Imán de barra como solenoide equivalente

Un imán permanente es un imán de barra, pero un electroimán es un solenoide que funciona como un imán solo cuando se le suministra corriente eléctrica a través de él. Cuando un imán de barra se parte por la mitad, ambas partes se comportan como imanes con las mismas características magnéticas, sin embargo, cuando un solenoide se parte por la mitad, los campos magnéticos son más débiles.

Los polos de una barra magnética son fijos, pero los polos de un solenoide pueden cambiar. La fuerza del campo magnético de una barra magnética permanece constante, pero la fuerza del campo magnético de un solenoide depende de la corriente eléctrica que lo atraviesa. 

¿Qué es el magnetismo?

El magnetismo es la propiedad de una materia de ser atraída o repelida por otra materia. Esta propiedad depende del movimiento de las cargas eléctricas.

En realidad, la electricidad y el magnetismo están interrelacionados entre sí. Es por eso que la rama de la física que estudia los campos eléctricos y magnéticos juntos se conoce como electromagnetismo. Cada sustancia tiene una cantidad de átomos en su interior y una gran cantidad de electrones. Pero inicialmente, es eléctricamente neutro. Cuando se carga, genera un campo eléctrico y un campo magnético correspondiente.

Los tipos de magnetismo presentes son: 

• Ferromagnetismo
• ferrimagnetismo
• Antiferromagnetismo
• Para magnetismo
• diamagnetismo
• Súper paramagnetismo

Imán

El imán es un material presente en este mundo que es atraído o repelido por otros objetos y produce un campo magnético a su alrededor. Hay dos polos en el imán: polo norte y polo sur 

• N – N = repele
• N – S = atrae
• S – N = atrae
• S – S = repele

atracción de imanes

Los imanes siempre están presentes en forma bipolar y estos polos no se pueden aislar. Si tratamos de aislar estos polos rompiendo el imán en pedazos, entonces no estará aislado. De hecho, ahora todas y cada una de las piezas del imán tendrán su propio polo norte y polo sur individuales.

Hay básicamente dos tipos de imanes:

1. Imán permanente: estos imanes tienen una estructura interna tal que alcanzan el magnetismo de forma permanente, lo que significa que el campo magnético está siempre presente. por ejemplo, imán de barra
2. Imán temporal: Estos imanes sólo alcanzan magnetismo temporalmente siempre que estén en contacto con algún imán permanente o electricidad. por ejemplo, electroimán

Como la materia puede estar presente en cualquier estado, el imán también puede estar en diferentes estados. p.ej 

• Estado sólido: imán de neodimio,
• Estado Líquido: Ferrofluidos, y
• Estado gaseoso: en realidad, la propiedad magnética fuerte no se ve en un estado gaseoso. En estado gaseoso se puede encontrar material paramagnético no ferromagnético. Un ejemplo de gas paramagnético es el oxígeno.

Barra magnética

Un imán de barra es un objeto de forma cúbica que se compone de ciertos materiales ferromagnéticos. Tiene dos polos uno es el polo norte y otro es el polo sur. 

La mayor parte del tiempo, la mitad del imán, que es el polo norte, está coloreada de color rojo y otras partes del imán están coloreadas de color azul, que se comporta como el polo sur.

Los materiales utilizados en la fabricación de imanes de barra son hierro, níquel, cobalto o cualquier otro material ferromagnético. Hay dos polos en el imán de barra: el polo norte y el polo sur.

• N – N = repele
• N – S = atrae
• S – N = atrae
• S – S = repele

Fórmula utilizada para Bar Magnet-

La fuerza del polo del imán está dada por,

P = W / yo

dónde 

• W es el trabajo realizado por el imán para moverse alrededor del alambre, y
• I es la corriente que fluye a través del cable.

La unidad SI es N.Tesla ^-1 .

Ejemplo 1: si el trabajo realizado por el imán para moverse alrededor del cable es de 30 J y la corriente que fluye a través del cable es de 15 A. Halle la fuerza del polo.

Solución:

Sabemos que la fórmula de la fuerza del poste es, 

P = W/I

= 30 / 15

= 2 N.Tesla ^-1

Propiedades del imán de barra

• El imán de barra produce un campo magnético, las líneas del campo magnético van de un polo a otro polo del mismo imán.
• Cuando está suspendido libremente, el norte del imán se dirige hacia el polo norte de la tierra donde está presente el sur magnético de la tierra y el sur del imán se dirige hacia el polo sur de la tierra donde está presente el norte magnético.
• La densidad de las líneas de campo magnético es máxima en los polos, por lo que el magnetismo es más fuerte en los polos.
• Las líneas de campo magnético producidas por los imanes de barra no se cruzan.

