Ciencias de la Ingeniería

Pandilla Kids (3ro., 4to., 5to. y 6to. Año de primaria)

Tren electromagnético

Asesor: Elizabeth Acosta Hernández

Autor: VANIA DESIREE BELTRAN LOPEZ

Resumen

Los medios de transporte son cada vez más avanzados, y un tren electromagnético podría servir para llevarnos más rápido a lugares más lejos y en menos tiempo. Es más amigable con el medio ambiente y está lejos de ser una tecnología del futuro, es una realidad que ya gozamos ahora.

Pregunta de Investigación

¿Cómo funciona un tren electromagnético?

Planteamiento del Problema

Los vehículos de ahora usan combustibles no renovables como el petróleo. Sin embargo existe energía limpia, como la eólica, la cual nos ofrecen medios de transporte más sustentables pero no convenientes para las necesidades energéticas del transporte de alta velocidad. Es por esto el tren electromagnético puede ser una buena opción que satisfaga esta necesidad.

Antecedentes

El único magnetismo que se conocía hasta 1820 era el de las piedras como la magnetita. Ese año Hans Christian Oersted, profesor de la universidad de Copenhague, hizo un experimento para demostrar a sus alumnos que el paso de la corriente eléctrica a través de un cable producía calor. Oersted también quería hablarles a sus alumnos sobre magnetismo, por lo que llevaba una aguja imantada. Para su sorpresa, Oersted notó que cada vez que encendía la corriente eléctrica, la aguja de la brújula se orientaba perpendicularmente al cable.

No pudo comprender exactamente cuáles eran las causas por las que esto ocurría, así que publicó los detalles de su experimento sin mayores explicaciones. Hoy sabemos que cuando las cargas eléctricas circulan a través de un cable, crean a su alrededor un campo magnético cuyas líneas son circunferencias concéntricas al cable. Electricidad y magnetismo, entonces, pertenecen al mismo fenómeno.

Un electroimán es un imán cuyo campo magnético se produce mediante el paso de una corriente eléctrica. Esto es, un imán accionado por electricidad. Como hemos visto, al pasar la corriente eléctrica por un cable se crea un campo magnético. Si ahora el hilo por el que pasa la corriente se enrolla en forma de hélice (cada una de las vueltas de alambre se denomina espira) se forma un solenoide.

Al pasar la corriente, el campo producido por las distintas espiras se sumará para crear un campo siguiendo el eje del solenoide, o sea, de las espirales de cable, dando como resultado una fuerza paralela al eje. Si introducimos un núcleo de hierro dentro del solenoide, la fuerza magnética del solenoide se transmitirá a través de él, transformándolo en un imán mientras esté pasando la corriente eléctrica. Cuando se interrumpe la corriente desaparece la imantación aunque el núcleo permanezca levemente imantado.

El electroimán se comporta igual que un imán, con la diferencia de que su intensidad puede controlarse cambiando la intensidad de la corriente que circula o el número de espiras de la bobina. Además, cuando se desconecta la batería y con ello se corta la corriente, desaparece el magnetismo.

Desde hace 175 años existe el tren como transporte exitoso de masas y de mercaderías.
Hasta hace 40 años se ha valido exclusivamente de ruedas y vías para moverse. Para esta acción combinada de rueda y vía, se mueve una gran fuerza en un espacio limitado, que provoca un gasto de partes de los vagones y de las vías.
Mientras más elevada es la velocidad de las ruedas de los vagones en las vías, más elevada es la manutención y los costos. Por este motivo, desde hace bastante tiempo que los ingenieros querían encontrar la forma de reducir ese desgaste y como consecuencia de ello, los altos costos. Para obtener un verdadero éxito, era necesario no sólo el perfeccionamiento de las ruedas y las vías, sino una verdadera revolución técnica general.

Esta revolución de Transportes de Alta Velocidad con dispositivo de guía son los Trenes Magnéticos, los cuales han sido posible recién en las dos últimas décadas a través de éxitos tecnológicos. Los Trenes Magnéticos, se mueven sin tomar contacto con las vías sino que flotan sobre el camino guía.

Justamente, debido a esta flotación, se evita todo tipo de contacto con el carril guía y de esta manera, el desgaste. Esto significa una disminución drástica de los costos de la empresa y/o del servicio. Esta flotación evita también considerablemente el ruido y sus molestias. No hay más sonidos estridentes de las vías y tampoco ruidos de rodados. Los Trenes Magnéticos son muy silenciosos en comparación con los tradicionales.

Objetivo

Conocer el funcionamiento de un electroimán como una propuesta de mejora a los medios de transporte ecológicos a través de la construcción un tren electromagnético a escala, que permita mostrar los beneficios del mismo.

Justificación

Me gustan los trenes y los imanes, cuando me enteré que existen trenes que se mueven con magnetismo decidí investigar en qué consisten y cómo funcionan. (Argumentar)

Hipótesis

Si puedo conocer el funcionamiento de un electroimán, entonces también puedo conocer cómo  construir un tren electromagnético.

