EXAMEN FINAL Mi 08/07/2009

Sus notas de presentación a examen están AQUÍ. Varios de ustedes ya se han eximido; los felicito por su trabajo a lo largo del semestre.

El examen será en la sala 04-11, durante los módulos 3 y 4 (10:30-12:40)

Tal como les anticipé, el examen presenta un nivel de dificultad mucho mayor que lo usual. Aún tienen una oportunidad de eximirse presentando un desafío Faraday (el desafío grupal continúa abierto, pónganse de acuerdo entre ustedes, observen que son 4 máquinas en total).

Para los que prefieran la opción difícil y quieran dar el examen el 8 de Julio, van a necesitar:

• Estudiar,
• traer sus flechas de cartulina para el producto cruz y
• el resumen con los contenidos más importantes del curso.
  

Para los que quieran saber cómo les fue en el certamen recuperativo, les dejo la pauta en este LINK.

¡¡Certamen 3 el Miércoles 24/06/2009!!

Se evaluarán los capítulos 7, 8 y 9 del Serway vol. II. (es decir, Campos magnéticos, Fuentes de Campo magnético y Ley de Faraday). Un resumen con los puntos más importantes se encuentra AQUÍ. Para los que quieran ver la pauta del Test 3, y así aprender de sus errores, la pueden encontrar ACÁ.

Algunas cosas:

• Traigan sus flechas de cartón forrado para hacer el producto cruz!
• Preocúpense en especial de tópicos como...

1. ...las fuerzas ejercidas por el campo magnético sobre un conductor por el cual fluye una corriente, y
2. ...corrientes generadas por un flujo magnético variable a través de un solenoide (Ley de Faraday),
3. ...y Ley de Lenz.

El certamen será tomado en dos partes, una en el módulo 4 y otra en el módulo 6.
¡Nos vemos!

Parte 10: Inducción

Hasta ahora, habíamos considerado por separado los campos eléctrico y magnético. El campo eléctrico es generado por cargas, y el campo magnético por cargas en movimiento. Sin embargo, en un nivel muy profundo, los campos eléctricos y magnéticos están entrelazados, formando una sola entidad, el campo electromagnético...

Un primer indicio de esta unidad subyacente viene dado por el extraño fenómeno conocido como inducción: un campo magnético cambiante genera en torno de él lo que percibimos como un campo eléctrico rotacional. Estas líneas de campo eléctrico son cerradas. Esto es muy distinto del caso electroestático, ¡en donde las líneas de campo eléctrico siempre empiezan y terminan en cargas eléctricas!Cuando este campo eléctrico entra en contacto con un conductor, empujará a los electrones libres en él, generando una corriente eléctrica.

El primero en percatarse de la existencia de esta extraña corriente inducida por un campo magnético variable fue Faraday en 1831, en forma accidental.

Faraday mostró al público su fantástico descubrimiento, pero la respuesta inmediata de la gente fue "¿Y eso, de qué sirve?". Para el público, todo lo que Faraday había descubierto era la rareza de que una pequeñísima corriente aparecía en un alambre, cuando movía cerca un imán. Para Faraday, era distinto. Su respuesta fue: "¿De qué sirve un bebé recién nacido?".

Faraday estaba en lo cierto. 50 años más tarde, Nikola Tesla descubrió como utilizar la inducción para generar cantidades colosales de electricidad, e iluminar el mundo.
Así, aquel bebé inútil se convirtió en un prodigio, y cambió la faz de la Tierra de formas en las cuales su orgulloso padre ni siquiera habría soñado.

"El científico no espera resultados inmediatos.
No espera que sus avanzadas ideas sean adoptadas ahora.
Su trabajo es como el de un sembrador - para el futuro.
Su deber es construir los fundamentos para los que vendrán, y mostrarles el camino.

Él vive, y trabaja, y espera."

Nikola Tesla (1856-1943)

Ganadores Desafíos Faraday 2 y 3

¡Los desafíos Faraday tienen nuevos vencedores!

Altavoz

Carlos Fariñe, estudiante de Ingeniería Industrial de nuestra universidad, nos mostró en clase su altavoz conectado a una radio y funcionando. Con todo el curso en silencio, ¡resultó casi milagroso escuchar voces y música saliendo de un vaso desechable!. De esta forma, don Carlos se ha convertido en el vencedor del segundo desafío Faraday: ¡¡mis más sinceras felicitaciones, fue un diseño sencillo y muy ingenioso!!Carlos construyó el altavoz con un vaso desechable de plumavit, un solenoide de alambre de cobre esmaltado, unos imanes de neodimio y una entrada para la radio. Se puede apreciar un buen sentido del humor en el "ecualizador" :-) .

