Electromagnetismo

Electromagnetismo

1. Generación e Interacción de campo magnético

2. Naturaleza de los Imanes

3. ¿De dónde procede el magnetismo?

4. ¿Puede un imán perder su potencia?

5. Imanes cerámicos

6. Imanes de álnico

7. Imanes de tierras raras

8. Imanes flexibles

9. Otros imanes

10. Campo Magnético de la Tierra

11. Magnetosfera

12. Electroimán

13. El electroimán. Motores y generadores de electricidad

14. La ley de Coulomb

15. El origen atómico del campo magnético

16. Fuerzas magnéticas

17. Aplicaciones tecnológicas del magnetismo.

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.

En el dibujo hemos construido un circuito eléctrico con una bobina de cable de cobre aislado, arrollada

alrededor de un núcleo de "hierro" (acero magnético).

El electromagnetismo es un campo muy amplio, por lo tanto describirlo en pocas palabras es imposible.

Así que se empezará por las corrientes y sus efectos en un cable conductor

Cuando una corriente (sea alterna o continua) viaja por un conductor (cable), genera a su alrededor un

efecto no visible llamado campo electromagnético.

Este campo forma unos círculos alrededor del cable como se muestra en la figura. Hay círculos cerca y

lejos al cable en forma simultánea.

El campo magnético es mas intenso cuanto mas cerca está del cable y esta intensidad disminuye

conforme se aleja de él hasta que su efecto es nulo. Se puede encontrar el sentido que tiene el flujo

magnético si se conoce la dirección que tiene la corriente en el cable y con la ayuda de La ley de la mano

derecha

Este efecto es muy fácil visualizar en corriente continua

La fórmula para obtener el campo magnético en un conductor largo es :

B = m I / ( 2 p d )

Donde:

• B: campo magnético

• m: es la permeabilidad del aire

• I: corriente que circula por el cable

• p: Pi = 3.1416

• d: distancia desde el cable

Si hubiera N cables juntos el campo magnético resultante sería:

B = N m I / (2 p d

Donde N: número de cables.

El campo magnético en el centro de una bobina de N espiras circulares es:

B = N m I / (2 R)

Donde: R es el radio de la espira

• Nota: es importante mencionar que

Una corriente en un conductor genera un campo magnético y que

• Un campo magnético genera una corriente en un conductor.

Sin embargo, las aplicaciones mas conocidas utilizan corriente alterna.

Por ejemplo:

• Las bobinas: Donde la energía se almacena como campo magnético.

Los transformadores: Donde la corriente alterna genera un campo magnético alterno en el bobinado

primario, que induce en el bobinado secundario otro campo magnético que a su vez causa una corriente,

que es la corriente alterna de salida.

Generación e Interacción de campo magnético

Aunque los antiguos griegos conocían las propiedades electrostáticas del ámbar, y los chinos ya

fabricaban imanes con magnetita en el 2700 a.C., los fenómenos eléctricos y magnéticos no empezaron a

comprenderse hasta finales del siglo XVIII, cuando comenzaron a realizarse experimentos en estos

campos. En 1785, el físico francés Charles de Coulomb confirmó por primera vez de forma experimental

que las cargas eléctricas se atraen o se repelen con una intensidad inversamente proporcional al

cuadrado de la distancia que las separa (ley de Coulomb).

Más tarde el matemático francés Siméon Denis Poisson y su colega alemán Carl Friedrich Gauss

desarrollaron una potente teoría para calcular el efecto de un número indeterminado de cargas eléctricas

estáticas arbitrariamente distribuidas

Dos partículas con cargas opuestas se atraen, por lo que tienden a acelerarse una hacia la otra. Si el

medio a través del cual se mueven ofrece resistencia, pueden acabar moviéndose con velocidad

constante (en lugar de moverse con aceleración constante) a la vez que el medio se calienta y sufre otras

alteraciones.

La posibilidad de mantener una fuerza electromotriz capaz de impulsar de forma continuada partículas

eléctricamente cargadas llegó con el desarrollo de la pila química en 1800, debido al físico italiano

Alessandro Volta. La teoría clásica de un circuito eléctrico simple supone que los dos polos de una pila se

mantienen cargados positiva y negativamente debido a las propiedades internas de la misma.