Método (materiales y procedimiento)

MATERIALES

  1. Imanes rectangulares para formar una vía
  2. Una base en la que se pueda construir una pista
  3. Núcleo de ferrita
  4. Una pila de 9V
  5. 2m de cable de cobre

PROCEDIMIENTO

Formar una bobina con el núcleo de ferrita dándole vueltas con el cable de cobre alrededor de él.

Conectar las terminales de la bobina a la fuente de poder en este caso la batería de 9V. Si es necesario, raspar los extremos del cable para una mejor conductividad.

De ser posible conectarle un interruptor o dip switch. Para facilitar la conexión o de conexión de la batería a la bobina.

Probar el pequeño electroimán con una brújula, agujas o clips.

 

Montar el pequeño electroimán en una base no conductora como madera o plástico.

 

Formar los imanes sobre la superficie para la pista de manera que queden encontrados los polos opuestos uno detrás de otro

 

Probar el funcionamiento del electroimán sobre la pista si llega a caerse colocar a

sus lados otras piezas plásticas para evitar que se caiga

Galería Método

Resultados

Obtuvimos un pequeño electroimán capaz de poderse deslizar a través de una pista de imanes

Fue más difícil de lo que creí construir y equilibrar el tren y me pude convencer de que un verdadero tren electromagnético es una gran obra de ingeniería.

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

Los trenes electromagnéticos son muy interesantes, contaminan menos y podrían ayudar mucho al planeta.

Bibliografía

1. Física I, 4ta edición
Resnick, Halliday, Krane
Compañia Editorial Continental SA

2. https://www.popsci.com/scitech/article/2004-04/trans-atlantic-maglev/
Consultado el 16 febrero 2020

3. Física
Alonso, Marcelo y Edward J. Finn (1976).
Fondo Educativo Interamericano

4. sciencebuddies.org
Consultado el 22 de febrero de 2020

5. https://www.vix.com/es/btg/curiosidades/3634/que-es-un-electroiman

6. http://www.pro-transrapid.org/es/index.html

Summary

The means of transport are increasingly advanced, and an electromagnetic train could serve to take us faster to places further away and in less time. It is more friendly to the environment and is far from being a technology of the future, it is a reality that we already enjoy now

 

Research Question

How does an electromagnetic train work?

Problem approach

Today’s vehicles use non-renewable fuels such as oil, clean energy such as wind offers us more sustainable means of transportation, but not suitable for the energy needs of high-speed transportation. The electromagnetic train can be a good option that meets this need.

Background

until 1820 it was that of stones like magnetite. That year Hans The only known magnetism Christian Oersted, a professor at the University of Copenhagen, did an experiment to demonstrate to his students that the passage of electric current through a cable produced heat. Oersted also wanted to talk to his students about magnetism, so he had a magnetized needle. To his surprise, Oersted noted that each time he turned on the electric current, the compass needle was oriented perpendicular to the wire. He couldn’t understand exactly what was causing this, so he published the details of his experiment without further explanation. Today we know that when electric charges circulate through a cable, they create a magnetic field around it whose lines are concentric circles to the cable. Electricity and magnetism, then, belong to the same phenomenon. Precisely, due to this flotation, all kinds of contact with the guide rail are avoided and in this way, wear. This means a drastic decrease in company and / or service costs. This flotation also considerably avoids noise and its inconvenience. There are no more shrill sounds from the tracks and no rolling noises. Magnetic Trains are very quiet compared to traditional

Objective

Know the operation of an electromagnet to build an electromagnetic train.

Justification

I am struck by magnetism and I saw the transport applications for it so I decided to search more about it and discovered that I could build an electromagnetic train at home

Hypothesis

If I can know how an electromagnet works, then I can also know how to build an electromagnetic train.

Method (materials and procedure)

MATERIALS

1-Rectangular magnets to form a track
A base on which a runway can be built

2-Ferrite core One 9V battery 2m copper cable

 

PROCESS

1-Form a coil with the ferrite core by twisting it with the copper wire around it.

2-Connect the coil terminals to the power source in 
this case the 9V battery. If necessary, scrape the ends of the wire
 for better conductivity

3-If possible connect a switch or dip switch. 
To facilitate connection or connection of the battery to the coil.

4-Test the small electromagnet with a compass, needles, or clips.

5-Mount the small electromagnet on a non-conductive base such as wood or plastic.

6-Form the magnets on the surface for the track so that the opposite poles are found one behind the other

7-Test the operation of the electromagnet on the track if it falls.

its sides other plastic pieces to prevent it from falling

Results

We got a small electromagnet capable of being able to slide across a track of magnets

It was more difficult than I thought 
to build and balance the train and I could convince myself that
 a true electromagnetic train is a great engineering feat.

Discussion

Conclusions

Electromagnetic trains are very interesting, they pollute less and could help the planet a lot.

Bibliography

1. Física I, 4ta edición
Resnick, Halliday, Krane
Compañia Editorial Continental SA

2. https://www.popsci.com/scitech/article/2004-04/trans-atlantic-maglev/
Consultado el 16 febrero 2020

3. Física
Alonso, Marcelo y Edward J. Finn (1976).
Fondo Educativo Interamericano

4. sciencebuddies.org
Consultado el 22 de febrero de 2020

5. https://www.vix.com/es/btg/curiosidades/3634/que-es-un-electroiman

6. http://www.pro-transrapid.org/es/index.html