Ciencias Exactas y Naturales

pj─346─en Generar energía mediante el magnetismo

  • Categoría: Pandilla Juvenil (1ro. 2do. y 3ro. de nivel Secundaria)
  • Área de participación: Ciencias Exactas y Naturales
  • Asesor: MARISA CALLE MONROY
  • Equipo [ ]: Lucio Illari Hernandez Castrejón() , Caleb Castañeda Fabián() , Iván Emiliano Hernández Gómez(2o Cozumel)

Resumen

Hoy en día la contaminación por el mal uso de la electricidad representa un gran problema mundial ya que gran parte se genera consecutivamente.
un generador de energía mediante el magnetismo sera mas util y eficiente. ya se han presentado alternativas, pero no se a encontrado uno solución totalmente efectiva a este gran problema. la energía producida por medio del magnetismo es mucho más limpio, económica y fácil de producir. Obtuvimos un generador de energía con un ventilador con imanes en sus lados y uno es su aspa, el ventilador tiene un perímetro de 24cm conectado a un led con cable del número 2. el costo estimado es de $325. Este generador tiene la capacidad de elaborar energía limpia, económica y casera, genera hasta 3 voltz, pero si se aumenta el tamaño o si utilizamos más ventiladores y se aumenta la potencia de los imanes se puede llegar a cargar un celular.
Según la información consultada es necesario utilizar 12 imanes pero de baja potencia y que solo así se puede prender un led. Al desarrollar el proyecto preferimos 4 imanes pero de mayor potencia y eso ayudó al costo y fue igualmente efectivo.

Pregunta de Investigación

¿Como generar electricidad a base del magnetismo para ayudar a personas de bajos recursos económicos?

Planteamiento del Problema

Hoy en día muchas personas utilizan la energía eléctrica para su vida diaria y como hay mucha población en el planeta necesitamos generarla en grandes cantidades y al hacerlo contaminamos al planeta y provocamos daños que ya no podemos arreglar.

Actualmente gracias al avance tecnológico hay diferentes formas de producir la energía mediante diferentes métodos uno de ellos es el magnetismo ya que podemos decir que el magnetismo es el primo de la electricidad pero de una forma más limpia y fácil de producirla y asi no contaminamos.

Antecedentes

Electricidad y Magnetismo
La electricidad y el magnetismo están estrechamente relacionados y son temas de
gran importancia en la física. Usamos electricidad para suministrar energía a las
computadoras y para hacer que los motores funcionen. El magnetismo hace que
un compás o brújula apunte hacia el norte, y hace que nuestras notas queden
pegadas al refrigerador. Sinradiación electromagnética viviríamos en la obscuridad
¡pues la luz es una de sus muchas manifestaciones!.
La electricidad puede existir como carga estacionaria, conocida como electricidad
estática; también puede estar en movimiento y fluyendo, conocida como corriente
eléctrica. Las partículas subatómicas tales como los protones y electrones, poseen
cargas eléctricas minúsculas. En tiempos relativamente recientes, la humanidad
ha aprendido a almacenar el poder de la electricidad. Este poder, y los muchos
tipos de circuitos y dispositivos eléctricos que el hombre ha inventado, han
transformado el mundo de manera radical. La electricidad también juega un papel
importante en el mundo natural, cuando se generan poderosos rayos que
producen señales que se desplazan a través de nuestros nervios.
El magnetismo es primo hermano de la electricidad. Algunos materiales, tales
como el hierro, son atraídos por imanes, mientras que otros, como el cobre,
ignoran su influencia. Describimos el movimiento de objetos influenciados por
imánes en términos de campos magnéticos. Sabemos que los imanes tienen polo
norte y polo sur, y que polos iguales se rechazan entre sí, mientras que polos
opuestos se atraen. La electricidad y el magnetismo son dos caras de una simple
fuerza fundamental. Al acelerar un imán se producirá una corriente eléctrica, si
varías el flujo de electricidad, se origina un campo magnético. Estos principios los
usamos en la construcción de motores y generadores.

Alterar los campos magnéticos produce radiación electromagnética. Esta energía
de movimiento muy rápido ocurre en una forma continua conocidas como espectro
electromagnético, que abarca de ondas de radio y microondas a luz ultravioleta,
luz visible luz infrarroja, y los potentes rayos X y rayos gamma . Cuando el
espectro es separadp en sus constituyentes por un espectroscopio, el espectro
electromagnético revela mucho sobre objetos distantes tales como las estrellas.
Hacemos uso de nuestro conocimiento sobre este tipo de radiación en la
construcción de telescopios para ver los cielos, radios para comunicaión, y
máquinas de rayos X para diagnósticos medicos.
EL MAGNETISMO PRODUCE ELECTRICIDAD

Si movemos un imán cerca de un cable, vemos que aparece corriente eléctrica.
Aunque ese efecto es débil, si incluimos un contador  en el circuito podremos
medir la cantidad de corriente generada. Cuando el imán es más grande y lo
movemos mucho más rápido más corriente generaremos. Los aparatos que
utilizan el magnetismo para producir  electricidad se denominan
generadores electromagnéticos.
Hay varios tipos:

-Los que aprovechan el movimiento del imán entre un cable enrollado en espiral.
Ejem: dinamo.
-Los que aprovechas el movimientode una bobina entre dos imanes.

GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA A PARTIR DE MAGNETISMO.
3. EN UN IMÁN CASI TODOS LOS ELECTRONES TIENDEN A ORIENTARSE
EN LA MISMA DIRECCIÓN, CREANDO UNA FUERZA MAGNÉTICA GRANDE O

PEQUEÑA, DEPENDIENDO DEL NÚMERO DE ELECTRONES QUE ESTÉN
ORIENTADOS. MAGNETISMO ELECTRÓNICO
4. GENERADOR ELÉCTRICO. Es un dispositivo que convierte energía mecánica
en energía eléctrica. Por la ley de Faraday, al hacer girar una espira dentro de un
campo magnético, se produce una variación del flujo de dicho campo a través de
la espira y por tanto se genera una corriente eléctrica.
5. GENERADOR ELÉCTRICO CASERO
6. NIKOLA TESLA. Padre de la época moderna, fue el primero en plantear,
diseñar y elaborar un motor magnético, obteniendo resultados impresionantes.
7. VENTAJAS DE LA ENERGÍA MAGNÉTICA  Una ventaja enorme de este tipo
de energía alterna es el bajo costo relativo de producción.
8. ENERGÍA MÁS LIMPIA. El hecho de Producir energía con magnetismo, ayuda
a hacer a un lado el daño ambiental ocasionado con el uso de combustibles
fósiles.
9. APLICACIONES COTIDIANAS • Una aplicación muy común del
electromagnetismo se puede observar en toda clase de motores eléctricos que
posean embobinado.
10. • GRACIAS AL ELECTROMAGNETISMO ES POSIBLE LA UTILIZACIÓN DE
TRANSPORTES COMO EL TREN BALA, QUE ALCANZA ALTAS VELOCIDADES
GRACIAS A LA POCA FRICCIÓN CON LOS RIELES GRACIAS A LA
REPULSIÓN MAGNÉTICA
Un generador eléctrico es un dispositivo que convierte energía mecánica en
energía eléctrica. Mantiene por tanto una diferencia de potencial entre dos puntos
denominados polos. Por la ley de Faraday, al hacer girar una espira dentro de un
campo magnético, se produce una variación del flujo de dicho campo a través de
la espira y por tanto se genera una corriente eléctrica.
El la figura anterior, la espira rectangular rota dentro de un campo magnético, por
lo que el flujo del campo a través de ella varía. Se crea una corriente que circula

por la espira, por lo que entre los bornes (representados en verde) aparece una
diferencia de potencial ΔV (fuerza electromotriz inducida).
En las centrales de generación de energía eléctrica (nucleares, térmicas,
hidráulicas…) la energía mecánica que el generador transforma en energía
eléctrica proviene del movimiento de una turbina, accionada dependiendo del tipo
de central por vapor de agua, aire o agua. En la figura inferior se ha representado
esquemáticamente el sistema de generación de energía eléctrica de una central
hidráulica.

En la parte inferior de la figura se observan las palas de la turbina (accionada por
agua) y las compuertas verticales que sirven para regular el caudal de agua que
entra a la turbina. En la parte superior está representado el generador de energía
eléctrica. Dicho generador consta de dos partes:
El estátor, que es la parte estática del generador. Actúa como inducido.
El rotor, que es la parte móvil conectada al eje de la turbina. Es el que actúa
como inductor.
El rotor puede estar constituido por un imán permanente o más frecuentemente,
por un electroimán. Un electroimán es un dispositivo formado por una bobina
enrollada en torno a un material ferromagnético por la que se hace circular una
corriente, que produce un campo magnético. El campo magnético producido por
un electroimán tiene la ventaja de ser más intenso que el de uno producido por un
imán permanente y además su intensidad puede regularse.
El estátor está constituido por bobinas por las que circulará la corriente. Cuando el
rotor gira, el flujo del campo magnético a través del estátor varía con el tiempo, por
lo que se generará una corriente eléctrica. En este enlace puede verse un
esquema de una central hidráulica en funcionamiento.
Motor eléctrico

Un motor eléctrico funciona de forma inversa a un generador. Convierte energía
eléctrica en energía mecánica. El principio de funcionamiento de los motores
eléctricos se muestra en la figura inferior.
Si se coloca una espira en un campo magnético y se hace pasar una intensidad de
corriente a través de ella, el campo ejerce una fuerza sobre los lados de la espira,
y estas fuerzas ejercen un momento de fuerzas. La espira empezará a rotar, por lo
que se habrá transformado energía eléctrica en energía mecánica.
DESCUBREN OTRA MANERA DE CONVERTIR EL MAGNETISMO EN
ELECTRICIDAD
9 de mayo del 2016. Físicos de la Universidad de Utah han logrado convertir la
corriente de espín magnética en corriente eléctrica, utilizando el efecto hall de giro
inverso, fenómeno que trabaja en varios semiconductores orgánicos – incluyendo
las buckyballs de carbono-60.
Sin embargo los investigadores dicen que la eficiencia del nuevo método de
conversión de energía es todavía desconocida, pero podría tener un amplio uso en
futuros dispositivos electrónicos, baterías, células solares y ordenadores.
Christoph Boehme, autor principal del artículo publicado en la revista Nature
Materials, dijo que “este trabajo es el primero en demostrar el efecto hall de giro
inverso en una amplia gama de semiconductores orgánicos con una sensibilidad
sin precedentes”.
Boehme, que además es un profesor de física, explicó que “el efecto hall de giro
inverso es un fenómeno notable que convierte la corriente de espín en corriente
eléctrica. Este fenómeno es tan raro que nadie sabe como será utilizado en el
futuro, pero puede llevar al desarrollo de nuevas aplicaciones técnicas, incluyendo
una nueva forma de conversión de energía.
Por otra parte, el profesor Z. Valy Vardeny, coautor del artículo, explicó que
mediante el uso de pulsos de microondas, el efecto hall de giro inverso y la
utilización de semiconductores orgánicos para convertir corriente de espín en

