ELECTROMAGNETISMO
Las primeras observaciones de fenómenos magnéticos fueron hechas por los antiguos griegos en una ciudad de Asia menor,dominada Magnesia.Ellos conocían ya las propiedades de un material magnético natural llamado Magnetita cuya formula química es un oxido de fierro (Fe2O4) que tiende a atraer sustancias magnéticas.
El termino Magnetismo se utilizo entonces para designar el conjunto de las propiedades de estos materiales,en virtud del nombre de la ciudad donde fueron descubiertos.Se pudo observar que un trozo de fierro colocado cerca de la magnetita,el cual es un imán natural,adquiría las mismas propiedades De esta manera fue posible obtener imanes no naturales,es decir imanes artificiales de varias formas y tamaños.
Algunas aplicaciones mas comunes de los imanes las encontramos en la brújula,el receptor telefónico y las bocinas.
PROPIEDADES DE LOS IMANES
Polos Magnéticos de un imán.
Cuando una barra imantada se introduce dentro de una caja que contiene limaduras de fierro,se observa que las partículas se adhieren a los extremos de la barra.A estas regiones de atracción se les llama polos magnéticos,si el imán se suspende de un hilo,quedara en reposo orientado en una dirección norte-sur e la Tierra.Esta propiedad de los imanes se empleo en la construcción de brújulas o agujas magnéticas orientadas.
Los polos magnéticos de un imán reciben las denominaciones de polo magnético norte y polo magnético sur.
Se puede mostrar que los polos norte-sur de un imán son diferentes acercándolos a una brújula. Mediante ese experimento podemos decir que los polos iguales se repelen y los polos opuestos se atraen.
DOMINIOS MAGNÉTICOS.
A los grupos de átomos alineados se les llama dominios magnéticos.Cada dominio esta formado por miles de millones de átomos alineados.Los dominios son microscopios.Como el alineamiento de los átomos de fierro dentro de los dominios,estos mismos se pueden alinear entre si.Sin embargo,no cualquier pedazo de fierro es un imán. Esto se debe a que en el fierro común los dominios no están alineados.
En un clavo de fierro los dominios están orientados al azar y cuando se acerca un imán los dominios tienden a orientarse en una sola dirección.Cuando se retira el clavo del imán,el movimiento térmico ordinario hace que la mayor parte o todos los dominios del clavo regresen a un ordenamiento aleatorio como se encontraba originalmente antes de acercarle el imán.Sin embargo,si el campo del imán permanente es muy intenso,el clavo puede conservar algo de magnetismo permanentemente propio,después de separarlo del imán
EL ELECTROIMAN
El fierro puro(hierro dulce) cuando se imanta,no conserva su magnetismo pero se emplea para construir electroimanes.
Los electroimanes tienen tienen una gran variedad de aplicaciones en la ciencia y la tecnología. Una de las aplicaciones la encontramos en la industria de los hornos de fundición de acero,en la cual un poderoso electroiman atrae y transporta grandes cantidades de chatarra férrea para procesarla.Cuando la corriente de un electroiman cesa,el poder de atracción del mismo también se detiene y entonces el material férreo se desprende.
CAMPO MAGNÉTICO DE LA TIERRA
Se debe a Sir William Gilbert la observación de que la Tierra es un gran imán.Para probar esta teoría,Gilbert tallo una esfera de magnetita y demostró que una pequeña brújula colocada en cualquier punto de esa esfera siempre apuntaba como lo hace la Tierra,hacia el polo norte.
Por su polaridad el polo norte magnético es un polo sur y el polo sur magnético es un polo norte.Esto resulta evidente por las lineas de fuerza magnéticas las cuales siempre se inician en un polo norte y terminan en un polo sur.
Se han propuesto algunas teorías que tratan de explicar el magnetismo de la Tierra.Se sabe que la Tierra contiene grandes depósitos de mineral de fierro,siendo algunos de ellos de fierro casi puro.
Una teoría propone que hace mucho tiempo todos estos depósitos de fierro se magnetizaron gradualmente y casi con la misma orientación y que todos juntos actúan como un inmenso imán permanente.Otra teoría afirma que el magnetismo se debe a las grandes corrientes eléctricas que fluyen al rededor de la Tierra.tanto en la corteza terrestre como en la atmósfera.
La tierra es como un enorme imán rodeado por un campo magnético.
EL CAMPO MAGNÉTICO.
En el espacio que rodea las cargas eléctricas existe un campo eléctrico. De manera análoga en la región que rodea un imán existe un campo magnético. Así,todo imán esta rodeado por un espacio en el cual se manifiestan sus efectos magnéticos,a dichas regiones se llaman campos magnéticos.Las lineas de campo magnético,llamadas lineas de fuerza o flujos magnéticas son imaginarias y no existen en realidad,son convenientes para describir diferentes fenómenos magnéticos.
El campo magnético se puede generar de dos formas:por las cargas en movimiento en un conductor eléctrico,o bien,por un imán.
Podemos observar el campo magnético que genera un imán espolvoreando limaduras de fierro sobre una superficie de papel o vidrio y en la parte inferior colocamos un imán. Las limaduras revelan la forma del campo ,al alinearse con las lineas magnéticas que salen de un polo,se esparcen y regresan al otro generando un campo definido.
INTENSIDAD MAGNÉTICA
La intensidad magnética de un electroiman es mayor a la de un imán permanente porque tiene un mayor numero de lineas de inducción magnética por unidad de área.
