UNIDAD 4 ELECTROMAGNETISMO

INTRODUCCIÓN

El electromagnetismo fue descubierto de forma accidental en 1821 por el físico danés Hans Christian Oersted. El electromagnetismo se utiliza tanto en la conversión de energía mecánica en energía eléctrica (en generadores), como en sentido opuesto, en los motores eléctricos.

El Electromagnetismo, de esta manera es la parte de la Física que estudia los campos electromagnéticos y los campos eléctricos , sus interacciones con la materia y, en general, la electricidad y el magnetismo y las partículas subatómicas que generan flujo de carga eléctrica.

El electromagnetismo, por ende se comprende que estudia conjuntamente los fenómenos físicos en los cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, así como los relativos a los campos magnéticos y a sus efectos sobre diversas sustancias sólidas, líquidas y gaseosas.

Históricamente, el magnetismo y la electricidad habían sido tratados como fenómenos distintos y eran estudiados por ciencias diferentes.

Sin embargo, los descubrimientos de Oersted y luego de Ampere, al observar que la aguja de una brújula tomaban una posición perpendicular al pasar corriente a través de un conductor próximo a ella. Así mismo los estudios de Faraday en el mismo campo, sugerían que la electricidad y el magnetismo eran manifestaciones de un mismo fenómeno.

La idea anterior fue propuesta y materializada por el físico escocés James Clerk Maxwell

( 1831 - 1879 ), quien luego de estudiar los fenómenos eléctricos y magnéticos concluyó que son producto de una misma interacción, denominada interacción electromagnética, lo que le llevó a formular, alrededor del año 1850 , las ecuaciones antes citadas, que llevan su nombre, en las que se describe el comportamiento del campo electromagnético. Estas ecuaciones dicen esencialmente que:

 Existen portadores de cargas eléctricas, y las líneas del campo eléctrico parten desde las cargas positivas y terminan en las cargas negativas.

 No existen portadores de carga magnética; por lo tanto, el número de líneas del campo magnético que salen desde un volumen dado, debe ser igual al número de líneas que entran a dicho volumen.

 Un imán en movimiento, o, dicho de otra forma, un campo magnético variable, genera una corriente eléctrica llamada corriente inducida.

 Cargas eléctricas en movimiento generan campos magnéticos.

4.1.- FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA

El sentido de una fem inducida es tal que se opone a la causa que la produce. Para interpretar esta ley hay que tener en cuenta la causa concreta que produce la fem. Asi:

Si la fem es producida por el movimiento de un conductor en un campo magnético, ésta se opone a dicho movimiento creando una corriente de sentido tal que la fuerza magnética producida por ésta actúa en contra del desplazamiento del conductor.

Si la fem es producida por la variación de flujo magnético que atraviesa una espira, la corriente resultante de dicha fem es de tal sentido que crea por sí misma un flujo que se opone a la variación inicial de flujo. Si el flujo inicial está disminuyendo, el que se induce tiene el mismo sentido para compensar la disminución, y si el flujo se incrementa, el que se crea tiene sentido contrario para oponerse a este aumento.

4.2.- LEY DE FARADAY

Cualquier cambio del entorno magnético en que se encuentra una bobina de cable, originará un "voltaje" (una fem inducida en la bobina). No importa cómo se produzca el cambio, el voltaje será generado en la bobina. El cambio se puede producir por un cambio en la intensidad del campo magnético, el movimiento de un imán entrando y saliendo del interior de la bobina, moviendo la bobina hacia dentro o hacia fuera de un campo magnético, girando la bobina dentro de un campo magnético, etc.

La ley de Faraday es una relación fundamental basada en las ecuaciones de Maxwell. Sirve como un sumario abreviado de las formas en que se puede generar un voltaje (o fem), por medio del cambio del entorno magnético. La fem inducida en una bobina es igual al negativo de la tasa de cambio del flujo magnético multiplicado por el número de vueltas (espiras) de la bobina. Implica la interacción de la carga con el campo magnético.

La Ley de Faraday, también conocida como Ley de inducción electromagnética de Faraday, se encuentra basada en los experimentos que realizó en 1831, el fisicoquímico británico Michael Faraday, sobre el electromagnetismo y la transformación de la energía eléctrica en energía química, o lo que es lo mismo, la electroquímica.

La Ley de Faraday, dice que “el voltaje que se le induce a un circuito que se encuentra cerrado, es directamente proporcional a la velocidad con la que cambia el flujo magnético en el tiempo, el cual puede atravesar cualquier superficie, teniendo como límite, o borde al propio circuito”.

• De donde E, hace referencia al campo eléctrico.

• dl, es el elemento infinitesimal de c (contorno o borde).

• B, hace referencia a la densidad de campo magnético

• S, es la superficie.

• dA, viene dada por la ley para determinar las direcciones vectoriales, también conocida como ley de la mano derecha.

Siempre que la superficie a integrar no cambie con respecto al tiempo se puede realizar la permutación de la integral de superficie y la derivada temporal. A través del teorema de Stoke, se puede conseguirla diferencia de la Ley de Faraday:

El teorema de Stokes, trata en la geometría diferencial, la integración de las formas diferenciales que se utilizan mucho en la generalización de teoremas en los cálculos vectoriales. La fórmula anteriormente mencionada, es una de las ecuaciones de Maxwell, la cual forma parte de las ecuaciones fundamentales del electromagnetismo, que junto a otras leyes del electromagnetismo ayudó a unificar al electromagnetismo.

En términos generales, el proceso de deposición de un metal por procedimientos electrolíticos se ciñe a la ecuación:

Esto significa que, por cada mol de X que se deposita, circularán Z moles de electrones. De este modo, si hacemos circular una carga Q, se depositará una masa (m) del metal. En consecuencia a esto:

Número

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