INTRODUCCION AL MAGNETISMO LEY DE FARADAY

INTRODUCCION AL MAGNETISMO

LEY DE FARADAY

En una demostración clave de la inducción electromagnética figura10.1, se conecta un galvanómetro con una espira y se hace mover un imán de un lado a otro por el eje de la espira. Mientras el imán se mantiene fijo nada sucede, pero cuando está en movimiento, la aguja del galvanómetro se desvía de un lugar a otro, indicando la existencia de corriente eléctrica y por ende de una fuerza electromotriz en el circuito espira-galvanómetro. Si el imán se mantiene estacionario y la espira se mueve ya sea hacia o alejándose del imán, la aguja también se desviara. A partir de estas observaciones, puede concluirse que se establece una corriente en un circuito siempre que haya un movimiento relativo entre el imán y la espira.

La corriente que aparece en este experimento se llama corriente inducida, la cual se produce mediante una fem inducida. Nótese que no existen baterías en ninguna parte del circuito.

En otro experimento como la figura 10.2. Las espiras se colocan una cerca de la otra pero en reposo la una con respecto de la otra. Cuando se cierra el interruptor S, creando así una corriente estacionaria en la bobina de la derecha, el galvanómetro marca momentáneamente; cuando se abre el interruptor, interrumpiendo de este modo la corriente, el galvanómetro marca nuevamente, pero en dirección contraria.

Figura 10.1

El experimento muestra que existe una fem inducida en la espira izquierda de la figura 10.2 siempre que la corriente de la derecha este cambiando. Lo que es significativo aquí es la velocidad a la que cambia la corriente y no a la intensidad de la corriente.

Figura 10.2

La característica común de estos dos experimentos es el movimiento o cambio. La causa de las fem inducidas es el imán en movimiento o la corriente cambiante.

En otras pruebas diferentes se muestran las propiedades importantes de la inducción. Si se repite el experimento con el mismo imán de la figura 10.1 pero con una espira de área transversal mayor se produce una fem mayor; por lo tanto la fem inducida en la espira es proporcional a su área. En todos estos experimentos no es el cambio del campo magnético lo importante, sino el cambio en su flujo a través del área de la espira.

Por último, los experimentos demuestran que la indicación o lectura del galvanómetro es también proporcional a la cantidad de espiras que forman una bobina y a la rapidez con que se producen los cambios.

Para hacer los resultados experimentales cuantitativos, se introduce el flujo magnético . El flujo magnético a través de cualquier superficie se define como

La unidad del flujo magnético en el SI es el tesla metro2, al cual se le da el nombre de weber (abreviado Wb) en honor de Wilhelm Weber(1804 -1891). Esto es, 1weber = 1T.m2.

En términos del flujo magnético, la fem inducida en un circuito está dada por la ley de la inducción de Faraday:

“La fem inducida en un circuito es igual a la rapidez con signo negativo con la que cambia con el tiempo el flujo magnético a través del circuito”.

En términos matemáticos, la ley de Faraday es

El flujo magnético total a través de una bobina con N espiras es la suma de los flujos que pasa por cada una de sus espiras

Entonces la fem inducida total es

Ejemplo 1. Una espira rectangular de alambre con longitud a y ancho b y resistencia R está situada cerca de un alambre infinitamente largo que conduce una corriente i, como se muestra en la figura 10.3. La distancia desde el alambre largo a la espira es r(t).

Hallar:

a) La magnitud del flujo magnético a través de la espira.

b) La fem en la espira al moverse alejándose del alambre largo con una rapidez constante V.

c) La corriente en la espira.

Figura 10.3

Por la ley de Ampère la intensidad del campo magnético creado por un alambre largo que conduce una corriente i a una distancia z del alambre es

Es decir, el campo varía sobre la espira y está dirigido entrando a la página, como en la figura.

a) Puesto que es paralelo a , se puede expresar el flujo magnético a través de dA como

,

Entonces para este caso

.

Por lo tanto

b) Como el flujo magnético a medida que la espira se mueve con velocidad constante cambia, entonces de acuerdo con la ley de Faraday la fem es

c) Por lo tanto la corriente inducida en la espira es

LEY DE LEWIS

Todos los átomos deben de ceder o aceptar electrones para cumplir con la LEY DE LEWIS, la cual establece que todos los átomos al combinarse debe de tener una configuración electrónica de un gas noble o en su defecto, 8 electrones en su último nivel de energía.

Estructura de Lewis

Los gases nobles se encuentran formados por átomos aislados porque no requieren compartir electrones entre dos o más átomos, ya que tienen en su capa de valencia ocho electrones, lo que les da su gran estabilidades e inercia.

Los otros elementos gaseosos en cambio, se encuentran siempre formando moléculas diatómicas. Veamos por qué.

Cada átomo de flúor tiene siete electrones en su capa de valencia, le falta sólo uno para lograr completar los ocho, que según la Regla del Octeto, le dan estabilidad.

Si cada átomo de flúor comparte su electrón impar con otro átomo de flúor, ambos tendrán ocho electrones a su alrededor y se habrá formado un enlace covalente con esos dos electrones que se comparten entre ambos átomos

Esta idea de la formación de un enlace mediante la compartición de un par de electrones fue propuesta por Lewis, y sigue siendo un concepto fundamental en la comprensión del enlace químico.

Podemos aplicar el modelo de Lewis para explicar la formación de la molécula de Oxígeno

Para que cada uno de los dos átomos de oxígeno complete un octeto de electrones, es necesario que compartan entre ellos DOS pares electrónicos. A esta situación se le conoce como DOBLE ENLACE.

De manera análoga, la formación de la molécula diatómica de nitrógeno mediante el modelo de Lewis,

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