electricidad, esta nueva fuerza electromotriz genera corriente eléctrica de una
manera completamente diferente a las formas actuales.
Actualmente todas las plantas productoras de electricidad a base de carbón, gas,
hidroeléctricas, eólicas y nucleares, utilizan dínamos para convertir la fuerza
mecánica en  cambios en el campo magnético y luego se produce la electricidad.
Las Reacciones químicas son utilizadas en las modernas baterías eléctricas y las
células solares convierten la luz en corriente eléctrica. Pero, la conversión de
corriente de espín en corriente eléctrica es otra forma hasta hoy desconocida.
Los científicos ya están desarrollando nuevos dispositivos, por ejemplo,
generadores termoeléctricos, mediante el uso de semiconductores inorgánicos
tradicionales. Al respecto el profesor Vardeny dice que los semiconductores
orgánicos son prometedores porque son baratos, de fácil procesado y no afectan
el medio ambiente. Señala que se desarrollaron tanto en células solares orgánicas
y pantallas de TV de LED orgánico (diodo emisor de luz) a pesar de que las
células de silicio solar y LEDs no orgánicos se utilizan ampliamente.
Vardeny y Boehme aclararon que la eficiencia con la que los semiconductores
orgánicos convierten la corriente de espín a corriente eléctrica aun es
desconocida, por lo que es demasiado pronto para predecir como esta nueva
tecnología será usada algún día para la conversión de energía en baterías, células
solares, computadoras, móviles y otros productos electrónicos de consumo.
Boeheme enfatizó que se debe tener un cierto grado de precaución, pues se trata
de un nuevo método de conversión de energía que no ha sido estudiado.
Boehme informó que en los experimentos que se realizaron, se logró convertir
más corriente de espín a corriente eléctrica que en un estudio realizado en el
2013, pero advirtió que el efecto tendría que ser ampliado muchas veces para
producir tensiones equivalentes al de las pilas de uso doméstico.”
De corriente de espín a la corriente eléctrica
Del mismo modo que los núcleos atómicos y los electrones que orbitan alrededor
de ellos llevan cargas eléctricas, también tienen otra propiedad inherente: el SPIN,

lo que hace que se comporten como diminutos imanes que pueden apuntar hacia
el norte o al sur.
La electrónica de espín -espintrónica- es una promesa para el desarrollo de
ordenadores más rápidos, baratos y mejores productos electrónicos y LEDs para
pantallas más pequeñas, y sensores para detectar todo, incluyendo la radiación de
campos magnéticos.
El efecto hall de giro inverso se demostró en los metales en 2008, y luego en los
semiconductores no orgánicos, dice Vardeny. Por otra parte, en el 2013, los
investigadores  mostraron que el fenómeno también se produjo en un
semiconductor orgánico PEDOT llamado: PSS, cuando este se expuso a
microondas continuas débiles para evitar freír el semiconductor.
Pero Boehme y Vardeny dicen que la corriente eléctrica generada en ese estudio
por el efecto hall de giro inverso era pequeña -de nanovoltages – y fue oscurecida
por el calentamiento de las microondas de la muestra y otros efectos no deseados.
“Pensamos: vamos a construir diferentes dispositivos para que estos efectos
espurios sean eliminados o muy pequeños en comparación con el efecto que
queríamos observar,” dice Boehme.
En el nuevo estudio, los investigadores utilizaron pulsos cortos de microondas más
potentes para utilizar el efecto hall de giro inverso y convertir una corriente de
espín en corriente eléctrica en siete semiconductores orgánicos, sobre todo a
temperatura ambiente.
Un semiconductor orgánico fue el PEDOT: PSS – el mismo material en el estudio
del 2013. Los otros tres polímeros orgánicos fueron ricos en platino, dos
llamados polímeros pi conjugados y el carbono-60 de una molécula esférica
llamada buckminsterfullerene porque se ve como un par de cúpulas geodésicas
popularizadas por el fallecido arquitecto Buckminster Fuller.
El carbono-60 demostró sorprendentemente ser el semiconductor más eficientes
para convertir ondas de spin en corriente eléctrica, dice Vardeny.

