Esquema Campos variables con el tiempo

Esquema

Campos variables con el tiempo

• Introducción

• Ley de Faraday de la inducción electro magnética

• Inductancia

• Calculo de la inductancia en selenoides y conductores

• Energía magnéticas

• Postulados de Maxwell

• Corriente de desplazamiento de maxwell y variación de la ley de ampere generalizada

• Ecuaciones de Maxwell

Gravitación

• Ley de gravitación universal. Constante de gravitación Universal

• Fuerza Gravitacional

• Leyes de Kepler

• Ley de gravedad y movimiento de los planetas

• Campo gravitacional

• Masa inercial y masa gravitacional

• Energía potencial gravitatoria

• Consideraciones de energía en el movimiento planetario y de satélites

Desarrollo

Tema III

Campos variables con el tiempo

A principios de la década de 1830, Faraday en Inglaterra y J. Henry en U.S.A., descubrieron de forma independiente, que un campo magnético induce una corriente en un conductor, siempre que el campo magnético sea variable. Las fuerzas electromotrices y las corrientes causadas por los campos magnéticos, se llaman fem inducidas y corrientes inducidas. Al proceso se le denomina inducción magnética.

Los modelos estáticos son sencillos, pero inadecuados para explicar los fenómenos electromagnéticos variables con el tiempo. Los campos eléctricos y magnéticos estáticos no producen ondas que se propagan y transportan energía e información, las ondas son la esencia de la acción electromagnética a distancia.

En el presente trabajo se podrá observar que un campo magnético variable induce un campo eléctrico y viceversa.

Ley de Faraday

Experimento de Faraday que muestra la inducción entre dos espiras de cable: La batería (derecha) aporta la corriente eléctrica que fluye a través de una pequeña espira(A), creando un campo magnético. Cuando las espiras son estacionarias, no aparece ninguna corriente inducida. Pero cuando la pequeña espira se mueve dentro o fuera de la espira grande (B), el flujo magnético a través de la espira mayor cambia, induciéndose una corriente que es detectada por el galvanómetro (G).1

La ley de inducción electromagnética de Faraday (o simplemente ley de Faraday) establece que el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito como borde:2

(*)

Donde es el campo eléctrico, es el elemento infinitesimal del contorno C, es la densidad de campo magnético y S es una superficie arbitraria, cuyo borde es C. Las direcciones del contorno C y de están dadas por la regla de la mano derecha.

Inductancia

Una bobina

En electromagnetismo y electrónica, la inductancia ( ), es una medida de la oposición a un cambio de corriente de un inductor o bobina que almacena energía en presencia de un campo magnético, y se define como la relación entre el flujo magnético ( ) y la intensidad de corriente eléctrica ( ) que circula por la bobina y el número de vueltas (N) del devanado:

El Cálculo de la inductancia

El Cálculo de la inductancia: La inductancia de una bobina con una sola capa bobinada al aire puede ser calculada aproximadamente con la fórmula simplificada siguiente: L (micro)=d².n²/18d+40 l

siendo:

L = inductancia (microhenrios);

d = diámetro de la bobina (pulgadas);

l = longitud de la bobina (pulgadas);

n = número de espiras o vueltas.

Ejemplo 1:

Se tiene una bobina de 32 espiras, 13 vueltas por centímetro y 25 mm de diámetro. Cuál será su inductancia?

- a = 25 mm / 2 = 1.25 centímetros

- b = 32 / 13 = 2.46

- n = 32

Entonces: L = (0.393 x 1.252 x 322) / (9 x 1.25 + 10 x 2.46) = 17.54 u Henrios

Postulados de maxwell

La interpretación "o“erativa" ”e basa en dos postulados: las magnitudes electromagnéticas se consideraban fundamentales, y el campo es una realidad independiente. La materia y el campo se consideran como entes distintos e interpenetrantes. En su obra "A“Dynamical Theory of Electromagnetic Field",”se limitó a usar las fórmulas de la mecánica analítica con el fin de establecer las ecuaciones del campo y deducir de ellas las consecuencias relativas a la teoría de la luz. A partir de que toda energía es de tipo mecánico, consideró como potencial la energía de los fenómenos electrostáticos y como cinética la de las modificaciones magnéticas y las corrientes. Las ecuaciones formuladas por Maxwell en dicha obra fueron representadas de la siguiente manera:

Maxwell había demostrado a partir de dichas ecuaciones que las ondas electromagnéticas se propagan a la velocidad de la luz, y que dicha velocidad depende de la permeabilidad magnética y de la constante dieléctrica del medio. Demostró también, que la onda magnética debe ser transversal. Así pues, había conseguido obtener los mismos resultados que daba el modelo mecánico, sólo que utilizando únicamente sus ecuaciones. A partir de tales ecuaciones, dedujo nuevas propiedades de las ondas electromagnéticas, que podemos resumir así:

1. Estableció la relación entre la conductividad y la transparencia. Cuanto más conductor es un material, más absorbe la luz, y así, explicaba que los conductores sean opacos, y los medios transparentes buenos aislantes.

2. Calculó la energía de los componentes eléctricos y magnéticos de las ondas electromagnéticas, y descubrió que la mitad de esta energía era eléctrica y la otra mitad magnética.

3. En el caso de un rayo de luz polarizado en un plano, la onda eléctrica se propaga junto a la magnética dispuestas perpendicularmente entre sí. Señaló también que la resultante de la tensión electromagnética sobre un cuerpo irradiado con luz es una presión.

La concepción del campo electromagnético de Maxwell se puede resumir en la siguiente cita: "L“teoría que propongo puede, por consiguiente, llamarse teoría del campo electromagnético porque trata del espacio en las proximidades de los cuerpos eléctricos y magnéticos, y puede llamarse teoría dinámica porque supone que en dicho espacio hay una materia en movimiento que produce los efectos electromagnéticos observados." Que la materia no puede ser que

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