MAGNETISMO
El magnetismo es uno de los aspectos del electromagnetismo, que es una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza. Las fuerzas magnéticas son producidas por el movimiento de partículas cargadas, como por
ejemplo electrones, lo que indica la estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo. El marco que
enlaza ambas fuerzas, es el tema de este curso, se denomina teoría electromagnétic. La manifestación más conocida del magnetismo es la fuerza de atracción o repulsión que
actúa entre los materiales magnéticos como el hierro. Sin embargo, en toda la materia se pueden observar efectos más
sutiles del magnetismo. Recientemente, estos efectos han proporcionado claves
importantes para comprender la estructuraatómica de la materia.
A finales del siglo XVIII y principios del XIX se investigaron
simultáneamente las teorías de la electricidad y el
magnetismo.. En 1831, despúes de que Hans Oersted comenzará a describir una
relación entre la electricidad y el magnetismo, y el francés André Marie Ampére
seguido por el físico francés Dominique François profundizarán en dicho campo,
el científico británico Michael Faraday descubrió que el movimiento de un imán
en las proximidades de un cable induce en éste una corriente eléctrica; este
efecto era inverso al hallado por Oersted. La unificación plena de las teorías
de la electricidad y el magnetismo se debió al físico británico James Clerk
Maxwell, que predijo la existencia de ondas electromagnéticas e identificó la luzcomo un fenómeno electromagnético.
Después de que el físico francés Pierre Ernst Weiss postulará la existencia de un campo magnético interno, molecular, en los materiales como el hierro, las propiedades magnéticas se estudiaron de forma cada vez más detallada, lo que permitió que más tarde otros científicos predijeran muchasestructuras atómicas del momento magnético más complejas, con diferentes propiedades magnéticas
Después de que el físico francés Pierre Ernst Weiss postulará la existencia de un campo magnético interno, molecular, en los materiales como el hierro, las propiedades magnéticas se estudiaron de forma cada vez más detallada, lo que permitió que más tarde otros científicos predijeran muchasestructuras atómicas del momento magnético más complejas, con diferentes propiedades magnéticas
3. El campo magnético
Una barra imantada o un cable que transporta corriente
pueden influir en otros materiales magnéticos sin tocarlos físicamente porque
los objetos magnéticos producen un ‘campo
magnético’. Los campos magnéticos suelen
representarse mediante ‘líneas de campo magnético’ o ‘líneas de fuerza’. En cualquier
punto, la dirección del
campo magnético es igual a la dirección de las líneas de fuerza, y la
intensidad del campo es inversamente proporcional al espacio entre las líneas.
En el caso de una barra imantada, las líneas de fuerza
salen de un extremo y se curvan para llegar al otro extremo; estas líneas
pueden considerarse como bucles cerrados, con una parte del bucle dentro del
imán y otra fuera. En los extremos del imán, donde las líneas de fuerza están
más próximas, el campo magnético es más intenso; en los lados del imán, donde
las líneas de fuerza están más separadas, el campo magnético es más débil.
Según su forma y su fuerza magnética, los distintos tipos de imán producen
diferentes esquemas de líneas de fuerza.
La estructura de las líneas de fuerza creadas por un imán o por cualquier objeto que genere un campo magnético puede visualizarse utilizando unabrújula o limaduras de hierro. Los imanes tienden a orientarse siguiendo las líneas de campo magnético. Por tanto, una brújula, que es un pequeño imán que puede rotar libremente, se orientará en la dirección de las líneas. Marcando la dirección que señala la brújula al colocarla en diferentes puntos alrededor de la fuente del campo magnético, puede deducirse el esquema de líneas de fuerza.
Igualmente, si se agitan limaduras de hierro sobre una hoja de papel o un plástico por encima de un objeto que crea un campo magnético, las limaduras se orientan siguiendo las líneas de fuerza y permiten así visualizar su estructura.