¿Cómo se realizaron los experimentos
Los físicos de Utah realizaron múltiples pasos para convertir la corriente de spin a
corriente eléctrica. Utilizaron una pequeña lámina de vidrio de 2,1 pulgadas de
largo y un sexto de pulgada de ancho. Dos contactos eléctricos que están unidos a
un extremo de un portaobjetos de vidrio, cables de cobre planos y delgados que
corren a lo largo de una corredera, la conexión de los contactos en un extremo con
un “sandwich” en el otro extremo que incluye el vidrio en la parte inferior, el
semiconductor de polímero orgánico está probando en el medio y un material
ferromagnético de níquel-hierro en la parte superior.
Este dispositivo se inserta entonces a lo largo en un tubo de metal de alrededor de
1 pulgada de diámetro y 3,5 pulgadas de largo. Un material no conductor rodea el
dispositivo en el interior de este tubo, que luego se inserta en un imán que genera
un campo magnético.
“Aplicamos un campo magnético y lo dejamos más o menos constante,” dice
Boehme. “Entonces conectamos los dos contactos a un metro de tensión y
empezamos a medir la tensión de la salida del dispositivo como una función del
tiempo.”
Utilizando solamente el campo magnético, no se detectó ninguna corriente
eléctrica. Pero entonces los físicos de Utah bombardearon el dispositivo
semiconductor orgánico con pulsos de microondas – tan poderosos como los de
un horno de microondas.
“De repente vimos una tensión durante ese pulso,” dice Boehme. Lo que pasa es
que los pulsos de microondas generan ondas de spin en el imán del dispositivo, y
las ondas se convierten en corriente de espín en el semiconductor orgánico, yº
luego en una corriente eléctrica detectada como una tensión.
En comparación con el estudio de 2013, el uso de pulsos de microondas en los
experimentos de Utah significan que “nuestro poder es mucho mayor, pero el
calentamiento es mucho menor y el efecto efecto hall de giro inverso es
aproximadamente 100 veces más potente”, dice Boehme.

En efecto, las microondas pulsadas proporcionan una manera de mejorar el
efecto  hall de giro inverso por lo que se puede utilizar para convertir la energía,
Vardeny añade.
El nuevo estudio también mostró que la conversión de la corriente de espín a
corriente eléctrica en los semiconductores orgánicos a través del “acoplamiento de
spin-órbita”, también se encontró en los conductores y semiconductores
inorgánicos – a pesar de que el fenómeno de materiales inorgánicos y orgánicos
trabaja fundamentalmente de diferentes maneras, dice Boehme.
Este acoplamiento es mucho más débil en los semiconductores orgánicos que en
los no orgánicos, pero “el gran logro que tuvimos fue encontrar un método
experimental suficientemente sensible para medir de forma fiable estos efectos
muy débiles en los semiconductores orgánicos,” dice Boehme.
El nuevo estudio fue financiado por la National Science Foundation y la
Universidad de Utah del programa Materiales de Investigación de Ciencias e
Ingeniería de la NSF. Los co-autores con Vardeny y Boehme los físicos de la
Universidad de Utah, los profesores investigadores, Dali Sun y Hans Malissa, así
como los investigadores postdoctorales, Kipp van Schooten y Chuang Zhang, y los
estudiantes graduados Marzieh Kavand y Matthew Groesbeck.

Objetivo

Generar energía eléctrica por medio del magnetismo y para ayudar a medios rurales y a personas con bajos recursos económicos

Justificación

Hoy en día hay mucha tecnología y para poder usarla necesitamos generarlas, pero lo hacemos dañando al planeta y este puede causar consecuencias graves.

Para ello el propósito de nuestro proyecto es generar energía limpia y sin afectar el medio ambiente,  para ello utilizamos imanes ya que con ellos podemos utilizar el método del magnetismo ya que es otra alternativa para generarla. Ya que podríamos decir que el magnetismo es el primo de la electricidad y gracias a esto la podemos generar de una manera limpia.

Hipótesis

Si generamos energía eléctrica con el magnetismo podremos ayudar a personas de bajos recursos económicos

 

Método (materiales y procedimiento)

Materiales:

4 Imanes

1 Foco led

1 Ventilador cuadrado

1 Desarmador plano

2 Metros de cable del no.2

1 Una cinta aislante

1 Pinza de corte

Procedimiento:

1.- Colocar los imanes en el lado del ventilador

2.-  Colocar un imán en una aspa del ventilador

3.- Verificar que el imán de la aspa se atraído por la de los lados

4.-  Cortar el enchufe del ventilador

5.- Pelar el cable del ventilador

6.-  Pelar el cable que será unido con el led

7.-  Juntar el cable del led junto con el ventilador

8.- Asegurar las uniones con cinta de aislar

9.- girar la aspa con la mano una vez

Galería Método

Resultados

Obtuvimos un generador de energía con un ventilador con imanes en sus lados y uno en sus aspas el ventilador tiene de perímetro 24cm.

conectado a un led con cable del no.2. El costo total de nuestro generador es de 325$

Galería Resultados

Discusión

Los generadores de energía son muy comunes en el mundo ya que sin ellos no podríamos utilizar la electricidad. Hay muchas maneras de crearla y una ventaja de hacerla es que no contaminamos al ambiente y no gastamos mucho dinero.

