ELECTROMAGNETISMO

FISICA

¿Qué son los imanes?

Un imán es un cuerpo o dispositivo con un magnetismo significativo, de forma que atrae a otros imanes o metales, ferromagnéticos (por ejemplo, hierro, cobalto, níquel y aleaciones de estos). Puede ser natural o artificial.

Los imanes naturales mantienen su campo magnético continuo, a menos que sufran un golpe de gran magnitud o se les aplique cargas magnéticas opuestas o altas temperaturas (por encima de la Temperatura de Curie).

Propiedades de los imanes

Los imanes son materiales capaces de atraer ciertas sustancias llamadas magnéticas, como el hierro, acero, cobalto y níquel. En cambio, no atraen a otras sustancias como la madera, la arena o el oro.

Los imanes tiene dos polos llamados norte y sur los polos del mismo nombre se repelen y de distinto se atraen.

Los polos de un imán no se pueden aislar, es decir, si partes por la mitad un imán, obtienes dos imanes, cada uno con su polo norte y polo sur respectivo.

CAMPO MAGNETICO

Los campos magnéticos son el resultado del flujo de corriente a través de los conductores o los dispositivos eléctricos y es directamente proporcional a esa corriente; a más corriente más campo magnético. Las unidades del campo magnético son Gauss (G) o Tesla (T).

CAMPO MAGNÉTICO

Es la región del espacio en la que actúa una fuerza sobre una aguja imantada o sobre un imán. Un imán altera el espacio a su alrededor: pequeñas agujas imantadas o trozos de hierro, son atraídos por el imán, pero no experimenten ningún efecto en ausencia del mismo. Los campos magnéticos se representan mediante líneas de fuerza. El campo es más intenso en las regiones próximas a las líneas de fuerza (los polos).

Campo magnético alrededor de un conductor

Siempre que hay un flujo de corriente a través de un conductor existe un campo magnético en torno a él, y la dirección de este campo depende del sentido de la corriente eléctrica.

Cuando la corriente circula de izquierda a derecha, el sentido del campo magnético es contrario a las agujas del reloj. Si el sentido del flujo de la corriente se invierte, el sentido del campo magnético también se invierte.

El sentido del campo magnético es contrario a las agujas del reloj cuando la corriente circula de izquierda a derecha, y viceversa

Si realizásemos un corte transversal del conductor y pudiésemos observar el campo magnético que lo rodea desde esa perspectiva, veríamos la forma que adopta el campo magnético a todo lo largo del conductor. En la ilustración, el círculo central es el conductor y los círculos con flechas indican el sentido de las líneas de fuerza; el punto del círculo central significa que la corriente va en dirección a usted, mientras que la cruz significa que la corriente viene desde usted.

Corte transversal de un conductor. La cruz central indica que la corriente entra en el conductor desde la posición en que se encuentra usted; por su parte, el punto indica que la corriente sale en dirección hacia usted

El campo magnético producido por una corriente eléctrica, siempre forma ángulo recto con la corriente que lo produce. El campo magnético tiene dirección e intensidad, y sus líneas de fuerza están concentradas cerca del conductor, disminuyendo a medida que la distancia al conductor aumenta. En realidad, el campo magnético de un conductor no se limita a un solo plano, sino que se extiende a lo largo de toda su longitud.

Efecto Oersted

El descubrimiento de Oersted

En 1820 Oersted dio a conocer su descubrimiento de que la corriente eléctrica produce efectos magnéticos, observando como el paso de una corriente eléctrica hace desviarse a una aguja imantada.

Oersted, directamente influido por Kant, era un pensador encuadrado dentro de la tradición antinewtoniana. Su línea de trabajo giraba en torno a la idea de la unidad de las fuerzas, es decir, de que todas las fuerzas son simplemente manifestaciones de las fuerzas atractivas y repulsivas fundamentales (igual que Kant). Siguiendo la idea de la unidad de las fuerzas, a Oersted le parecía que todas las fuerzas debían de ser directamente convertibles unas en otras. En un trabajo en el que analizaba la presunta identidad entre las fuerzas químicas y eléctricas, Oersted ya había señalado (1813), antes de su famoso descubrimiento, la importancia de comprobar la interacción entre la electricidad y el magnetismo.

El modelo unificado en el que todo las fuerzas conocidas por entonces (eléctricas, magnéticas, de cohesión, gravitacionales, etc.) se podrían entender como formas distintas de las dos únicas acciones posibles: la repulsión por contacto y la atracción a distancia, parece que fue una guía constante en las investigaciones de Faraday sobre la electricidad y el magnetismo.

Fuerza Magnética Ejercida sobre una Carga Eléctrica.

Una pregunta importante es la de si los Campos Magnéticos ejercen fuerza sobre las cargas eléctricas. La experiencia indica que si colocamos una carga eléctrica en reposo en un campo magnético, no se ejerce ninguna fuerza sobre la carga.

Igualmente, si una carga se mueve en dirección paralela al campo magnético, o sea según una línea de fuerza, tampoco se ejerce una fuerza sobre la carga. Esta es otra manera de determinar la dirección del campo magnético en un lugar.

Sin embargo, si lanzamos una carga eléctrica en dirección perpendicular al campo magnético, observamos que describe un movimiento circular. El sentido en que la carga recorre la circunferencia depende de que la carga sea positiva o negativa. Para determinar el sentido del movimiento, aplicamos la siguiente regla: Si colocamos la mano derecha con el pulgar extendido y apuntando en la dirección del campo, y luego cerramos la mano, el sentido en el que se arrollan los demás dedos coincide con la dirección en que se mueven las cargas negativas y con la contraria al movimiento de las cargas de las positivas.

