Magnetistmo

Introducción

En el presente trabajo conoceremos los experimentos realizados por un grupo de científicos y sus aportes al magnetismo. De igual manera aprenderemos sobre la ley de Gauss, ley de Biot- Savart, ley de Lenz además de conocer ciertas terminologías relacionadas con el magnetismo como por ejemplo el campo magnético terrestre, que es un motor, que es un transformador, y que es un solenoide.

Todos estos términos nos ayudaran a la comprensión y entendimiento del magnetismo que no es más que un fenómeno físico por el que los objetos ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales.

1. Que contribución al magnetismo realizaron los siguientes científicos.

• Nikola Tesla:

 La Bobina de Tesla: Es un transformador de núcleo de aire que produce elevado voltaje a baja corriente. El voltaje es tan elevado que logra superar la tensión de ruptura del aire y por eso se ven rayos azules saliendo de la bobina lo cual las hace muy atractivas. Existen Aficionados que construyen estas bobinas para uso personal y otros lo hacen con propósitos educativos. Tesla en 1893 experimento en su laboratorio con una bobina de tesla de gran tamaño, con la cual según afirma logro 12 millones de voltios en la salida de la bobina y logro encender bombillas ubicadas a 1.5Km de distancia. Tesla Tenia un sueño, el cual era la transmisión de energía inalámbrica a nivel mundial. Para esto consiguió financiamiento de un Empresario Llamado J.P Morgan el cual accedió a dar el dinero pues tesla la prometió que con la bobina podría enviar imágenes, audio y video inalámbricamente. Fue justo en pleno proyecto cuando Marconi haciendo uso de 17 diferentes patentes de Tesla Logro transmitir una señal a través del Atlántico y por ello se le atribuyo la invención de la radio, honor que años después el tribunal supremo de justicia de los estados unidos de América le otorgo a Nikola Tesla. Tras lo sucedido con Marconi, el empresario que financiaba a Tesla Perdió el interés puesto que ya no sería nada innovador, y asi el proyecto mas grande del mundo de transmisión de energía se habría disuelto trágicamente.

 EL Motor de Inducción: En 1888 tesla Patenta su modelo de motor de corriente alterna que en la actualidad es uno de los inventos que ha revolucionado la industria en general. A Tesla se le ocurrió esta idea del motor cuando caminaba con un amigo y de repente se le ocurrió una idea para un modelo de motor y la dibujo en la tierra. El motor de inducción se compone de rotor y de estator, al estator se le aplica una corriente alterna el cual produce un campo magnético rotativo que hace cambiar la polaridad de las bobinas, el rotor gira porque las bobinas del rotor están polarizadas y siguen al campo magnético por las fuerzas de atracción y repulsión.

 Corriente AC: En 1887 en New York, se utilizaba la transmisión energía DC y Tesla que vivía en ese tiempo en esa ciudad se aterrorizaba al ver tantos cables y sabía que existía una manera más eficiente para la transmisión de energía, por lo cual diseño un generador que alterna la corriente eléctrica entre polos positivos y negativos en 60 ciclos por segundo. Así, enviando AC a un transformador disminuiría la corriente y elevaría el voltaje y así se podía transmitir la energía largas distancias sin sufrir pérdidas significativas en el conductor.

 Control Remoto: En 1898 Nikola tesla En el Madison Square Garden en New York, utilizo el primer control remoto del mundo, logrando conducir a distancia un barco de aproximadamente 2 metros de longitud. Una batería en el control enviaba una señal eléctrica a un oscilador el cual la convertía en una onda electromagnética que en el receptor se traducía en un giro del barco. Y así mediante oscilaciones podía controlar el barco.

• W. Edward Weber:

Junto con su amigo Gauss inventó en 1833 un nuevo tipo de telégrafo conocido como Gauss-Weber. El receptor utilizaba los movimientos de una barra que se desplazaba por la acción del campo magnético de un bobinado. Esta barra estaba unida a un espejo que se desplazaba a izquierda y derecha conforme lo hacia la barra. Por medio de un anteojo el observador distinguía los movimientos del espejo reflejados en una escala. Este telégrafo unía el laboratorio de Weber en la universidad y el observatorio astronómico en el que trabajaba Gauss, una distancia aproximada de 3 km.