Usos del imán de barra

• Los imanes de barra grandes se pueden usar en sitios de basura para hacer la separación magnética de la basura.
• Los imanes de barra tienen alcance en el campo médico para curar enfermedades.
• Los imanes de barra se utilizan en laboratorios para diversos fines.
• Los imanes de barra se pueden usar para hacer brújulas para encontrar direcciones correctas.

Solenoide

El solenoide es un dispositivo que se fabrica utilizando un cable que se retuerce para formar una bobina de un cierto número de vueltas.

Cuando una corriente eléctrica pasa a través de un solenoide, actúa como un imán y genera un campo magnético a su alrededor y adquiere propiedades magnéticas, pero tan pronto como la electricidad se detiene, pierde sus propiedades magnéticas. Entonces, es un ejemplo de un imán temporal.

Fórmula para el campo magnético de un solenoide-

El campo magnético de un solenoide está dado por, 

B = μ _o NI / l

dónde 

• μ _o es una constante magnética igual a 4π × 10 ^-7
• N es el número de anillos en la bobina
• yo es el actual y
• l es la longitud del solenoide

La unidad SI de campos magnéticos es Tesla .

Ejemplo 2: encuentre el campo magnético del solenoide si el número de vueltas en la bobina es 200, la corriente que fluye es 1000 A y la longitud del solenoide es 3,14 m.

Solución:

Sabemos que la fórmula para encontrar el campo magnético es B =  μ _o NI / l

= 4π × 10 ^-7 × 200 × 1000 / 3,14

= 4 × 10 ^-7 × 2 × 10 ⁵

= 8 × 10 ^-2 T

Propiedades de un solenoide:

• Cuando la corriente eléctrica fluye desde el terminal ‘+’ al terminal ‘-‘. El solenoide comienza a comportarse como un imán y comienza a atraer dispositivos magnéticos cercanos.
• La densidad de las líneas de campo magnético es máxima en los extremos del solenoide, por lo que el magnetismo es más fuerte cerca de los extremos.
• Las líneas de campo magnético producidas por los solenoides no se cortan entre sí.

Usos de un solenoide:

• Se utiliza en unidades de disco duro de computadora para almacenar memoria.
• Se utiliza en la fabricación de campanas eléctricas.
• Se utiliza en la fabricación de válvulas utilizadas en el sistema de aire acondicionado.
• Se utiliza en la fabricación de máquinas de resonancia magnética.

Ejemplos de preguntas

Pregunta 1: Defina imán y magnetismo.

Responder:

El imán es un material presente en este mundo que es atraído o repelido por otros objetos y produce un campo magnético a su alrededor. Hay dos polos en el imán: el polo norte y el polo sur.

El magnetismo es la propiedad de una materia para atraerse o repelerse de otra materia. Esta propiedad depende del movimiento de las cargas eléctricas.

Pregunta 2: Si se compra un imán con una fuerza polar de 5 cerca de un conductor que lleva corriente con una corriente de 20 A. Halle el trabajo realizado al hacerlo.

Responder:

Sabemos que, P = W/I

W = IP

= 20 × 5

= 100 

Entonces , el trabajo realizado en el imán en movimiento es 100 J.

Pregunta 3: Indique el comportamiento de dos imanes de barra en cuatro posiciones diferentes.

Responder:

Se pueden colocar dos imanes de barra en cuatro posiciones diferentes:

• Norte mirando al norte
• Norte mirando al Sur
• Orientación Sur Norte
• Orientación Sur Sur

Su comportamiento es el siguiente:

1. N – N = repele
2. N – S = atrae
3. S – N = atrae
4. S – S = repele

Pregunta 4: Encuentra el flujo magnético de un disco de 20 m ² de área que tiene 5 como campo magnético. El ángulo dado entre el vector de área del disco y la dirección del campo magnético es de 60 ^° .

Responder:

Las fórmulas para el campo magnético son, φ = BA cosθ

= 5 × 20 × cos60°

= 5 × 20 × 1/2

= 50 Maxwell

Entonces, el flujo magnético del disco dado es 50 Maxwell .

Pregunta 5: Escriba los usos del imán de barra.

Responder:

Los usos de la barra magnética son los siguientes:

1. Los imanes de barra grandes se pueden usar en sitios de basura para hacer la separación magnética de la basura.
2. Los imanes de barra tienen alcance en el campo médico para curar enfermedades.
3. Los imanes de barra se utilizan en laboratorios para diversos fines.
4. Los imanes de barra se pueden usar para hacer brújulas para encontrar direcciones correctas.