¡Descarga Electromagnetismo: Introduccion y más Apuntes en PDF de Física solo en Docsity!
Magnetismo
El fenómeno del magnetismo era conocido ya por los antiguos griegos desde hace más de 2000 años. Se observaba que ciertos minerales (imanes) podían atraer o repeler pequeños objetos de hierro. De hecho, el nombre de magnetismo proviene de la provincia griega Magnesia, donde se encuentran los yacimientos más importantes de la magnetita (Fe 3 O 4 ), mineral con acusadas propiedades magnéticas. Aunque se tenía conocimiento de este fenómeno de forma experimental no fue hasta mediados del siglo XIX cuando se formularon teóricamente todas las interacciones de tipo eléctrico y magnético, resumidas en las ecuaciones de Maxwell.
Nociones previas
Las propiedades magnéticas son más acusadas en los extremos del imán, que se denominan polos magnéticos, polo Norte (N) y polo Sur (S). Del mismo modo que cargas eléctricas del mismo signo se repelen y de distinto se atraen, imanes que se acercan por polos iguales se repelen y si se acercan por polos opuestos se atraen. Es imposible aislar un único polo magnético, de modo que si un imán se parte en dos, en cada trozo vuelve a haber un polo Norte y uno Sur. De forma análoga al campo eléctrico en magnetismo hablamos en términos de un vector llamado campo magnético B representado por sus líneas de campo de modo que en cada punto del espacio el campo es tangente a dichas líneas. El hecho de que los polos magnéticos nunca se puedan dar por separado se traduce en que las líneas de campo son siempre cerradas, saliendo del polo Norte y entrando por el polo Sur. Cuando un trozo de hierro, un imán o un hilo de corriente se colocan en una zona en la que existe un campo se ven sometidos una fuerza que tiende a orientarlos de una forma determinada.
Materiales magnéticos
El comportamiento de los materiales en presencia de un campo magnético sólo puede explicarse a partir de la mecánica cuántica, ya que se basa en una propiedad del electrón conocida como espín. Se clasifican fundamentalmente en los siguientes grupos: ● Ferromagnéticos: constituyen los imanes por excelencia, son materiales que pueden ser magnetizados permanentemente por la aplicación de campo magnético externo. Por encima de una cierta temperatura (temperatura de Curie) se convierten en paramagnéticos. Como ejemplos más importantes podemos citar el hierro, el níquel, el cobalto y aleaciones de éstos. ● Paramagnéticos: cada átomo que los constituye actúa como un pequeño imán pero se encuentran orientados al azar de modo que el efecto magnético se cancela. Cuando se someten a la aplicación de un B adquieren una
imanación paralela a él que desaparece al ser retirado el campo externo. Dentro de esta categoría se encuentran el aluminio, el magnesio, titanio, el wolframio o el aire. ● Diamagnéticos: en estos materiales la disposición de los electrones de cada átomo es tal que se produce una anulación global de los efectos magnéticos. Bajo la acción de un campo magnético externo la sustancia adquiere una imanación débil y en el sentido opuesto al campo aplicado. Son diamagnéticos por ejemplo el bismuto, la plata, el plomo o el agua. ELECTROMAGNETISMO El electromagnetismo estudia la relación entre lo fenómenos eléctricos y magnéticos.
1. ¿Qué es el electromagnetismo?
El electromagnetismo es la rama de la física que estudia las relaciones entre los fenómenos eléctricos y magnéticos, es decir, las interacciones entre las partículas cargadas y los campos eléctricos y magnéticos. En 1821 los fundamentos del electromagnetismo fueron dados a conocer con el trabajo científico del británico Michael Faraday, lo que dio origen a esta disciplina. En 1865 el escocés James Clerk Maxwell formuló las cuatro “ecuaciones de Maxwell” que describen por completo los fenómenos electromagnéticos.
2. Aplicaciones del electromagnetismo
Las brújulas funcionan por electromagnetismo.
Tercer paso. Unir los extremos del rectángulo de la rejilla metálica de modo que se forme un cilindro y sujetar los con trozos de alambres. Cuarto paso. Colocar la radio encendida dentro del cilindro metálico y tapar el cilindro con el círculo de rejilla metálica. Resultado. La radio dejará de sonar porque las ondas electromagnéticas del exterior no pueden atravesar el metal. Si en lugar de una radio encendida se introduce un teléfono celular y se llama a ese número para hacerlo sonar, ocurrirá que no sonará. En caso de que suene, deberá utilizarse una rejilla metálica de mayor espesor y orificios más pequeños, o bien envolver el celular en papel aluminio. Algo similar ocurre cuando se habla por el teléfono celular y se ingresa a un ascensor, lo que provoca que la señal se corte es el efecto de la “jaula de Faraday”.
4. ¿Para qué sirve el electromagnetismo?
El electromagnetismo permite el uso de artefactos como el microondas o la televisión. El electromagnetismo resulta muy útil para el ser humano ya que hay infinidad de aplicaciones que permiten satisfacer sus necesidades. Muchos instrumentos que se utilizan a diario funcionan debido a los efectos electromagnéticos. La corriente eléctrica que circula por todos los conectores de una casa, por ejemplo, brinda múltiples usos (el horno microondas, el ventilador, la licuadora, la televisión, la computadora) que funcionan debido al electromagnetismo.
5. Magnetismo y electromagnetismo
El magnetismo es el fenómeno que explica la fuerza de atracción o de repulsión entre materiales magnéticos y cargas en movimiento. El electromagnetismo involucra a fenómenos físicos producidos por cargas eléctricas en reposo o en movimiento, que dan lugar a campos eléctricos, magnéticos o electromagnéticos, y que afectan a materia que puede estar en estado gaseoso, líquido y sólido.