Apartado de sus funciones por el Gobierno de Hannover a causa de sus opiniones políticas de corte liberal, Wilhelm se dedicó a viajar, visitando Inglaterra, además de otros países, y se convirtió en profesor de Física en Leipzig de 1843 a 1849, cuando se reinstaló de nuevo en Göttingen, donde algún tiempo después fue nombrado director del observatorio astronómico. Uno de sus más importantes trabajos fue el Atlas des Erdmagnetismus (Atlas de Geomagnetismo), confeccionado en colaboración con Gauss, y compuesto por una serie de mapas magnéticos de la Tierra que suscitaron el interés de las principales potencias del momento para crear "observatorios magnéticos". En 1864 y también en colaboración con Gauss publicó Medidas Proporcionales Electromagnéticas, conteniendo un sistema de medidas absolutas para corrientes eléctricas, que sentó las bases de las medidas que usamos hoy en día. Dedicó los últimos años de su vida al estudio de la electrodinámica, sentando las bases para el posterior desarrollo de la teoría electromagnética de la luz.

• Michael Farada:

Nace el 22 de septiembre de 1791. Siendo faraday un gran físico, y teniendo muchos éxitos con sus experimentos, resalto mucho por contribuir en el tema del magnetismo, en donde logró detectar por primera vez corrientes inducidas el 29 de agosto de 1831. Solamente en los momentos de establecer e interrumpir el contacto del circuito primario con la batería eran apreciables breves corrientes en el secundario. El aparato empleado era un anillo de hierro con sus bobinados primario y secundario.

También estudió las corrientes inducidas producidas por movimiento de imanes mediante un cilindro de cartón alrededor del cual arrolló 220 pies de hilo de cobre convenientemente aislado conectando sus extremos a un galvanómetro sensible. Cuando empujaba un imán cilíndrico a lo largo del hueco de la bobina, la aguja del galvanómetro se movía, cuando se retiraba el imán la aguja se movía en sentido contrario. Al descubrir el fenómeno de la inducción, Faraday había conseguido transformar el magnetismo en electricidad, el experimento inverso al de Oersted.

Gracias a este actualmente vivimos cómodamente disfrutando de mucha energía eléctrica y con tantas máquinas de alta Tecnología, ya que dichos experimentos fueron de gran ayuda en el desarrollo de la sociedad.

• Karl Friederich Gaus:

Carl Friedrich Gauss nació el 30 de abril de 1777, en Brunswick, (ahora Alemania), y murió el 23 de febrero de 1855, en Göttingen, Hannover (Ahora Alemania). Este fue considerado uno de los mejores matemáticos de la historia por sus grandes trabajos y experimentos, y en donde resalto por su arduo trabajo en cuanto al tema del magnetismo siendo que en 1830 y 1840 se dedicó a la física matemática, concretamente electromagnetismo, magnetismo terrestre la teoría de la atracción según la ley de Newton. Cabe resaltar que Gauss aporto muchísimas cosas como el magnetómetro bifiliar para medir el magnetismo y organizo en Europa junto al físico wilhelm weber una red de observaciones para medir las variaciones del campo magnético terrestre. Gauss pudo demostrar también que el origen del campo estaba en el interior de la tierra.

• Cristiam Oersted:

Fue un gran estudioso del electromagnetismo. En 1813 ya predijo la existencia de los fenómenos electromagnéticos, que no demostró hasta 1820, inspirando los desarrollos posteriores de André-Marie Ampere y Faraday, cuando descubrió la desviación de una aguja imantada al ser colocada en dirección perpendicular a un conductor eléctrico, por el que circula una corriente eléctrica, demostrando así la existencia de un campo magnético en torno a todo conductor atravesado por una corriente eléctrica, e iniciándose de ese modo el estudio del electromagnetismo. Este descubrimiento fue crucial en el desarrollo de la electricidad, ya que puso en evidencia la relación existente entre la electricidad y el magnetismo. Oersted es la unidad de medida de la reluctancia magnética. Se cree que también fue el primero en aislar el aluminio, por electrólisis, en 1825, y en 1844 publicó su Manual de física mecánica.