Conclusiones

El generador de energía que tiene la capacidad de generar energía, limpia, económica, y casera mediante el magnetismo, se generan hasta 3 voltios pero sin aumentar el tamaño si utilizamos mas ventiladores y aumentamos la potencia de los imanes se puede llegar a tener la suficiente energía para cargar un celular e incluso un electrodoméstico.

Bibliografía

Ventanas al Universo (2007) consultado el 5 de marzo de 2019 en
https://www.windows2universe.org/physical_science/magnetism/sw_e_and_m.html
&lang=sp
La electricidad, el magnetismo, la luz consultado el 5 de marzo de 2019 en
https://sites.google.com/site/laelectricidadymagnetismotema6/el-magnetismo-
produce-electricidad

Jose Miguel (2005) consultado el 5 de marzo de 2019 en
https://es.slideshare.net/josem_2305/generacin-de-energa-elctrica-a-partir-de-
magnetismo
Teresa Martín consultado el 5 de marzo de 2019 en
http://www2.montes.upm.es/dptos/digfa/cfisica/magnet/generador.html
Universitam (2016) consultado el 5 de marzo de 2019 en
https://universitam.com/academicos/noticias/descubren-otra-manera-de-convertir-
el-magnetismo-en-electricidad/



pj─346─en Generar energía mediante el magnetismo

Summary

Nowadays, pollution due to the misuse of electricity represents a great global problem since a large part is generated consecutively. A generator of energy through magnetism will be more useful and efficient. Alternatives have already been presented, but we have not found a totally effective solution to this great problem. The energy produced through magnetism is much cleaner, cheaper and easier to produce. We obtained an energy generator with a fan with magnets on its sides and one is its blade, the fan has a perimeter of 24cm connected to a led with cable number 2. The estimated cost is $ 325. This generator has the ability to produce clean, economical and homemade energy, generates up to 3 volts, but if the size is increased or if we use more fans and the power of the magnets is increased, a cell phone can be charged. According to the information consulted, it is necessary to use 12 magnets, but with low power, and that is the only way to turn on an LED. When developing the project we preferred 4 magnets but with more power and that helped the cost and was equally effective.

Research Question

How to generate electricity based on magnetism to help people with low resources?

Problem approach

Nowadays many people use electricity for their daily life and as there is a lot of population on the planet we need to generate it in large quantities and do it in this way we contaminate the planet and cause damages that we can no longer fix.

Currently thanks to technological progress there are different ways of producing energy through different methods, one of them is magnetism because we can say that magnetism is the cousin of electricity but in a cleaner and easier way to produce it and thus we do not pollute.

Background

Electricidad y Magnetismo
La electricidad y el magnetismo están estrechamente relacionados y son temas de gran importancia en la física. Usamos electricidad para suministrar energía a las computadoras y para hacer que los motores funcionen. El magnetismo hace que un compás o brújula apunte hacia el norte, y hace que nuestras notas queden pegadas al refrigerador. Sin radiación electromagnética viviríamos en la obscuridad ¡pues la luz es una de sus muchas manifestaciones!.
La electricidad puede existir como carga estacionaria, conocida como electricidad estática; también puede estar en movimiento y fluyendo, conocida como corriente eléctrica. Las partículas subatómicas tales como los protones y electrones, poseen cargas eléctricas minúsculas. En tiempos relativamente recientes, la humanidad ha aprendido a almacenar el poder de la electricidad. Este poder, y los muchos tipos de circuitos y dispositivos eléctricos que el hombre ha inventado, han transformado el mundo de manera radical. La electricidad también juega un papel importante en el mundo natural, cuando se generan poderosos rayos que producen señales que se desplazan a través de nuestros nervios. El magnetismo es primo hermano de la electricidad. Algunos materiales, tales como el hierro, son atraídos por imanes, mientras que otros, como el cobre, ignoran su influencia. Describimos el movimiento de objetos influenciados por imánes en términos de campos magnéticos. Sabemos que los imanes tienen polo norte y polo sur, y que polos iguales se rechazan entre sí, mientras que polos opuestos se atraen. La electricidad y el magnetismo son dos caras de una simple fuerza fundamental. Al acelerar un imán se producirá una corriente eléctrica, si
varías el flujo de electricidad, se origina un campo magnético. Estos principios los usamos en la construcción de motores y generadores.

Alterar los campos magnéticos produce radiación electromagnética. Esta energía de movimiento muy rápido ocurre en una forma continua conocidas como espectro electromagnético, que abarca de ondas de radio y microondas a luz ultravioleta, luz visible luz infrarroja, y los potentes rayos X y rayos gamma . Cuando el espectro es separadp en sus constituyentes por un espectroscopio, el espectro electromagnético revela mucho sobre objetos distantes tales como las estrellas.
Hacemos uso de nuestro conocimiento sobre este tipo de radiación en la
construcción de telescopios para ver los cielos, radios para comunicación, y
máquinas de rayos X para diagnósticos médicos.

