Universidad Nacional de San AgustnEscuela de Ingeniera de MaterialesDISEO Y CONSTRUCCION DE UN LEVITADOR MAGNETICO PARA DEMOSTRAR LA INTERACCION Y MAGNITUD DE LOS CAMPOS GENERADOS POR UNA FUENTE MAGNETICA

INTEGRANTES:

Kevin Mendieta Apaza Donny Guillen PostigoDOCENTE:

Elfer Arenas HerreraAREQUIPA- 2015AGRADECIMIENTOS

Primero y antes que nada queremos dar gracias a Dios, por estar con nosotros en cada paso que damos por fortalecer nuestros corazones e iluminar nuestras mentes y por haber puesto en nuestros caminos a aquellas personas que han sido de gran soporte y compaa durante todo el periodo de estudio. Agradecer hoy y siempre a nuestra familia por el esfuerzo realizado por ellos. El apoyo en nuestros estudios, de ser as no hubiese sido posible. DEDICATORIALe dedicamos nuestro trabajo a todas las personas que favorablemente intervinieron en nuestro trabajo, en especial a nuestros Padres, a quien le debemos la vida, les agradecemos el cario y su comprensin, a ustedes quienes han sabido formarnos con buenos sentimientos, hbitos y valores, lo cual nos ha ayudado a salir adelante buscando siempre el mejor camino.A nuestra profesor Elfer Arenas gracias por su tiempo, por su apoyo ,as como por el compromiso incansable en el desarrollo de nuestro aprendizaje.I.- IntroduccinA.- Antecedentes del Problema: Actualmente contamos con muchos artculos y bibliografas que hacen referencia a este tipo de plataformas, tales como [1; 2; 3; 4; 5; 6; 7]solo por mencionar algunas.

Cabe destacara que cada una de estas referencias consultadas carecen de detalles tcnicos suficientes para poder realizar una reproduccin de estas plataformas. El presente trabajo presenta a detalle cada una de las etapas de construccin y materiales utilizados para su elaboracin, siendo todos estos de fcil adquisicin ya que en algunas referencias consultadas los materiales propuestos eran obsoletos y fuera del mercado.

Todos sabemos sobre el campo magntico de la tierra, pero realmente no conocemos como es que funciona, pues bien, con esta experiencia explicaremos de una manera sencilla este mecanismo natural mediante uno construido por nosotros.

B.- Formulacin del Problema: La necesidad de llevar los conocimientos a la prctica es necesaria, ya que mediante estas vivencias el alumno desarrolla mucha ms curiosidad por el funcionamiento de mecanismos bsicos que solo observa en libros y la internet, esto complementa mucho ms la educacin conllevando a un mejor desarrollo del conocimiento acadmico. C.- Hiptesis: Mediante el presente proyecto y dados los antecedentes si logramos demostrar el efecto de los campos magnticos generados mediante corrientes elctricas basado en la teora ante los alumnos de segundo ao de Ingeniera de Materiales entonces se comprender mejor el comportamiento de esta fuerza de tal modo que generara mucho mayor inters en el aprendizaje de esta parte de la Fsica Bsica. D.- Justificacin e Importancia: La razn de un proyecto es alcanzar objetivos especficos dentro de los lmites que imponen un presupuesto y las actividades a llevar a cabo dentro de un lapso de tiempo previamente definidos, es por ello que se eligi este mtodo, permitiendo la aplicacin de conocimientos, habilidades, herramientas y tcnicas necesarias para la construccin del objeto tcnico ayudndonos as ha demostrar la teora en la cual sera basada su investigacin y construccin.II. Objetivos:a. General: Desarrollar un prototipo electrnico que nos permita demostrar la interaccin y magnitud de los campos generados por una fuente magntica.

b. Especficos: Lograr comprender la existencia de la interaccin entre electricidad y magnetismo mediante la observacin visual de la suspensin electromagntica (levitacin magntica). Crear un sistema didctico que ayude a estudiantes de ingeniera de materiales a desarrollar habilidades bsicas para el aprendizaje de esta materia.

Un paso ms hacia la modernizacin sin dejar de lado el desarrollo sustentable.