6. Ejemplos de electromagnetismo
El timbre funciona a través de un electroimán que recibe una carga eléctrica. Existen numerosos ejemplos de electromagnetismo y entre los más comunes se encuentran: ● El timbre. Es un dispositivo capaz de generar una señal sonora al pulsar un interruptor. Funciona a través de un electroimán que recibe una carga eléctrica, lo que genera un campo magnético (un efecto imán) que atrae a un pequeño martillo que impacta contra la superficie metálica y emite un sonido. ● El tren de levitación magnética. A diferencia del tren impulsado por una locomotora eléctrica que avanza sobre rieles, éste es un medio de transporte que se sostiene y se propulsa por la fuerza del magnetismo y por los poderosos electroimanes ubicados en su parte inferior. ● El transformador eléctrico. Es un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir el voltaje (o la tensión) de una corriente alterna. ● El motor eléctrico. Es un dispositivo que convierte la energía eléctrica en energía mecánica, produciendo movimiento por acción de los campos magnéticos que se generan en su interior. ● La dinamo. Es un generador eléctrico que utiliza la energía mecánica de un movimiento giratorio y la transforma en energía eléctrica. ● El horno microondas. Es un horno eléctrico que genera radiaciones electromagnéticas en la frecuencia de las microondas. Estas radiaciones hacen vibrar las moléculas de agua que poseen los alimentos, lo que produce calor de manera rápida, cocinando los alimentos. ● La resonancia magnética. Es un examen médico a través del cual se obtienen imágenes de la estructura y composición de un organismo. Consiste en la interacción de un campo magnético creado por una máquina, el resonador magnético, (que funciona como un imán), y los átomos de hidrógeno contenidos en el organismo de la persona. Esos átomos son atraídos por el “efecto imán” del aparato y generan un campo electromagnético que es captado y representado en imágenes. ● El micrófono. Es un dispositivo que detecta la energía acústica (el sonido) y la transforma en energía eléctrica. Lo hace a través de una membrana (o diafragma) que es atraída por un imán dentro de un campo magnético y que produce una corriente eléctrica que es proporcional al sonido recibido. ● El planeta Tierra. Nuestro planeta funciona como un imán gigante debido al campo magnético que se genera en su núcleo (formado por metales como el hierro, el níquel). El movimiento de rotación de la Tierra genera una corriente de partículas cargadas (los electrones de los átomos del núcleo terrestre). Esta corriente produce un campo magnético que se extiende varios kilómetros por encima de la superficie del planeta y que repele las radiaciones solares perjudiciales.
magnético (cambiante en el tiempo por el movimiento) generaba un voltaje en la bobina grande que podía medirse con un galvanómetro. De este experimento y la formulación de la ley de Faraday se desprenden numerosas conclusiones respecto a la generación de energía eléctrica, que fueron clave para la Ley de Lenz y para el manejo moderno de la electricidad. Puede servirte: Electromagnetismo
2. Historia de la ley de Faraday
Michael Faraday estudió el electromagnetismo y la electroquímica. Michael Faraday (1791-1867) fue el creador de ideas centrales en torno a la electricidad y el magnetismo. Faraday se entusiasmó enormemente cuando el físico danés Oersted demostró empíricamente la relación entre la electricidad y el magnetismo en 1820, constatando que un hilo conductor de corriente podía mover una aguja imantada de una brújula. Faraday diseñó múltiples experimentos. Por ejemplo, enrolló dos solenoides de alambre alrededor de un aro de hierro y vio que cuando, por medio de un interruptor, hacía pasar corriente por uno de los solenoides, una corriente era inducida en el otro. Faraday atribuyó la aparición de corriente a los cambios del flujo magnético en el tiempo. En consecuencia, Faraday fue el primero en demostrar la relación entre campos magnéticos y campos eléctricos, como se desprende de los dos experimentos descriptos. De hecho, la ecuación de la Ley de Faraday se convirtió en parte de los enunciados de las leyes de Maxwell.
3. Fórmula de la ley de Faraday
La ley de Faraday usualmente se expresa mediante la siguiente fórmula: FEM (Ɛ) = dϕ/dtϕ/dtdϕ/dtt En donde FEM o Ɛ representan la Fuerza Electromotriz inducida (la tensión), y dϕ/dtϕ/dtdϕ/dtt es la tasa de variación temporal del flujo magnético ϕ.
4. Ejemplos de aplicación de la ley de Faraday
Objetos cotidianos como los hornos eléctricos son posibles gracias a la ley de Faraday. Prácticamente toda la tecnología eléctrica se basa en la ley de Faraday, especialmente lo referido a generadores, transformadores y motores eléctricos. Por ejemplo, el motor de corriente continua se basó en el aprovechamiento de un disco de cobre que rotaba entre los extremos de un imán, generando una corriente continua. De este principio aparentemente simple se desprende la invención de cosas tan complejas como un transformador, un generador de corriente alterna, un freno magnético o una cocina eléctrica. Más en: Corriente continua, Corriente alterna
5. La ley de Lenz
Esta ley proviene de la aplicación del principio de conservación de la energía a la inducción electromagnética, lo que permite obtener la conclusión de que la FEM producida por un flujo magnético cambiante (ley de Faraday), genera una corriente con una dirección que se opone a la variación del flujo que la produce. Esto se traduce, en términos matemáticos, en la añadidura a la ley de Faraday de un signo negativo, quedando formulada de esta manera: FEM (Ɛ) = -(dϕ/dtϕ/dtdϕ/dtt) Esta ley es fundamental para determinar y controlar la dirección en la que se desplaza el flujo eléctrico de un circuito. Su nombre se debe a que el científico alemán Heinrich Lenz la formuló en 1834.