EL MAGNETISMO PRODUCE ELECTRICIDAD

Si movemos un imán cerca de un cable, vemos que aparece corriente eléctrica.
Aunque ese efecto es débil, si incluimos un contador  en el circuito podremos
medir la cantidad de corriente generada. Cuando el imán es más grande y lo
movemos mucho más rápido más corriente generaremos. Los aparatos que
utilizan el magnetismo para producir  electricidad se denominan generadores electromagnéticos.
Hay varios tipos:

-Los que aprovechan el movimiento del imán entre un cable enrollado en espiral.
Ejem: dinamo.
-Los que aprovechas el movimiento de una bobina entre dos imanes.

GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA A PARTIR DE MAGNETISMO.
3. EN UN IMÁN CASI TODOS LOS ELECTRONES TIENDEN A ORIENTARSE
EN LA MISMA DIRECCIÓN, CREANDO UNA FUERZA MAGNÉTICA GRANDE O

PEQUEÑA, DEPENDIENDO DEL NÚMERO DE ELECTRONES QUE ESTÉN
ORIENTADOS. MAGNETISMO ELECTRÓNICO
4. GENERADOR ELÉCTRICO. Es un dispositivo que convierte energía mecánica en energía eléctrica. Por la ley de Faraday, al hacer girar una espira dentro de un campo magnético, se produce una variación del flujo de dicho campo a través de la espira y por tanto se genera una corriente eléctrica.
5. GENERADOR ELÉCTRICO CASERO
6. NIKOLA TESLA. Padre de la época moderna, fue el primero en plantear,
diseñar y elaborar un motor magnético, obteniendo resultados impresionantes.
7. VENTAJAS DE LA ENERGÍA MAGNÉTICA  Una ventaja enorme de este tipo de energía alterna es el bajo costo relativo de producción.
8. ENERGÍA MÁS LIMPIA. El hecho de Producir energía con magnetismo, ayuda a hacer a un lado el daño ambiental ocasionado con el uso de combustibles fósiles.
9. APLICACIONES COTIDIANAS • Una aplicación muy común del
electromagnetismo se puede observar en toda clase de motores eléctricos que
posean embobinado.
10. • GRACIAS AL ELECTROMAGNETISMO ES POSIBLE LA UTILIZACIÓN DE
TRANSPORTES COMO EL TREN BALA, QUE ALCANZA ALTAS VELOCIDADES
GRACIAS A LA POCA FRICCIÓN CON LOS RIELES GRACIAS A LA
REPULSIÓN MAGNÉTICA
Un generador eléctrico es un dispositivo que convierte energía mecánica en
energía eléctrica. Mantiene por tanto una diferencia de potencial entre dos puntos denominados polos. Por la ley de Faraday, al hacer girar una espira dentro de un campo magnético, se produce una variación del flujo de dicho campo a través de la espira y por tanto se genera una corriente eléctrica.
El la figura anterior, la espira rectangular rota dentro de un campo magnético, por lo que el flujo del campo a través de ella varía. Se crea una corriente que circula por la espira, por lo que entre los bornes (representados en verde) aparece una diferencia de potencial ΔV (fuerza electromotriz inducida).
En las centrales de generación de energía eléctrica (nucleares, térmicas,
hidráulicas…) la energía mecánica que el generador transforma en energía
eléctrica proviene del movimiento de una turbina, accionada dependiendo del tipo de central por vapor de agua, aire o agua. En la figura inferior se ha representado esquemáticamente el sistema de generación de energía eléctrica de una central
hidráulica.

En la parte inferior de la figura se observan las palas de la turbina (accionada por agua) y las compuertas verticales que sirven para regular el caudal de agua que entra a la turbina. En la parte superior está representado el generador de energía eléctrica. Dicho generador consta de dos partes:
El estátor, que es la parte estática del generador. Actúa como inducido.
El rotor, que es la parte móvil conectada al eje de la turbina. Es el que actúa
como inductor.
El rotor puede estar constituido por un imán permanente o más frecuentemente,
por un electroimán. Un electroimán es un dispositivo formado por una bobina
enrollada en torno a un material ferromagnético por la que se hace circular una
corriente, que produce un campo magnético. El campo magnético producido por
un electroimán tiene la ventaja de ser más intenso que el de uno producido por un
imán permanente y además su intensidad puede regularse.
El estátor está constituido por bobinas por las que circulará la corriente. Cuando el
rotor gira, el flujo del campo magnético a través del estátor varía con el tiempo, por
lo que se generará una corriente eléctrica. En este enlace puede verse un
esquema de una central hidráulica en funcionamiento.
Motor eléctrico