III. Marco Tericoa. EXPERIMENTO DE OERSTED:En 1819 Oesterd descubri que, cuando colocaba una brjula cerca de un alambre conductor, la aguja se desviaba cuando pasaba una corriente elctrica por el alambre. De esta forma se supo que la corriente elctrica era la fuente de un campo magntico capaz de producir un torque sobre la aguja de una brjula. Esta observacin de Oesterd era la primera experiencia que indicaba una conexin entre la electricidad y el magnetismo, que antes de esta experiencia se haban considerados como eventos separados, sin ninguna relacin.Inmediatamente despus de que Oesterd descubriese que la corriente elctrica es una fuente de campo magntico, los experimentos que llevaron a cabo Andr Marie Ampre (1775-1836), Jean Baptiste Biot (1774-1862) y Felix Savart (1791-1841) dieron lugar a lo que en la actualidad se conoce como la ley de Biot-Savart, que determina el campo magntico creado en un punto del espacio por una corriente elctrica o por distribuciones de corrientes elctricas.

[5]b. LEY DE BIOT-SAVART.A partir del estudio experimental de los campos magnticos en la proximidad de circuitos de diversas formas, los fsicos franceses Biot y Savart dedujeron, una frmula que permite calcular, salvo dificultades matemticas el campo de un circuito cualquiera.El campo magntico producido por un elemento de corriente de un circuito de forma arbitraria como el de la figura 9.1, se puede concebir dividido en elementos de longitud dl, uno de los cuales se ha representado en la figura. Por el momento el resto del circuito puede ser de forma cualquiera, pues un nico elemento de corriente aislado no existe en una corriente estacionaria; la carga debe entrar por un extremo y salir por el otro. Las cargas mviles del elemento crean un campo en todos los puntos del espacio y, en un punto P dado, el campo del circuito completo es el resultante de los campos infinitesimales de todos los elementos del circuito. La direccin y sentido del campo , creado en los puntos P y Q por el elemento de longitud dl, se muestra en la figura, apunta hacia afuera del papel en P que se representa como y hacia adentro del papel en Q que se representa como . El vector se encuentra en un plano perpendicular a dl y es asimismo perpendicular al plano determinado por el vector , dirigido en la direccin de la corriente y el vector que une a dl con el punto P o con el punto Q. La ley de Biot-Savart para el campo producido por el elemento infinitesimal es

La direccin est dada por el producto vectorial y su sentido dado por la regla de la mano derecha. Es decir, cuando los dedos de la mano derecha se curvan desde el vector hacia el vector unitario , el dedo pulgar seala la direccin de.En magnitud el valor de dB es

Donde q es el ngulo que forma el vector con el vector . La constante se conoce como la constante de permeabilidad magntica del vaco y es anloga a en la electrosttica. Debido a la conexin entre electricidad y magnetismo, y estn relacionados entre s. El valor de en unidades SI es:

La ecuacin 9.1 debe ser integrada a lo largo de la lnea que sigue la distribucin de corriente. Por tanto, el campo magntico en un punto P cualquiera es la superposicin lineal de las contribuciones vectoriales debidas a cada uno de los elementos infinitesimales de corriente, y se da como:

IV.- Material de Estudio

A.- mbito de Estudio:Por mbito de un estudio de investigacin nos referimos al espacio donde nos desenvolvemos para aprender un cierto conocimiento, por ejemplo un tema de estudio en este caso es La Fuente de Campo Magnticos

B.- Unidad de Estudio: La unidad de estudio es la que se beneficiar de todo el esfuerzo del investigador y siempre es la misma a lo largo de toda su lnea de investigacin en esta investigacin en este caso sera el centro de estudios de la Escuela Profesional de Ingeniera de Materiales.C.- Universo: El universo en nuestro proyecto de investigacin seria en conjunto el efecto del experimento y la poblacin de estudiantes que cursan este curso en la Escuela de Ingeniera de Materiales de la UNSA.

