aquesta experiència realitzada i explicada per en Lorenzo Ramírez que la té documentada al seu bloc Experimentació lliure que us recomano de llegir i fer-vos-hi subscriptors. Darrerament l’Anicet Cosialls també l’ha anat presentant a diferents fires de ciència amb un èxit indiscutible.

Explicació d’aquest fenomen:

Els dominis dels materials ferromagnètics és reordenen sempre en presència d’un camp magnètic exterior (magnetització induïda) , però la majoria d’ells tornen a la situació inicial al cessar el camp.

En aquest cas, en deixar caure la barra i xocar amb el terra, aquesta energia extra subministrada i absorbida per la barra fa vibrar el material i permet el canvi de direcció estable dels dominis (desordenats inicialment en la barra desimantada) i es reorganitzen tots ells seguint (podem dir per simpatia) la direcció del camp magnètic terrestre, de forma similar al que passa quan es solidifica un magma magnètic.

Gràcies Lorenzo per la teva aportació en l’explicació, gens senzilla, del fenomen.

Una pila que roda sola

Si ja vas veure El motor més senzill del món, ara pots gaudir de El vehicle elèctric més simple de l’Univers.

Corrent elèctric (blau), camp magnètic (vermell) i força magnètica i moviment (verd) en la pila que roda sola

El material necessari és, com sol ser habitual, uns imants de neodimi, una pila AA i paper d’alumini (del de cuina). Només cal que els imants de neodimi tinguin un diàmetre un xic superior a la pila i enganxar els imants als dos costats de la pila però amb els pols nord (o sud) enfrontats tal com es pot veure en l’esquema.

El paper d’alumini i els dos imants, conductors elèctrics, fan que el circuit elèctric es tanqui i es generi un corrent (color blau) en sentit horari en el dibuix. El camp magnètic intens (color vermell) actua sobre aquest corrent elèctric realitzant una força magnètica sobre cada imant, seguint la regla de la mà dreta, que fa desplaçar el conjunt en el mateix sentit (color verd) que la força, cap a dins de la pantalla.

Si els dos imants de neodimi són de diferent diàmetre el conjunt es desplaçarà igualment però descrivint un moviment de rotació sobre la taula de forma contínua. Aquesta darrera idea està extreta d’una demostració d’en Lluís Nadal i Balandras, professor de l’institut Lluís de Requesens de Molins de Rei i un dels millors divulgadors científics de Catalunya, gràcies Lluís!

Bé, i ara cap a la cuina a buscar el paper d’alumini…

Tren magnètic

Sorprenent! En aquests temps que es parla tant del Maglev (tren de levitació magnètica) nosaltres podem fer fàcilment un tren magnètic que no levita però que circula curiosament per dintre un solenoide.

Com sempre aprofitem els camps magnètics intensos creats per imants de neodimi i només necessitem una pila AA i fil conductor que ha de ser de material no ferromagnètic (per raons òbvies) però no ha d’estar esmaltat. Així doncs no ens serveix el fil de coure que s’utilitza normalment per fer bobines per motors o electroimants.

La màquina del tren està composta d’una pila amb un o dos imants al davant i també al darrera tenint en compte que els seus pols han d’estar confrontats tal com es veu al dibuix.

El solenoide ha de tenir un diàmetre lleugerament superior al dels imants de neodimi i que alhora ha de ser també una mica més gran que el diàmetre de la pila (per tal de facilitar el contacte dels imants amb les espires del fil conductor).

El corrent elèctric que circula per l’espira crea un camp magnètic que…

El funcionament és relativament senzill d’explicar: es crea un circuit elèctric (pol positiu de la pila – imant de neodimi – solenoide – imant de neodimi – pol negatiu de la pila) de manera que en circular aquest corrent elèctric per la bobina crea un camp magnètic oposat a l’imant del davant i del mateix sentit que l’imant posterior. Aquesta configuració realitza doncs un parell de forces i ambdues empenyen cap endavant el conjunt imant – pila – imant.

Tal com es pot veure en el vídeo el moviment s’atura quan el primer imant perd el contacte i per tant el corrent elèctric deixa de circular. També podem veure en el vídeo que el tren circula en un sentit i aquest depèn de la polaritat dels imants, de la polaritat de la pila i del sentit de rotació de la bobina.

 

Caiguda lenta

Camp magnètic (vermell) creat per l’anell i camps magnètics (blau) creats pels corrents de Foucault

Un efecte curiós degut als corrents de Foucault i que té una aplicació directa als frens elèctrics que porten els autocars i camions.

Aquest efecte es pot observar de moltes maneres però en aquest cas ho fem deixant caure un imant de neodimi en forma d’anell. Primer ho fem utilitzant una vareta de fusta: l’imant cau pràcticament en caiguda lliure, la fricció és pràcticament nul·la. Després repetim l’experiència utilitzant un tub d’alumini (material no ferromagnètic: l’imant no l’atrau) i observem que la caiguda és clarament molt més lenta i amb velocitat pràcticament constant.

Una primera conclusió: segons la primera llei de Newton, en el segon cas ha d’actuar sobre l’imant una força exactament igual que el seu pes però en sentit contrari per tal que la força total que actua sobre l’imant sigui nul·la i per tant mantingui el seu moviment uniforme.

La pregunta és: quina és aquesta força? Resposta: és una força magnètica deguda a que s’originen sobre l’alumini corrents anul·lars de Foucault (degut a que el metall és conductor, això no passava amb la fusta) i que generen un camp magnètic (blau) que interactua amb el de l’imant (vermell) fent una força vertical i cap amunt.

Els corrents induïts de Foucault es creen en una espira quan hi ha variació de flux de camp magnètic que la travessa. El sentit del corrent és tal que sempre s’oposa a la variació de flux, per això en el nostre cas en la part superior i inferior els sentits dels corrents són diferents, en tots dos casos generen un camp magnètic que frena la caiguda de l’imant anul·lar.

Raïm diamagnètic

Grafit pirolític, fortament diamagnètic, levitant damunt d’imants

Tothom sap que el ferro, l’acer… són atrets fortament pels imants, són materials ferromagnètics. Possiblement hem llegit alguna vegada que també hi ha materials paramagnètics i diamagnètics segons el seu comportament en presència de camps magnètics. Ara doncs estem a punt de comprovar que l’aigua és un material diamagnètic, és a dir és repel·lida per un camp magnètic.

A tall d’informació, hi ha molts altres materials diamagnètics: la fusta, molts plàstics, el coure, l’or i molts metalls pesants. El grafit pirolític és un material fortament diamagnètic de manera que es pot fer levitar damunt d’un camp magnètic tal com observem en la imatge… passa però que és car i difícil d’aconseguir ;-(

Què necessitem? Només els ja clàssics imants de neodimi, raïm, una palla de beure i una mica de fil. Enfilem dos grans de raïm a les puntes de la palla i amb el fil suspenem el conjunt en equilibri horitzontal.  Ara acostem els imants a un dels grans de raïm i observarem que lentament el raïm s’allunya… si repetim el procés amb l’altre raïm aconseguirem aturar la rotació i després moure el conjunt en sentit contrari.

Així doncs hem pogut comprovar com l’aigua (que és bàsicament el que conté un raïm) és repel·lida lleugerament per un camp magnètic degut al seu diamagnetisme.

Reflexioneu-hi, reflexioneu-hi… sobretot el 31 de desembre a les dotze de la nit. Bon any nou!