Un motor eléctrico funciona de forma inversa a un generador. Convierte energía
eléctrica en energía mecánica. El principio de funcionamiento de los motores
eléctricos se muestra en la figura inferior.
Si se coloca una espira en un campo magnético y se hace pasar una intensidad de
corriente a través de ella, el campo ejerce una fuerza sobre los lados de la espira,
y estas fuerzas ejercen un momento de fuerzas. La espira empezará a rotar, por lo
que se habrá transformado energía eléctrica en energía mecánica.
DESCUBREN OTRA MANERA DE CONVERTIR EL MAGNETISMO EN
ELECTRICIDAD
9 de mayo del 2016. Físicos de la Universidad de Utah han logrado convertir la
corriente de espín magnética en corriente eléctrica, utilizando el efecto hall de giro
inverso, fenómeno que trabaja en varios semiconductores orgánicos – incluyendo
las buckyballs de carbono-60.
Sin embargo los investigadores dicen que la eficiencia del nuevo método de
conversión de energía es todavía desconocida, pero podría tener un amplio uso en futuros dispositivos electrónicos, baterías, células solares y ordenadores.
Christoph Boehme, autor principal del artículo publicado en la revista Nature
Materials, dijo que “este trabajo es el primero en demostrar el efecto hall de giro inverso en una amplia gama de semiconductores orgánicos con una sensibilidad sin precedentes”.
Boehme, que además es un profesor de física, explicó que “el efecto hall de giro inverso es un fenómeno notable que convierte la corriente de espín en corriente eléctrica. Este fenómeno es tan raro que nadie sabe como será utilizado en el futuro, pero puede llevar al desarrollo de nuevas aplicaciones técnicas, incluyendo una nueva forma de conversión de energía.
Por otra parte, el profesor Z. Valy Vardeny, coautor del artículo, explicó que
mediante el uso de pulsos de microondas, el efecto hall de giro inverso y la
utilización de semiconductores orgánicos para convertir corriente de espín en electricidad, esta nueva fuerza electromotriz genera corriente eléctrica de una
manera completamente diferente a las formas actuales.
Actualmente todas las plantas productoras de electricidad a base de carbón, gas, hidroeléctricas, eólicas y nucleares, utilizan dínamos para convertir la fuerza mecánica en  cambios en el campo magnético y luego se produce la electricidad.
Las Reacciones químicas son utilizadas en las modernas baterías eléctricas y las células solares convierten la luz en corriente eléctrica. Pero, la conversión de corriente de espín en corriente eléctrica es otra forma hasta hoy desconocida. Los científicos ya están desarrollando nuevos dispositivos, por ejemplo, generadores termoeléctricos, mediante el uso de semiconductores inorgánicos tradicionales. Al respecto el profesor Vardeny dice que los semiconductores orgánicos son prometedores porque son baratos, de fácil procesado y no afectan el medio ambiente. Señala que se desarrollaron tanto en células solares orgánicas y pantallas de TV de LED orgánico (diodo emisor de luz) a pesar de que las células de silicio solar y LEDs no orgánicos se utilizan ampliamente.
Vardeny y Boehme aclararon que la eficiencia con la que los semiconductores
orgánicos convierten la corriente de espín a corriente eléctrica aun es
desconocida, por lo que es demasiado pronto para predecir como esta nueva
tecnología será usada algún día para la conversión de energía en baterías, células solares, computadoras, móviles y otros productos electrónicos de consumo.
Boeheme enfatizó que se debe tener un cierto grado de precaución, pues se trata de un nuevo método de conversión de energía que no ha sido estudiado.
Boehme informó que en los experimentos que se realizaron, se logró convertir
más corriente de espín a corriente eléctrica que en un estudio realizado en el
2013, pero advirtió que el efecto tendría que ser ampliado muchas veces para
producir tensiones equivalentes al de las pilas de uso doméstico.”
De corriente de espín a la corriente eléctrica del mismo modo que los núcleos atómicos y los electrones que orbitan alrededor de ellos llevan cargas eléctricas, también tienen otra propiedad inherente: el SPIN, lo que hace que se comporten como diminutos imanes que pueden apuntar hacia el norte o al sur.
La electrónica de espín -espintrónica- es una promesa para el desarrollo de
ordenadores más rápidos, baratos y mejores productos electrónicos y LEDs para pantallas más pequeñas, y sensores para detectar todo, incluyendo la radiación de campos magnéticos.
El efecto hall de giro inverso se demostró en los metales en 2008, y luego en los semiconductores no orgánicos, dice Vardeny. Por otra parte, en el 2013, los investigadores  mostraron que el fenómeno también se produjo en un
semiconductor orgánico PEDOT llamado: PSS, cuando este se expuso a
microondas continuas débiles para evitar freír el semiconductor.
Pero Boehme y Vardeny dicen que la corriente eléctrica generada en ese estudio por el efecto hall de giro inverso era pequeña -de nanovoltages – y fue oscurecida por el calentamiento de las microondas de la muestra y otros efectos no deseados.
“Pensamos: vamos a construir diferentes dispositivos para que estos efectos
espurios sean eliminados o muy pequeños en comparación con el efecto que
queríamos observar,” dice Boehme.
En el nuevo estudio, los investigadores utilizaron pulsos cortos de microondas más potentes para utilizar el efecto hall de giro inverso y convertir una corriente de espín en corriente eléctrica en siete semiconductores orgánicos, sobre todo a temperatura ambiente.
Un semiconductor orgánico fue el PEDOT: PSS – el mismo material en el estudio del 2013. Los otros tres polímeros orgánicos fueron ricos en platino, dos llamados polímeros pi conjugados y el carbono-60 de una molécula esférica llamada buckminsterfullerene porque se ve como un par de cúpulas geodésicas popularizadas por el fallecido arquitecto Buckminster Fuller.
El carbono-60 demostró sorprendentemente ser el semiconductor más eficientes para convertir ondas de spin en corriente eléctrica, dice Vardeny.