V.- Metodologa de la Investigacin

A.- Tipo de Investigacin: Nuestro proyecto vendra a ser un tipo de Investigacin Explicativa porque Se encarga de buscar el porqu de los hechos mediante el establecimiento de relaciones causa-efecto. En este sentido, los estudios explicativos pueden ocuparse tanto de la determinacin de las causas (investigacin postfacto), como de los efectos (investigacin experimental), mediante la prueba de hiptesis. Sus resultados y conclusiones constituyen el nivel ms profundo de conocimientos.

La investigacin explicativa intenta dar cuenta de un aspecto de la realidad, explicando su significatividad dentro de una teora de referencia, a la luz de leyes o generalizaciones que dan cuenta de hechos o fenmenos que se producen en determinadas condiciones.Dentro de la investigacin cientfica, a nivel explicativo, se dan dos elementos:

- Lo que se quiere explicar: se trata del objeto, hecho o fenmeno que ha de explicarse, es el problema que genera la pregunta que requiere una explicacin.

- Lo que se explica: La explicacin se deduce (a modo de una secuencia hipottica deductiva) de un conjunto de premisas compuesto por leyes, generalizaciones y otros enunciados que expresan regularidades que tienen que acontecer. En este sentido, la explicacin es siempre una deduccin de una teora que contiene afirmaciones que explican hechos particulares.

B.- Procedimientos:

Paso a seguir:

1. Sobre una pieza polar del electroimn se coloca el ncleo ferromagntico, y rodeando al ncleo, el anillo. El ncleo simplemente se usa para aumentar la variacin de flujo que aparece en el anillo, aumentando as la espectacularidad del experimento.

2. Al conectar el electroimn de forma rpida, aparece una variacin de flujo magntico en el anillo (antes de encender el electroimn, el campo magntico en el anillo era cero), y por la ley de Faraday se induce una fuerza electromotriz que crea una corriente elctrica en el anillo.

3. Esta corriente inducida crear a su vez un campo magntico que contrarreste la variacin de flujo magntico creada en el anillo al haber encendido el electroimn

4. Por tanto, el anillo salta debido a la repulsin existente entre los polos magnticos del electroimn y los creados por la corriente inducida en el anillo.

C.- Instrumentos:

Materiales utilizados: Electroimn

Autotransformador de corriente alterna Extensin ferromagntica

Anillos metlicos de cobre y niquel de distintos grosores

Cables para las conexiones

VI.- ORGANIZACIN EN LA INVESTIGACION

A. Recursos:

Recursos Humanos: Contamos con la participacin plena de nosotros dos nicos integrantes de este proyecto. Recursos Materiales: Estos recursos Materiales son los mismo mencionados en la seccin de instrumentos para la experimentacin. Recursos Financieros: Contamos con un presupuesto no mayor de 30 soles.B. Cronograma:

SEMANAS

ACTIVIDADESSem 1 de AbrilSem 4de MayoSem 5de MayoSem 4 de

JunioSem 5 de JunioSem 1 de JulioSem 2 de

JulioSem 3

de JulioSem 4

de Julio

Eleccin del Experimento

Investigacin

Entrega de Seminario

Compra de piezas

Construccin del diseo

Verificar el correcto desempeo del diseo

Entrega Redaccin Corregida

Exposicin

BIBLIOGRAFIA:

[1]Gabriel Eirea, Marcelo Acosta, Raul Bartesaghi, and Rafael Canetti. Levitador Magntico: un prototipo experimental para le enseanza y la investigacin en el rea del control automtico. https://iie.fing.edu.uy/geirea/pub/levit.pdf.

[2] Edyson Guillermo, Jos larriva, and Jos Trelles. Control de un levitador magntico.

https://es.geocities.com/oscar_vele/pdfs/levitadormagneticopdf,2003[3] Ariel Lempel, Guido Michel, and Rodrigo Carbajales.

Levitador magntico.https://web.fi.uba.ar/~rcarbaja/levitador/[4] Horacio J. Marquez. Nonlinear Control Systems Analusis and Design.

Wiley & Sons, New Jersey, 1 edition, 2003[5] http://ocw.uc3m.es/fisica/fisica-ii/clases/OCW-FISII-Tema09.pdf Ec. 9.1

Ec. 9.2

Fig. 9.1

Ec. 9.3