Este documento describe la construcción y análisis de dos modelos a escala: un timbre electromagnético y un tren magnético. El timbre funciona mediante un electroimán que atrae una pieza metálica móvil cuando pasa corriente, produciendo un sonido. El tren usa alambre de cobre enrollado para crear un campo magnético que atrae imanes y hace mover una pila a lo largo de un carril. Los estudiantes calculan la fuerza magnética en el timbre y la velocidad de la pila en el

1. UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS
ARMADAS ESPE - SEDE LATACUNGA
ASIGNATURA: ​Física Fundamental
NIVEL:​ SEGUNDO
NRC:​8850
GRUPO: ​1
TEMA: ​Timbre Electromagnetico y Tren Magnetico
Integrantes: ​Jadira Achote​, ​Byron Chuquitarco, Carlos Lema, Edison Paca, Elias
Telleria.

2. OBJETIVO GENERAL
Estudiar el fenómeno del electromagnetismo y sus aplicaciones, mediante la elaboración de
modelos a escala de aplicaciones del electromagnetismo en la industria y que a su vez nos permitan
observar estos fenómenos y obtener un mayor entendimiento del tema.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
❖ Explicar el funcionamiento del timbre eléctrico, y su relación con el electromagnetismo para
un mayor entendimiento del tema.
❖ Estudiar el fenómeno de electromagnetismo que se produce en un tren magnético y su
utilidad en la industria.
❖ Observar la importancia de las corrientes eléctricas y como estas producen campos
magnéticos.
❖ Entender el funcionamiento de los campos magnéticos en las maquetas construidas para
calcular el mismo.
MARCO TEÓRICO:
El timbre eléctrico es un aparato en cuyo funcionamiento intervienen fuerzas de diferente tipo, entre
ellas fuerzas magnéticas. Este aparato tiene un gran valor didáctico como recurso en el estudio de
las aplicaciones tecnológicas de las fuerzas magnéticas pero antes de entender su funcionamiento se
necesita comprender algunos conceptos básicos. Durante el siglo XVIII, muchos científicos trataron
de encontrar un vínculo entre la electricidad y el magnetismo. Se demostró que una carga eléctrica
en reposo y un imán no tenían influencia uno sobre el otro. Sin embargo, en 1820, Hans Christian
Oersted (1777-1851) descubrió que cuando se coloca una brújula cerca de un alambre, la aguja se
desvía tan pronto como los extremos del alambre se conectan a las terminales de una batería de
manera que el alambre conduce una corriente eléctrica. Como hemos visto, la aguja de una brújula
se desvía en presencia de un campo magnético. Así que el experimento de Oersted demostró que
una corriente eléctrica produce un campo magnético.
El electromagnetismo es una rama de la física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y
magnéticos en una sola teoría. El electromagnetismo es una teoría de campos; es decir. El
electromagnetismo describe los fenómenos físicos macroscópicos en los cuales intervienen cargas
eléctricas en reposo y en movimiento, usando para ello campos eléctricos y magnéticos y sus
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3. efectos sobre las sustancias sólidas, líquidas y gaseosas. Por ser una teoría macroscópica, es decir,
aplicable sólo a un número muy grande de partículas y a distancias grandes respecto de las
dimensiones de éstas. El electromagnetismo considerado como fuerza es una de las cuatro fuerzas
fundamentales del universo actualmente conocido. Esta unificación es fundamental para describir
las relaciones que existen entre los campos eléctricos variables que se utilizan en la vida diaria
como la corriente alterna utilizada en las redes eléctricas domésticas y los campos magnéticos que
inducen. Entre otras aplicaciones técnicas, se utiliza para el cálculo de antenas de
telecomunicaciones y de circuitos eléctricos o electrónicos en los que hay campos eléctricos y
magnéticos variables que se generan mutuamente. Dentro de el timbre, cuando la corriente llega al
aparato, recorre un electroimán que atrae una masa ferromagnética en cuyo extremo está un martillo
que golpea la campana. Sin embargo, una parte de esa pieza cierra el circuito eléctrico, de modo que
al ser desplazada, el circuito se abre y la corriente deja de alimentar el electroimán. En ausencia de
la fuerza magnética, fuerzas elásticas hacen que la pieza ferromagnética vuelva a la posición
original, separando el martillo de la campana. Al llegar a la posición inicial , el circuito se vuelve a
cerrar y el proceso se repite provocando el sonido característico de los timbres.