¿Cómo se realizaron los experimentos
Los físicos de Utah realizaron múltiples pasos para convertir la corriente de spin a corriente eléctrica. Utilizaron una pequeña lámina de vidrio de 2,1 pulgadas de largo y un sexto de pulgada de ancho. Dos contactos eléctricos que están unidos a un extremo de un portaobjetos de vidrio, cables de cobre planos y delgados que corren a lo largo de una corredera, la conexión de los contactos en un extremo con un “sandwich” en el otro extremo que incluye el vidrio en la parte inferior, el semiconductor de polímero orgánico está probando en el medio y un material ferromagnético de níquel-hierro en la parte superior. Este dispositivo se inserta entonces a lo largo en un tubo de metal de alrededor de 1 pulgada de diámetro y 3,5 pulgadas de largo. Un material no conductor rodea el dispositivo en el interior de este tubo, que luego se inserta en un imán que genera un campo magnético.
“Aplicamos un campo magnético y lo dejamos más o menos constante,” dice
Boehme. “Entonces conectamos los dos contactos a un metro de tensión y
empezamos a medir la tensión de la salida del dispositivo como una función del tiempo.”
Utilizando solamente el campo magnético, no se detectó ninguna corriente
eléctrica. Pero entonces los físicos de Utah bombardearon el dispositivo
semiconductor orgánico con pulsos de microondas – tan poderosos como los de un horno de microondas. “De repente vimos una tensión durante ese pulso,” dice Boehme. Lo que pasa es que los pulsos de microondas generan ondas de spin en el imán del dispositivo, y las ondas se convierten en corriente de espín en el semiconductor orgánico, yº luego en una corriente eléctrica detectada como una tensión.
En comparación con el estudio de 2013, el uso de pulsos de microondas en los
experimentos de Utah significan que “nuestro poder es mucho mayor, pero el
calentamiento es mucho menor y el efecto efecto hall de giro inverso es
aproximadamente 100 veces más potente”, dice Boehme.

En efecto, las microondas pulsadas proporcionan una manera de mejorar el
efecto  hall de giro inverso por lo que se puede utilizar para convertir la energía, Vardeny añade.
El nuevo estudio también mostró que la conversión de la corriente de espín a
corriente eléctrica en los semiconductores orgánicos a través del “acoplamiento de spin-órbita”, también se encontró en los conductores y semiconductores inorgánicos – a pesar de que el fenómeno de materiales inorgánicos y orgánicos trabaja fundamentalmente de diferentes maneras, dice Boehme. Este acoplamiento es mucho más débil en los semiconductores orgánicos que en los no orgánicos, pero “el gran logro que tuvimos fue encontrar un método experimental suficientemente sensible para medir de forma fiable estos efecto muy débiles en los semiconductores orgánicos,” dice Boehme.
El nuevo estudio fue financiado por la National Science Foundation y la
Universidad de Utah del programa Materiales de Investigación de Ciencias e
Ingeniería de la NSF. Los co-autores con Vardeny y Boehme los físicos de la
Universidad de Utah, los profesores investigadores, Dali Sun y Hans Malissa, así como los investigadores postdoctorales, Kipp van Schooten y Chuang Zhang, y los estudiantes graduados Marzieh Kavand y Matthew Groesbeck.

Objective

To generate electricity through magnetism and to help rural and low-income people

Justification

Nowadays there is a lot of technology and to use it we need to generate them, but we do it by damaging the planet and this can cause serious consequences.

For this, the purpose of our project is to generate clean energy and without affecting the environment, for this we use magnets since with them we can use the magnetism method since it is another alternative to generate it. Since we could say that magnetism is the cousin of electricity and thanks to that we can generate it in a clean way.

Hypothesis

If we generate electrical energy with magnetism we can help people with low resources

Method (materials and procedure)

Materials:

4 Magnets

1 Led spotlight

1 square fan

1 Flat screwdriver

2 meters of cable no.2

1 An insulating tape

1 Cutting clamp

Process:

1 Place the magnets on the fan side

2 Place a magnet on a fan blade

3 Check that the magnet of the blade

is attracted to the one on the sides

4 Cut the fan plug

5 Peel the fan cable

6 Strip the cable that will be joined with the led

7 Join the led cable together with the fan

8 Secure the joints with insulation tape

9 Turn the blade by hand once

Results

We obtained an energy generator with a fan with magnets on its sides and one on its blades the fan has a perimeter of 24cm.
connected to a led with no.2 cable.
The total cost of our generator is $ 325

Discussion

Conclusions

The generator of energy that has the ability to generate energy, clean, economic, and homemade by magnetism, are generated up to 3 volts but without increasing the size if we use more fans and increase the power of the magnets can be enough energy to charge a cell phone and even an appliance.

Bibliography

Ventanas al Universo (2007) consultado el 5 de marzo de 2019 en
https://www.windows2universe.org/physical_science/magnetism/sw_e_and_m.html
&lang=sp
La electricidad, el magnetismo, la luz consultado el 5 de marzo de 2019 en
https://sites.google.com/site/laelectricidadymagnetismotema6/el-magnetismo-
produce-electricidad