Bombolles

Atracció per inducció electrostàtica

Atracció per inducció electrostàtica

Fregar un globus i produir electricitat estàtica és un fenomen bastant conegut. En aquesta experiència comprovarem primer l’atracció electrostàtica, per inducció, sobre una bombolla de sabó de manera que la farem caminar apropant-li el globus carregat prèviament per fregament.

Quan freguem el globus la seva superfície queda carregada negativament i en acostar-lo a la bombolla de sabó les càrregues positives són atretes i les negatives repel·lides de manera que es crea una petita diferència (per qüestió de distància) entre la força atractiva i la repulsiva, guanyant evidentment la primera: la bombolla es desplaça cap el globus. De fet, filant més prim, realment no hi ha separació de càrregues sinó que les molècules polars de l’aigua s’orienten totes en un sentit fent el mateix efecte.

La segona proposta consisteix en experimentar visualment i amb bombolles (una dins l’altra) l’efecte anomenat gàbia de Faraday.

Una gàbia de Faraday és qualsevol recinte recobert de material conductor, en el nostre cas la bombolla exterior. La presència del material conductor provoca que el camp electromagnètic a l’interior del recinte sigui sempre nul de manera que la bombolla interior no nota la presència del globus carregat i per tant es manté quieta mentre observem que l’exterior es belluga en la direcció del globus.

Aquest fenomen té bastants efectes en la vida quotidiana, per exemple, és el que impedeix que puguem escoltar la ràdio dins d’un túnel (si aquest té una malla metàl·lica de l’encofrat) o que dins un cotxe estarem segurs davant la caiguda d’un llamp.

Caiguda lenta

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

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.

Una flamera que gira

Com podem fer girar una flamera d’alumini sense tocar-la? Només necessitem uns imants, millor de neodimi.

L’alumini no és un material ferromagnètic de manera que els imants no atrauen la flamera (ho observem al principi del vídeo) però si fem voltar els imants per dins de la flamera, sense arribar a tocar-la, observem que aquesta comença a rodar. Per què passa això?

Aquest fenòmen es deu a l’aparició de corrents elèctrics de Foucault en la flamera (l’alumini no és ferromagnètic però si conductor de l’electricitat), aquests corrents originen alhora un camp magnètic oposat al dels imants de neodimi i això provoca el gir de la flamera. De fet és com si tinguéssim dos imants, el de neodimi i el que es genera a la flamera, que en provocar una repulsió entre ells fan que la flamera es mogui.

Per ser científicament més exactes, els corrents induïts de Foucault apareixen (en la superfície de la flamera) quan varia el flux de camp magnètic (provocat pels imants de neodimi) que travessa un circuit elèctric (la superfície de la flamera és conductora) i el sentit del corrent induït es crea de manera que s’oposa a la variació del flux que el produeix (com un imant oposat a l’altre).

Nota: Cal tenir present que aquest fenòmen només el podem observar si movem els imants de neodimi perquè només en aquest cas provoquem una variació de flux de camp magnètic. Quan més ràpid movem els imants més pronunciat serà el fenòmen perquè la variació de flux és més gran. Si els imants estan estàtics generen un camp magnètic, que pot ser molt intens, però no una variació del seu flux.