Como ya se mencionó los timbres eléctricos funcionan por la acción de un electroimán que no es
más que una bobina con núcleo de hierro que actúa como un imán permanente cuando circula
corriente eléctrica. Los timbres se construyen para trabajar con corriente de bajo voltaje 6, 8 ó 12V
aunque también pueden ser conectados directamente a la línea de 110 V. Estos utilizan un elemento
llamado transformador, que tiene la función de bajar la tensión de 110 a 6, 8 ó 12 V según sea
necesario.
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4. TREN MAGNÉTICO
Se denomina “Efecto Meissner” a esta capacidad de los superconductores de rechazar un campo
magnético que intente penetrar en su interior; de manera que si acercamos un imán a un
superconductor, se genera una fuerza magnética de repulsión la cuales capaz de contrarrestar el
peso del imán produciendo así la levitación del mismo. Hoy día el uso más extendido del fenómeno
de levitación magnética se da en los trenes de levitación magnética. Un tren de levitación magnética
es un vehículo que utiliza las ondas magnéticas para suspenderse por encima del carril e impulsarse
a lo largo de un carril-guía. Si bien existen otras aplicaciones como, por ejemplo, las montañas
rusas de levitación magnética o, lo que en la actualidad se encuentra bajo investigación, la
propulsión de naves espaciales mediante este mismo fenómeno, estas se basan en los mismos
principios que los trenes tanto para mantenerse levitando como para impulsarse a lo largo de un
carril-guía.
La levitación en un tren maglev, se consigue mediante la interacción de campos magnéticos que dan
lugar a fuerzas de atracción o repulsión,dependiendo del diseño del vehículo, es decir, según si el
tren utilice un sistema EMS: Suspensión Electromagnética o EDS Suspensión Electrodinámica. La
principal diferencia entre un sistema EMS y un EDS es que en el primero la levitación del tren es
producida por la atracción entre las bobinas colocadas en el vehículo y la vía, y en el segundo se
consigue la levitación gracias a fuerzas de repulsión entre estas.
En el caso del EMS, la parte inferior del tren queda por debajo de una guía de material
ferromagnético, que no posee magnetismo permanente. Cuando se ponen en marcha los
electroimanes situados sobre el vehículo, se genera una fuerza de atracción. Ya que el carril no
puede moverse, son los electroimanes los que se mueven en dirección a éste elevando con ellos el
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5. tren completo. Sensores en el tren se encargan de regular la corriente circulante en las bobinas,
como resultado el tren circulará a una distancia de aproximadamente un centímetro del carril guía.
Unos electroimanes encargados de la guía lateral del vehículo serán colocados en los laterales del
tren de manera que quede garantizado su centrado en la vía La principal ventaja de las suspensiones
EMS es que usan electroimanes en vez de los complicados imanes superconductores que exige la
suspensión EDS. Por no necesitar imanes superconductores, no son necesarios complicados y
costosos sistemas de refrigeración.
MATERIALES :
TIMBRE ELECTROMAGNETICO
❖ 5 metros de alambre de cobre esmaltado
❖ Cinta de papel, aisladora o adhesiva.
❖ Tornillo de 5 cm aproximadamente
❖ 2 Baterías AA
❖ Estilete o tijeras
❖ Trozo de madera de 10 cm de largo, 3cm de ancho y 1cm de espesor (medidas orientativas,
puedes utilizar cualquiera que cumpla con la función que necesitamos)
❖ Destornillador
❖ Tira de chapa fina, de 1 cm de ancho por 25cm de largo (La puedes cortar de otro tarro de
lata)
❖ 2 Tornillos para chapa o madera, pequeños
TREN MAGNÉTICO
❖ Alambre de Cobre 0.90mm.