En 1820 descubrió la relación entre la electricidad y el magnetismo demostrando empíricamente que un hilo conductor de corriente puede mover la aguja imantada de una brújula. Puede, pues, haber interacción entre las fuerzas eléctricas por un lado y las fuerzas magnéticas por otro, lo que en aquella época resultó revolucionario.

A Orsted no se le ocurrió ninguna explicación satisfactoria del fenómeno, y tampoco trató de representar el fenómeno en un cuadro matemático. Sin embargo, publicó enseguida el resultado de sus experimentos en un pequeño artículo en latín titulado: Experimenta circa effectum conflictus electrici in acum magneticam.

• Clerck Maxwel:

Físico escocés conocido principalmente por haber desarrollado la teoría electromagnética clásica, sintetizando todas las anteriores observaciones, experimentos y leyes sobre electricidad, magnetismo y aun sobre óptica, en una teoría consistente. Las ecuaciones de Maxwell demostraron que la electricidad, el magnetismo y hasta la luz, son manifestaciones del mismo fenómeno: el campo electromagnético. Desde ese momento, todas las otras leyes y ecuaciones clásicas de estas disciplinas se convirtieron en casos simplificados de las ecuaciones de Maxwell. Su trabajo sobre electromagnetismo ha sido llamado la "segunda gran unificación en física", después de la primera llevada a cabo por Newton. Además se le conoce por la estadística de Maxwell-Boltzmann en la teoría cinética de gases.

Formuló las ecuaciones llamadas "ecuaciones de Maxwell", y que se definen como las relaciones fundamentales entre las perturbaciones eléctricas y magnéticas, que simultáneamente permiten describir la propagación de las ondas electromagnéticas que, de acuerdo con su teoría, tienen el mismo carácter que las ondas luminosas.

• William Gilbert:

Fue uno de los primeros filósofos naturales de la era moderna en realizar experimentos con la electrostática y el magnetismo, realizando para tal fin incontables experimentos que describía con todo lujo de detalles en su obra. Definió el término de fuerza eléctrica como el fenómeno de atracción que se producía al frotar ciertas sustancias. A través de sus experiencias clasificó los materiales en conductores y aislantes e ideó el primer electroscopio.

Descubrió la imantación por influencia, y observó que la imantación del hierro se pierde cuando se calienta al rojo. Estudió la inclinación de una aguja magnética concluyendo que la Tierra se comporta como un gran imán.

Su principal obra fue “Guilielmi Gilberti Colcestrensis, Medici Londinenses” De Magnete, Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure; Physiologia noua, plurimis & argumentis, & experimentis demostrata (Sobre el imán y los cuerpos magnéticos y sobre el gran imán la Tierra) publicada en Londres en el año 1600, conocido popularmente como "De Magnete".

2. ¿Qué dice la ley de gauss?

La ley de gauss establece que el flujo eléctrico total a través de cualquier superficie cerrada es igual a la carga total encerrada por esa superficie, esta es una formulación alterna de la ley de coulomb. Y aporta un medio simple para hallar El campo eléctrico en el caso de distribuciones simétricas de carga como las de la carga puntual, carga de línea infinita, carga superficial cilíndrica infinita y distribución esférica de carga.

3. ¿Qué dice la ley de Biot-Savart?

La ley de Biot-Savart, relaciona los campos magnéticos con las corrientes que los crean. De una manera similar a como la ley de Coulomb relaciona los campos eléctricos con las cargas puntuales que las crean. La obtención del campo magnético resultante de una distribución de corrientes, implica un producto vectorial, y cuando la distancia desde la corriente al punto del campo está variando continuamente, se convierte inherentemente en un problema de cálculo diferencial.

4. ¿Qué dice la ley de Lenz?

“El sentido de la corriente inducida sería tal que su flujo se opone a la causa que la produce”.