El campo magnético del imán tiene zonas con mayor concentración de lineas magnéticas,que otras,es decir en los extremos del imán;la intensidad magnética es mayor en las zonas en que hay mayor numero de lineas por unidad de área. En la formación del campo magnético observamos las lineas del polo Norte sale,mientras que la del polo Sur entran.
FLUJO MAGNETICO
Se le llama así al numero de lineas magnéticas que pasan por un área determinada,representada con la letra (fi) :
La unidad de flujo magnético en el sistema MKS,es el weber (Wb) que se define cualitativa-mente,como el numero de lineas magnéticas que pasan por una superficie de 1m2. En el sistema CGS,la unidad de flujo magnético es el maxwell (M) que se define cualitativa-mente,como el numero de lineas magnéticas que pasan sobre una superficie de cm2.
DENSIDAD DE FLUJO MAGNÉTICO.
Un flujo magnético (fi) que atraviesa perpendicularmente una unidad de área A recibe el nombre de densidad de flujo magnético o inducción magnética (B).
La densidad de flujo magnético en una región de un campo magnético equivale al numero de lineas de fuerza que atraviesan perpendicularmente a la unidad de área.
Esta se expresa de la siguiente manera:
B=Inducción magnética o intensidad de flujo magnético (T)
0/=Flujo magnético (Wb)
S=Área o superficie (m2)
Cuando el flujo magnético no penetra perpendicularmente un área,si no que lo hace por un cierto angulo,la expresión para calcular la densidad de flujo magnético es:
La intensidad de un campo magnético en los alrededores de un alambre largo y recto es proporcional a la corriente que fluye en el alambre.La magnitud varia inversamente con la distancia desde el alambre.
Una brújula indica la dirección de las lineas de campo.Si se invierte la dirección del flujo de corriente,la aguja de la brújula también invierte su dirección. La dirección del campo puede hallarse mediante la regla de la mano derecha.
LEY DE AMPERE
El científico francés Andre Maria Ampere (1755-1836) descubrió que el campo magnético se podía intensificar al enrollar un alambre conductor en forma de una bobina.
Según Ampere,la suma de todos los productos a lo largo de la trayectoria cerrada es igual a |u0 veces la corriente neta, I,que atraviesa la superficie limitada por la trayectoria cerrada.Este enunciado es conocido como la Ley de Circuito de Ampere.
|u0=permeabilidad del vacio
B=Campo magnético (T)
r=distancia (m)
I=Corriente eléctrica (A)
LEY DE FARADAY
El fenómeno de inducción electromagnética se enuncia como:
"El una bobina es directamente proporcional al numero de espiras y la razón de cambio del campo magnético dentro de dichas espiras".voltaje inducido en
En términos de la corriente inducida ,la ley de Faraday se enuncia como: La intensidad de la corriente inducida en un circuito es directamente proporcional a la rapidez con la que cambia el flujo magnético que envuelve.
La ley de Faraday se expresa matemáticamente como:
Al calcular la fem inducida en un conductor recto de longitud L que se desplaza con una rapidez v en forma de perpendicular a un campo de inducción magnética B se emplea la expresión.
F.e.m= B L
El fenómeno de inducción electromagnética tiene muchas aplicaciones en nuestra vida diaria,ejemplo de ello son los dinamos y los alternadores (generadores) que transforman la energía mecánica en energía eléctrica,así como los transformadores,los circuitos radioeléctricos y dispositivos de transición de energía eléctrica de un circuito a otro.
LEY DE LENZ
El físico ruso Heinrich Lenz (1804-1865) formulo una ley sobre la induccion electromagnética la cual se enuncia como:
"Siempre que se induce una fem,la corriente inducida tiene un sentido tal que tiende a oponerse a la causa que lo produce".
De acuerdo con la ley de lenz,el sentido de la corriente inducida es contrario al de la corriente requerida para provocar el movimiento del campo magnético que la ha creado.
TRANSFORMADOR
Es un dispositivo que se emplea para aumentar o disminuir los voltajes de las corrientes alternas,demás de ser una aplicación de la inducción electromagnética.
Un transformador tiene dos bobinas,aisladas electricamente una de la otra y enrolladas alrededor de un núcleo de fierro:una es la bobina primaria y la otra la bobina secundaria.Cuando una bobina primaria se conecta a una fuente de corriente alterna,el cambio en el flujo de corriente produce un campo magnético variable.El flujo magnético se transmite a la bobina secundaria a través del núcleo de fierro.El flujo variable induce una fem e la bobina secundaria.
La fem producida en la bobina secundaria,llamada voltaje secundaria,es proporcional al voltaje primaria y también depende del numero de vueltas o espiras de ambas bobinas.
Vs Ns
=
Vp Np
Si el voltaje secundario es mayor que el primario,el transformador se llama transformador elevador o de incremento.Si el voltaje secundario es menor que el primario,el transformador se llama transformador reductor o de reducción.
En un transformador ideal,la potencia suministrada al circuito secundario es igual a la potencia que utiliza el primario.Un transformador ideal no consume potencia.La potencia eléctrica se define como P=V I ,y como la potencia de la bobina primaria debe de ser igual a la potencia de la bobina secundara se tiene:
Pp=Ps
Pp=Vp Ip y Ps=Vs Is
Quedando como:
Vp Ip=Vs Is
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