❖ Pilas AAA2
❖ Imanes de Neodimio
DESARROLLO:
➢ TIMBRE ELECTROMAGNETICO
Se empezó colocando cinta sobre el tornillo de cinco centímetros de largo.Realizamos este paso con
el fin de evitar que el alambre toque el tornillo ya que este es conductor evitando que se produzca
un cortocircuito eléctrico.
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6. Después enrollamos fuertemente el alambre de cobre sobre este tornillo. Dejando 15 centímetro de
cada extremo para conectar las baterías doble A. Quitamos el esmalte de los extremos del alambre
con el estilete o las tijeras.
De momento se construyó el electroimán de nuestro timbre electromagnético casero. Tenemos que
anclar sobre la madera. Para esto se hará un pequeño agujero con la ayuda de un clavo, martillo y
unas tijeras. Ahora se enrosca el tornillo sobre la madera con la ayuda de un destornillador.
A continuación procederemos a fabricar la única parte móvil del timbre. Tomamos la tira cortada de
una nueva lata de 25 cm de largo y la doblamos. Este elemento nos servirá en nuestro timbre
contacto eléctrico, la lata cortada no tiene que estar pintada, después hay que atornillarla a la
madera con el tornillo pequeño. Si no puedes apretar la lata cortada contra la madera con la cabeza
del tornillo, se puede hacer un agujero en la tira de la lata cortada ayudándote de un clavo y un
martillo. Mientras se aprieta el tornillo, se debe colocar un extremo del trozo de cable que
previamente se pelo.
Ya casi finalizando haremos el último elemento de nuestro timbre, el que será el encargado de
cerrar y completar el circuito eléctrico. Se debe tomar 15 cm de alambre y doblarlo. Posterior a esto
atornillarlo a la madera, mientras se aprieta este tornillo se debe colocar uno de los extremos del
alambre de cobre del electroimán del timbre, de modo que la tira cortada metálica quede conectada
a la bobina.
Finalmente se debe atornillar o pegar la madera sobre el tarro de lata y calibrar el timbre, para esto
lo único que se debe hacer es doblar la tira de chapa y la torre de alambre que se fabricó al final. Es
decir, conectar las baterías una en un extremo del cable o conductor eléctrico, y la otra al extremo
libre de la bobina de alambre de cobre y luego se debe doblar los elemento hasta que funcione.
➢ TREN ELECTROMAGNÉTICO
Se empezó con alambre de cobre haciendo las espiras en una jeringa de 1.67 cm de diámetro y se
empezó hacer las espiras de manera uniforme esto hasta obtener la longitud deseada después de esto
tomamos una pila AAA y se colocamos los imanes de neodimio en la polaridades correctas estos se
pegaran automáticamente, luego al introducir esta pila dentro de nuestro tren magnético esta
empezara.a moverse hasta salir por el otro extremo esto por lo que ya se mencionó posteriormente
que al poner la pila con electroimanes en nuestro solenoide se genera una fuerza de atracción. Ya
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7. que el carril no puede moverse, son los electroimanes los que se mueven en dirección a este
elevando moviendo a la pila hasta que esta termine el recorrido por completo.
CÁLCULOS Y ANÁLISIS:
Timbre Electromagnetico
F = 2(L )2
μ(N )(I )2 2
la distancia se reduce al aumentar la velocidad.