La Ley de Lenz plantea que los voltajes inducidos serán de un sentido tal que se opongan a la variación del flujo magnético que las produjo. Esta ley es una consecuencia del principio de conservación de la energía.

La polaridad de un voltaje inducido es tal, que tiende a producir una corriente, cuyo campo magnético se opone siempre a las variaciones del campo existente producido por la corriente original.

5. ¿De qué trata el campo magnético terrestre?

También llamado campo geomagnético, es el campo magnético que se extiende desde el núcleo interno de la Tierra hasta el límite en el que se encuentra con el viento solar, una corriente de partículas energéticas que emana de Sol. Su magnitud en la superficie de la Tierra varía de 25 a 65 μT (0,25-9,65 G). Se puede considerar en aproximación el campo creado por un dipolo magnético inclinado un ángulo de 10 grados con respecto al eje de rotación (como un imán de barra). Sin embargo, al contrario que el campo de un imán, el campo de la Tierra cambia con el tiempo porque se genera por el movimiento de aleaciones de hierro fundido en el núcleo externo de la Tierra (la geodinamo). El polo norte magnético se desplaza, pero de una manera suficientemente lenta como para que las brújulas sean útiles en la navegación. Al cabo de ciertos periodos de duración aleatoria (con un promedio de duración de varios cientos de miles de años), el campo magnético de la Tierra se invierte (el polo norte y sur geomagnético permutan su posición). Estas inversiones dejan un registro en las rocas que permiten a los paleomagnetistas calcular la deriva de continentes en el pasado y los fondos oceánicos resultado de la tectónica de placas.

6. ¿Qué es transformador? ¿Cómo está compuesto?

Los transformadores son dispositivos electromagnéticos estáticos que permiten partiendo de una tensión alterna conectada a su entrada, obtener otra tensión alterna mayor o menor que la anterior en la salida del transformador.

Permiten así proporcionar una tensión adecuada a las características de los receptores. También son fundamentales para el transporte de energía eléctrica a largas distancias a tensiones altas, con mínimas perdidas y conductores de secciones moderadas. Constan esencialmente de un circuito magnético cerrado sobre el que se arrollan dos bobinados, de forma que ambos bobinados están atravesados por el mismo flujo magnético. El circuito magnético está constituido (para frecuencias industriales de 50 Hz) por chapas de acero de poco espesor apiladas, para evitar las corrientes parásitas.

7. ¿Qué es un solenoide y una inductancia?

Un solenoide es definido como una bobina de forma cilíndrica que cuenta con un hilo de material conductor enrollada sobre si a fin de que, con el paso de la corriente eléctrica, se genere un intenso campo eléctrico. Cuando este campo magnético aparece comienza a operar como un imán. La función principal de un solenoide es activar una válvula que lleva su mismo nombre, la válvula solenoide. Esta válvula opera de acuerdo a los pulsos eléctricos de su apertura y de su cierre.

La inductancia es el campo magnético que crea una corriente eléctrica al pasar a través de una bobina de hilo conductor enrollado alrededor de la misma que conforma un inductor. Un inductor puede utilizarse para diferenciar señales cambiantes rápidas o lentas., esta depende de las características físicas del conductor y de la longitud del mismo.

Conclusión

El magnetismo no solo está en los imanes, está en todos los campos eléctricos y también por sus conductores. Se puede encontrar incluso en la luz pues es la fuerza de atracción que hay en los cuerpos.

Desde muy antiguamente se conocía la física pues se puede leer que los griegos apreciaban el magnetismo aunque solo con imanes

Maxwell se podría decir que fue quien reunió y unifico las leyes creadas por los otros físicos que estudiaron también este tema.

En conclusión, el magnetismo es un fenómeno que se trabaja desde hace miles de años pero desde el siglo XVIII se empezó a estudiar mas y así encontrar más leyes. Se utiliza para el diseño de todos los motores y generadores, y electroimanes; la palabra magnetismo tiene su origen en una isla del mar Egeo. El magnetismo de los materiales es el resultado del movimiento de los electrones dentro de sus átomos. Los átomos en el material magnético se orientan en una sola dirección y en los no magnéticos se orientan al azar.

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