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Imanes: atracción y repulsión

PrimariaFísicaFuerza entre dipolos puntuales coaxiales y energía de magnetización inducida lineal para muestras de ensayo en posiciones fijas

Haz clic en cualquiera de los imanes para invertir sus polos. Elige una muestra de prueba de la bandeja, arrastra para cambiar la separación o modifica la intensidad del imán A; después, compara la fuerza y la energía.

3D

Arrastra el aparato para ajustarlo. Arrastra el fondo para girarlo. Desplázate para acercar o alejar.

Cuaderno de mediciones

Cambia la configuración, comprueba una predicción y guarda el resultado. Se conservan hasta 12 instantáneas.

Acerca de este experimento

Invierta un imán, cambie su intensidad o sustituya el segundo imán por una muestra de material. Mida la fuerza con una separación controlada y compare las interacciones de los imanes permanentes fuertes con las débiles respuestas paramagnéticas y diamagnéticas.

Objetivos de aprendizaje

  • Prediga cómo cambia la fuerza de un dipolo permanente al invertir los polos.
  • Compare la atracción paramagnética con la repulsión diamagnética.
  • Relacione el umbral de detección de la visualización de la fuerza con una respuesta calculada distinta de cero.

Cómo usarlo

  1. 1Mida primero la fuerza predeterminada entre dos imanes, luego invierta uno de ellos y compare el signo de la fuerza.
  2. 2Cambie la separación y compruebe la dependencia de la fuerza de dipolos coaxiales con la cuarta potencia inversa de la distancia.
  3. 3Sustituya el imán B por aluminio, cobre y la muestra efectiva de hierro.
  4. 4Aumente la intensidad del imán A y compare la fuerza calculada exactamente con el umbral de resolución de la pantalla de 0,1 µN.

El modelo

Los momentos con signo determinan si los dipolos coaxiales se atraen o se repelen.
Una respuesta inducida lineal depende del cuadrado del campo, por lo que invertir solo la fuente no invierte la fuerza.

Supuestos

  • Las posiciones se mantienen fijas. Las longitudes de las barras y de las flechas de fuerza son simbólicas, y la aproximación de dipolo puntual excluye el contacto entre los imanes.
  • El volumen de la muestra inducida es de 10 cm³. Las susceptibilidades efectivas son valores ilustrativos: hierro 1, aluminio 2,2×10⁻⁵, cobre −1×10⁻⁵, madera −8×10⁻⁶ y plástico −1×10⁻⁵.
  • La magnetización inducida lineal no tiene en cuenta la histéresis, la remanencia, la geometría desmagnetizante ni la saturación. La muestra efectiva de hierro no es una muestra real de hierro calibrada.
  • Las fuerzas inferiores a 0,1 µN se conservan en las lecturas numéricas, aunque se marcan como inferiores a la resolución de visualización elegida.

Pruébalo en clase

  1. Q1¿Por qué invertir un imán permanente invierte la fuerza sobre otro imán permanente?
  2. Q2¿Por qué invertir la fuente deja inalterada la fuerza sobre el material inducido?
  3. Q3¿Puede una fuerza inferior a la resolución seguir siendo distinta de cero?

Preguntas frecuentes

¿Por qué el cobre, la madera y el plástico se repelen débilmente?

Las susceptibilidades ilustrativas seleccionadas son negativas, lo que produce una pequeña fuerza diamagnética que se aleja del campo más intenso.

¿Por qué los imanes permanecen en su sitio a pesar de la fuerza?

Están montados en un banco de fuerzas virtual con posición fija. La separación es un parámetro controlado, por lo que no se integra ningún movimiento de traslación.