Cuando los polos se conectan mediante un conductor, las partículas cargadas negativamente son

repelidas por el polo negativo y atraídas por el positivo, con lo que se mueven hacia él y calientan el

conductor, ya que ofrece resistencia a dicho movimiento. Al llegar al polo positivo las partículas son

obligadas a desplazarse dentro de la pila hasta el polo negativo, en contra de las fuerzas que se oponen a

ello según la ley de Coulomb. El físico alemán Georg Simon Ohm descubrió la existencia de una

constante de proporcionalidad sencilla entre la corriente que fluye por el circuito y la fuerza electromotriz

suministrada por la pila. Esta constante es la resistencia eléctrica del circuito, R.

La ley de Ohm, que afirma que la resistencia es igual a la fuerza electromotriz, o tensión, dividida entre la

intensidad de corriente, no es una ley fundamental de la física de aplicación universal, sino que describe

el comportamiento de una clase limitada de materiales sólidos.

Los conceptos elementales del magnetismo, basados en la existencia de pares de polos opuestos,

aparecieron en el siglo XVII y fueron desarrollados en los trabajos de Coulomb. Sin embargo, la primera

conexión entre el magnetismo y la electricidad se encontró en los experimentos del físico y químico danés

Hans Christian Oersted, que en 1819 descubrió que un cable conductor por el que fluía una corriente

eléctrica desviaba una aguja magnética situada en sus proximidades

A la semana de conocer el descubrimiento de Oersted, el científico francés André Marie Ampère demostró

experimentalmente que dos cables por los que circula una corriente ejercen una influencia mutua igual a

la de los polos de un imán.

En 1831, el físico y químico británico Michael Faraday descubrió que podía inducirse el flujo de una

corriente eléctrica en un conductor en forma de espira no conectado a una batería, moviendo un imán en

sus proximidades o situando cerca otro conductor por el que circulara una corriente variable

La forma más fácil de enunciar la íntima relación entre la electricidad y el magnetismo, perfectamente

establecida en la actualidad, es a partir de los conceptos de campo eléctrico y magnético. La intensidad,

dirección y sentido del campo en cada punto mide la fuerza que actuaría sobre una carga unidad (en el

caso del campo eléctrico) o una corriente unidad (en el caso del campo magnético) situadas en ese punto.

Las cargas eléctricas estacionarias producen campos eléctricos; las corrientes —esto es, las cargas en

movimiento— producen campos eléctricos y magnéticos

Un campo eléctrico también puede ser producido por un campo magnético variable, y viceversa. Los

campos eléctricos ejercen fuerzas sobre las partículas cargadas por el simple hecho de tener carga,

independientemente de su velocidad; los campos magnéticos sólo ejercen fuerzas sobre partículas

cargadas en movimiento.

Estos hallazgos cualitativos fueron expresados en una forma matemática precisa por el físico británico

James Clerk Maxwell, que desarrolló las ecuaciones diferenciales en derivadas parciales que llevan su

nombre. Las ecuaciones de Maxwell relacionan los cambios espaciales y temporales de los campos

eléctrico y magnético en un punto con las densidades de carga y de corriente en dicho punto. En principio,

permiten calcular los campos en cualquier momento y lugar a partir del conocimiento de las cargas y

corrientes.

Un resultado inesperado que surgió al resolver las ecuaciones fue la predicción de un nuevo tipo de

campo electromagnético producido por cargas eléctricas aceleradas.

Este campo se propagaría por el espacio con la velocidad de la luz en forma de onda electromagnética, y

su intensidad disminuiría de forma inversamente proporcional al cuadrado de la distancia de la fuente. En

1887, el físico alemán Heinrich Hertz consiguió generar físicamente esas ondas por medios eléctricos, con

lo que sentó las bases para la radio, el radar, la televisión y otras formas de telecomunicaciones.

El comportamiento de los campos eléctrico y magnético en estas ondas es bastante similar al de una

cuerda tensa muy larga cuyo extremo se hace oscilar rápidamente hacia arriba y hacia abajo.

Cualquier punto de la cuerda se mueve hacia arriba y hacia abajo con la misma frecuencia que la fuente

de las ondas situada en el extremo de la cuerda.

Los puntos de la cuerda

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