I=corriente
N=número de vueltas
L=Longitud de la base(distancia)
F= Fuerza
μμ = μ o r
: permeabilidad de vacíoμ o
: permeabilidad de núcleoμ r
p= Resistencia específica mm /mΩ 2
k=conductividad eléctrica /Ωmmm 2
L= Grosor (diámetro) del cable * número de vueltas = G * N
F = 2(G N )2
*
2
μ(N )(I )2 2
F = 2(G )2
μ(I )A2
.8 0 NF = 2(5 )
2
1 4 π 10 (150 )* * *
−7
m
H 2
= 1 * 1
−4
A k /p k 6.17m/ΩmmR = L
k A*
= 4
d π2
* = 1 = 1
0.0178Kcu = 5 2
​;​L = l
N μ A2
* *
μ 0 ; μ0 = 4 * π * 1 −7
m
H
r = 1
.235 0 H 2.23μHL = 120
200 1 4 π 10 1.25 10 m2
* * * *
−7
m
H
* *
−6 2
= 2 * 1 −7
2.235 0 H 000 .1175 0 H 1.11mHL fe = L0 * μ r = * 1 −7
* 5 = 1 * 1 −3
Recordar que la fuerza está dada en Newtons y las medidas en el sistema MKS (metros
-kilogramos-segundos) y la corriente en amperios.
Lo que sucede es que la electricidad al circular genera fuerzas (campos magnéticos) a su alrededor y
también ocurre del modo inverso, los campos magnéticos generan electricidad. Solo tenemos que
conseguir concentrar esos campos magnéticos. Con la ayuda del alambre esmaltado, para construir
sobre una base fija una bobina con dicho alambre. Por el que circule electricidad y con un
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8. concentrado de campos magnéticos o lo que es lo mismo un trozo de hierro, que una de sus
propiedades es conducir electricidad.
Tren Magnético
Para la maqueta propuesta vamos analizar la velocidad a la que viaja la pila por el campo
eléctrico que genera el solenoide creado por el túnel del
solenoide.
Fórmula Vectorial
Expresión en Módulo
Datos
I =3.5 A
L =14 cm
d = 1.67 cm
F=​B*I*L*sinθ
F=(0.2 T)(3.5 A)(0.14 m)(sen 90)
F=0.84 N
​
CONCLUSIONES:
❖ Para terminar en este proyecto se explicó el funcionamiento del timbre eléctrico, y la
relación que este tiene con el electromagnetismo logrando así calcular la fuerza ejercida por
el campo magnético en el timbre y la inductancia.
❖ Además se estudió el fenómeno de electromagnetismo que se produce en un tren magnético
y como este es útil para la industria de los trenes EMS o de suspensión electromagnética.
❖ También se observó el comportamiento de las corrientes eléctricas y su relación con los
campos magnéticos,todo esto gracias a las maquetas construidas para calcular el mismo,
obteniendo así nuevos conocimientos.
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9. RECOMENDACIONES:
Prestar una mayor atención a la explicación de la parte práctica y a su desarrollo de modo que se
pueda obtener conocimiento práctico que le ayude a desenvolverse mejor en la parte teórica de
electromagnetismo y temas relacionados a él. Indagar más acerca de los fenómenos
electromagnéticos representados en las maquetas.
BIBLIOGRAFÍA:
[1] ​Giancoli C. (2009), ​Física para Ciencias e Ingenieria Vol. 2: Magnetismo​, Pearson Education,
México, Pág 710.
[2] ​Instituto San Isidro, (2020), ​Timbre Eléctrico, ​Recuperado de: (“https://institutosanisidoro.com
/fisica-quimica/timbre-electrico.html”).
[3]​ UDLA, (2015),​ Timbre Electromagnético Casero - Electromagnetismo IES340
Recuperado de: (“https://sites.google.com/a/udlanet.ec/electromagnetismo-ies340/timbre-electro
magnetico-casero”).
[4] ​Nataly Otalvaro Ramirez Laura vinasco, Quintero San Luis Gonzaga (2010), ​Timbre
electromagnético,​ Recuperado de: (“http://timbreelectromagnetico.blogspot.com/”).
[5] Perren G., (2003), ​Estudio de las aplicaciones prácticas de levitación Magnética (Trenes
Maglev): Suspensión Electromagnetica, ​Recuperado de: (“https://www.fceia.unr.edu.ar
/~fisica3/MagLev.pdf”).
[6] AmazingScience (2015), ​El tren Eléctrico más simple del mundo, ​Recuperado de:
(“https://www.youtube.com/watch?v=Y1MDOerruDU”).
ANEXOS
TREN ELECTROMAGNÉTICO
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10. Timbre Electromagnetico
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