Si quieren escuchar el altavoz (¡y ver a todo el curso en silencio!) vean el siguiente video:

Generador de Corriente Alterna

Pero eso no fue todo; en la misma clase Gabriel Fuhrop se repitió el plato mostrando al curso el generador monofásico de corriente alterna. Gabriel utilizó un diseño sencillo pero ingenioso, con alambre de cobre esmaltado, una caja de té, madera, clavos e imanes de neodimio. De esta forma don Gabriel también se ha transformado en el vencedor del primer y tercer desafío Faraday. Si quieren ver su generador funcionando, observen el siguiente video:

Recuerden que los desafíos grupales siguen en pie; el primer paso sería perfeccionar este generador (por ejemplo, construír uno bifásico o trifásico , observar cómo mejorar la variación de flujo magnético a través del solenoide, utilizar un sistema mecánico de engranajes para aumentar la velocidad de rotación, etc.) y utilizarlo junto con las otras máquinas (transformador, motor de corriente alterna, motor lineal) en forma simultánea!

¡¡Atención!!

Desafíos Faraday 2009-1

Un desafío Faraday consiste en la construcción de una máquina, en la cual usted demostrará su comprensión intuitiva de los principios del electromagnetismo.
Las condiciones generales de un desafío Faraday son las siguientes:

• Toda la máquina debe ser construida por usted. No puede utilizar ninguna parte de una máquina pre-existente.
• Debe mostrar la máquina al curso y explicar a sus compañeros cómo funciona.
• Sólo la primera persona que llegue con la máquina funcionando se convierte en el vencedor de un desafío Faraday.
• El vencedor se hará acreedor de cierto puntaje para la nota de presentación a examen del curso.

Para realizar los siguientes desafíos Faraday, aún debemos comprender más sobre inducción (lo veremos en la clase del jueves), así que aún no pondré todas las especificaciones técnicas necesarias. Sin embargo, sería bueno si parten investigando y pensando en como construir las siguientes máquinas:

• Segundo desafío Faraday: Altavoz

Construir un pequeño altavoz que se pueda conectar con un computador, radio, mp4, etc. Advertencia: Los altavoces comerciales tienen una impedancia de alrededor de 8Ω. Si construyen un parlante con menor impedancia, ¡¡corren el riesgo de quemar el computador o la radio!!
¡El ganador recibirá 5 décimas para la nota de presentación a examen!

• Tercer desafío Faraday: El Generador de Corriente Alterna

Deberá generar corriente alterna a partir de un movimiento rotacional realizado por un agente externo (por ejemplo, ¡¡Ud. con una manivela!). Hay varias posibles soluciones, ¡¡lo importante es que no tenga escobillas!!

• Cuarto desafío Faraday: El Transformador

Deberá cambiar la relación entre corriente y voltaje en al menos 3 veces, con una eficiencia superior al 50%. Ojo, ¡¡esto se puede calentar bastante, y deberá utilizar como fuente de corriente alterna el generador construído por su compañero!!

• Quinto desafío Faraday: El Motor de Corriente Alterna

Deberá generar movimiento circular a partir de la corriente alterna generada por su compañero del desafío 3. ¡¡Debe ser sin escobillas!!

• Sexto desafío Faraday: El Motor Lineal

Ojo que con un motor lineal no me refiero a algo como la rail gun que vimos en clase, sino que a un sistema de polaridad alternante, como el usado para propulsar trenes. Deberá montar un riel y un pequeño carrito que se propulse a través de el mismo. Puede hacerlo con corriente continua (lo que significa que deberá utilizar escobillas y unas baterías), o bien con corriente alterna, en cuyo caso no será necesario (la opción que yo recomendaría, pero debe utilizar la corriente alterna generada por el compañero del desafío 3).

La distribución de puntaje será la siguiente para los desafíos 3, 4, 5 y 6:

• Si sólo contruye el generador de corriente alterna (desafío 3), gana 5 décimas en la nota de presentación a examen.
  
• Si sólo construye el motor lineal con corriente continua (desafío 6), gana 5 décimas en la nota de presentación a examen.
• Si se forma un equipo de trabajo entre el compañero del desafío 3 y al menos dos de entre los desafíos 4, 5 y 6, y todas las máquinas funcionan, ¡¡cada uno de ustedes ganará 10 décimas de la nota de presentación a examen!!
  

Los desafíos 4, 5 y 6 pueden ser peligrosos si intenta utilizar como fuente de corriente alterna la corriente del sistema público. Si va a utilizar corriente alterna, ¡¡ésta debe ser generada por el compañero del desafío 3 para poder participar!!

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Michael Faraday (1791-1867) nació en el seno de una familia humilde, y no tuvo acceso a una buena educación cuando joven. Pese a la fuerte discriminación social, y casi sin saber nada de matemáticas especializadas (como cálculo), su increíble intuición y su esfuerzo lo convirtieron en uno de los científicos más grandes de la historia. Tenía una comprensión intuitiva fantástica sobre la naturaleza del campo electromagnético, y creó el concepto de líneas de fuerza para visualizar su comportamiento.

Faraday fue la primera persona que construyó un motor eléctrico, y un dínamo, con lo que cambió la historia del mundo.

“Pero sigue tratando porque,
¿quién sabe qué es posible?”

¡¡Test 3 el Miércoles 17 de Junio de 2009!!