Cuando se lanza una carga en dirección oblicua a un campo magnético, se observa que la carga describe una trayectoria en espiral. Esto se debe a que el movimiento paralelo al campo magnético no es afectado por éste, mientras que el movimiento perpendicular al campo es circular. La composición de ambos movimientos da lugar a una trayectoria en espiral.

El análisis de las diversas trayectorias de una partícula cargada moviéndose en un campo magnético indica que la fuerza magnética sobre una carga eléctrica es perpendicular a la velocidad de la carga y perpendicular al campo magnético.

Por tanto, deducimos que la carga magnética sobre una carga magnética es perpendicular al plano determinado por la velocidad de la carga y dirección del campo magnético. La dirección de la fuerza magnética se determina por la regle de la mano derecha (ver figura), si se disponen los dedos de la mano derecha como se ilustra, de modo que el dedo mayor indique la dirección de la velocidad y el pulgar señale la dirección del campo magnético, la fuerza magnética tiene la dirección del índice si la carga es positiva, y contraria si la carga es negativa.

F = Q·V·B·sen

Dónde:

F: fuerza magnética,

Q: carga puesta en el campo,

V: rapidez de la carga,

B: intensidad del campo,

: ángulo que forman V y B.

VECTOR DE INDUCCIÓN MAGNÉTICA.

Se puede definir el vector de inducción magnética como la fuente fundamental de un campo magnético, siendo esta una carga eléctrica en movimiento. Dado que una corriente eléctrica es un conjunto de cargas eléctricas en movimiento, se puede decir y deducir que el vector de inducción magnética de una corriente eléctrica es el resultado de la superposición de los campos magnéticos producidos por las cargas en movimiento que constituyen la corriente.

El cálculo de un vector de inducción creado por una corriente de forma arbitraria es un tanto complejo de ahí que se considerara algunos casos sencillos, como las experiencias de Bio, Savart y Ampere.

La inducción magnética de un vector se puede representar esquemáticamente la parte superior e inferior.

Se puede establecer que un vector de inducción de un campo magnético viene dado por las líneas tangentes las cuales en cada uno de sus puntos tiene al vector de inducción magnética B. así como también la concentración de líneas de inducción en una zona del espacio es proporcional a la inducción magnética en dicha zona.

Movimiento circular de una carga en un campo

Una partícula cargada describe una semicircunferencia en un campo magnético uniforme. La fuerza sobre la partícula viene dada por el producto vectorial Fm=q·vxB (q: carga, v, B: vectores velocidad y campo magnético). Su módulo es Fm=q·v·B, su dirección radial hacia el centro de la circunferencia. Aplicando la segunda ley de Newton al movimiento circular uniforme, obtenemos el radio de la circunferencia.

El tiempo que tarda en dar media vuelta es por tanto, independiente del radio de la órbita

Ciclotrón

Un ciclotrón es un tipo de acelerador de partículas. El método directo de acelerar iones utilizando la diferencia de potencial presentaba grandes dificultades experimentales asociados a los campos eléctricos intensos. El ciclotrónevita estas dificultades por medio de la aceleración múltiple de los iones hasta alcanzar elevadas velocidades sin el empleo de altos voltajes.

La mayoría de los actuales aceleradores de partículas de alta energía descienden del primer ciclotrón de protones de 1 MeV construido por Ernest O. Lawrence y M. S. Livingstone en Berkeley (California, EE. UU.).

Instrumentos de medición

Un instrumento de medición es un aparato que se usa para comparar magnitudes físicas mediante un proceso de medición. Como unidades de medida se utilizan objetos y sucesos previamente establecidos como estándares o patrones y de la medición resulta un número que es la relación entre el objeto de estudio y la unidad de referencia. Los instrumentos de medición son el medio por el que se hace esta lógica conversión.

Para medir propiedades eléctricas:

• electrómetro (mide la carga)

• amperímetro (mide la corriente eléctrica)

• galvanómetro (mide la corriente)

• óhmetro (mide la resistencia)

• voltímetro (mide la tensión)

• vatímetro (mide la potencia eléctrica)

• multímetro (mide todos los valores anteriores)

• puente de Wheatstone

• osciloscopio

Ley de Biot Savart

La ley de Biot-Savart, que data de 1820 y es llamado así en honor de los físicos franceses Jean-Baptiste Biot y Félix Savart, indica el campo magnético creado por corrientes eléctricas estacionarias. Es una de las leyes fundamentales de la magnetostática, tanto como la ley de Coulomb lo es en electrostática.

En el caso de las corrientes que circulan por circuitos filiformes (o cerrados), la contribución de un elemento infinitesimal de longitud del circuito recorrido por una corriente crea una contribución elemental de campo magnético, , en el punto situado en la posición que apunta el vector a una distancia respecto de , quien apunta en la dirección de la corriente I:

donde es la permeabilidad magnética del vacío, y es un vector unitario con la dirección del vector , es decir, .

En el caso de corrientes distribuidas en volúmenes, la contribución de cada elemento de volumen de la distribución, viene dada por:

donde es la densidad de corriente en el elemento de volumen y es la posición relativa del punto en el que se quiere calcular el campo, respecto del elemento de volumen en cuestión.

En ambos casos, el campo final resulta de aplicar el principio de superposición a través de la expresión:

En la que la integral se extiende a todo el recinto que contiene las fuentes del campo.

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