En el test se considerará todo el contenido de magnetismo, hasta antes de inducción (Ley de Faraday). ¡¡Les recuerdo que traigan sus flechas de cartón para el producto cruz!! Si no las tienen, recorten dos flechas como estas en cartón forrado y vengan con ellas el día del test:

Les dejo un resumen actualizado con los contenidos que se considerarán en el tercer test AQUÍ.

Parte 9: Magnetismo

Hasta ahora, hemos hablado del campo eléctrico. La imagen mental que induce el campo eléctrico es bastante clara: actúa sobre las cargas atrayéndolas o empujándolas, de la misma forma como el viento empuja las hojas secas. El campo eléctrico tal como lo conocíamos también tenía un origen claro: es emanado y absorbido por las cargas eléctricas. Las líneas de campo eléctrico nacían y morían en cargas eléctricas. Todo era claro y directo.

Ahora todo se volverá fantástico, curioso y móvil, o en otras palabras, magnético. El campo magnético actúa sólo sobre cargas en movimiento de una forma mucho más curiosa. Las líneas de campo magnético son como cuerdas elásticas, entre las cuales las cargas en movimiento se enredan, de la misma forma como una enredadera se enrolla sobre su guía.

(Y sí, la clase está en la enredadera de más arriba, pesa 6Mb, así que puede demorar un poco, paciencia)

Este hecho es fundamental para nuestra existencia: el campo magnético de la Tierra atrapa y "enreda" las partículas del viento solar, protegiendo así las formas de vida que habitan nuestro planeta. El viento solar puede cambiar radicalmente el rostro de un mundo: cuando la actividad geológica de Marte se detuvo, y el planeta perdió su campo magnético, el viento solar arrancó a girones la atmósfera de ese mundo, transformándolo en un lugar seco, frío y desolado. El que estas partículas sean atrapadas por nuestro campo magnético da origen a uno de los más hermosos espectáculos naturales: las auroras boreal y austral.
Aquí los dejo con un vídeo de la aurora austral, filmado en la antártica:

Y aquí les dejo otro, de la aurora boreal, tal como fue filmada por el astronauta Don Pettit desde la estación espacial internacional:

En una hermosa simetría, el campo magnético mismo es producido por cargas en movimiento, enrollándose en torno de las corrientes eléctricas. Esto nos permite construír cosas como el solenoide de la figura de más abajo (haz click para que veas cómo funciona!)

Por otra parte, la materia se comporta de formas curiosas bajo la influencia de los campos magnéticos. Hay materiales que son a atraídos por el campo magnético, otros que son repelidos y por último, otros que se pueden magnetizar y generar un campo magnético ellos mismos. Un material diamagnético es el agua, tal como pueden apreciarlo en el siguiente video:

Los superconductores son materiales perfectamente diamagnéticos (χ=-1); el campo magnético no puede penetrarlos. Esto tiene aplicaciones asombrosas, como en el caso de los trenes de levitación magnética. El siguiente video es muy bueno para comprender qué está pasando:

Orbitando el Sol, al igual que la Tierra, se encuentra el observatorio espacial SOHO, cuya misión es el estudio del Sol. Los dejo con imágenes de llamaradas solares filmadas por el SOHO, en las cuales podemos ver el plasma enrollándose en las líneas de campo magnético, volviéndolas así visibles.

¡¡Ganador del Primer Desafío Faraday!!

Hoy Gabriel Garrido Fuhrop, estudiante de Ingeniería Informática de nuestra universidad, nos mostró en clase su motor de corriente continua. De esta forma, don Gabriel se ha convertido en el primer ganador de un "Desafío Faraday" en nuestro curso: ¡¡mis más sinceras felicitaciones, estuvo muy bien hecho!!El rotor del motor se compone de tres embobinados, conectados entre sí consecutivamente, el conmutador era de tres placas y se conectaba con las pilas a través de dos escobillas de alambre de cobre.Si quieren ver el motor funcionando, y lo que es más importante, conocer a los ingeniosos estudiantes de nuestro curso, vean el siguiente vídeo:

¡Estén atentos, se vienen otros desafíos Faraday muy pronto!

Notas Parciales

Les dejo las notas parciales AQUÍ. No estaban tan mal como muchos de ustedes temían, les falta un poco de confianza en sus propios cálculos. Algunos puntos importantes eso sí:

• Demostrar algo significa deducirlo a partir de ciertas hipótesis (las leyes de Maxwell en nuestro caso). NO significa partir suponiendo que es cierto lo que voy a demostrar y dar vuelta al revés y al derecho las ecuaciones sin llegar a ninguna parte (o llegando a lo que partí suponiendo que era cierto). Los que vean que fallan en eso vuelvan por favor a la parte de lógica en sus cursos de matemáticas básicos.
• Una cosa que me dió miedo (¡el 50% de ustedes aún no lo sabe, pese a que lo expliqué repetidas veces!): las conexiones a tierra se usan por razones de seguridad. La idea es que la parte externa de una máquina y una persona que la toque estén al mismo voltaje, y por lo tanto, no haya corriente eléctrica pasando del uno al otro. Por favor, ¡¡¡no electrocuten a nadie!!!