Los campos magnéticos influyen sobre los materiales magnéticos y sobre las partículas cargadas en movimiento. En términos generales, cuando una partícula cargada se desplaza a través de un campo magnético, experimenta una fuerza que forma ángulos rectos con la velocidad de la partícula y con la dirección del campo. Como la fuerza siempre es perpendicular a la velocidad, las partículas se mueven en trayectorias curvas. Los campos magnéticos se emplean para controlar las trayectorias de partículas cargadas en dispositivos como los aceleradores de partículas o los espectrógrafosde masas.
La estructura de las líneas de fuerza creadas por un imán o por cualquier objeto que genere un campo magnético puede visualizarse utilizando unabrújula o limaduras de hierro. Los imanes tienden a orientarse siguiendo las líneas de campo magnético. Por tanto, una brújula, que es un pequeño imán que puede rotar libremente, se orientará en la dirección de las líneas. Marcando la dirección que señala la brújula al colocarla en diferentes puntos alrededor de la fuente del campo magnético, puede deducirse el esquema de líneas de fuerza.
Igualmente, si se agitan limaduras de hierro sobre una hoja de papel o un plástico por encima de un objeto que crea un campo magnético, las limaduras se orientan siguiendo las líneas de fuerza y permiten así visualizar su estructura.
Los campos magnéticos influyen sobre los materiales magnéticos y sobre las partículas cargadas en movimiento. En términos generales, cuando una partícula cargada se desplaza a través de un campo magnético, experimenta una fuerza que forma ángulos rectos con la velocidad de la partícula y con la dirección del campo. Como la fuerza siempre es perpendicular a la velocidad, las partículas se mueven en trayectorias curvas. Los campos magnéticos se emplean para controlar las trayectorias de partículas cargadas en dispositivos como los aceleradores de partículas o los espectrógrafosde masas.
4. Fuerzas Magnéticas entre distribuciones de
corriente
Se aplica la expresión al cálculo de
la fuerza que ejerce una distribución sobre sí misma se obtiene un valor nulo.
Esto no quiere decir que una distribución no ejerza fuerza sobre sus elementos
de corriente, sino que la fuerza total sobre el conjunto de sus elementos de
corriente es nula.
La fuerza total sobre un elemento de corriente debe
ser ortogonal al mismo
La fuerza entre dos elementos de corriente, en principio, no es necesariamente radial, pero como las distribuciones tienen divergencia nula, sólo contribuye la componente radial. Así que la suma de las fuerzas que dos elementos de corriente ejercen el uno sobre el otro es nula. Dos elementos de corriente paralelos se atraen sis sus corrientes llevan el mismo sentido y se repelen si llevan sentidos contrarios.
La fuerza entre dos elementos de corriente, en principio, no es necesariamente radial, pero como las distribuciones tienen divergencia nula, sólo contribuye la componente radial. Así que la suma de las fuerzas que dos elementos de corriente ejercen el uno sobre el otro es nula. Dos elementos de corriente paralelos se atraen sis sus corrientes llevan el mismo sentido y se repelen si llevan sentidos contrarios.
La intensidad de la corriente
eléctrica es la carga que atraviesa la sección normal S del
conductor en la unidad de tiempo.
Sea n el número de partículas por unidad de volumen, v la velocidad media de dichas partículas, S la sección del haz y q la carga de cada partícula.
La carga Q que atraviesa la sección normal S en el tiempo t, es la contenida en un cilindro de sección S y longitud v·t.
Carga Q= (número de partículas por unidad de volumen n)·(carga de cada partícula q)· (volumen del cilindro Svt)
Q=n·qS·v·t
Dividiendo Q entre el tiempo t obtenemos la intensidad de la corriente eléctrica.
i=nqvS
La intensidad es el flujo de carga o la carga que atraviesa la sección normal S en la unidad de tiempo, que será el producto de los siguientes términos:
Sea n el número de partículas por unidad de volumen, v la velocidad media de dichas partículas, S la sección del haz y q la carga de cada partícula.
La carga Q que atraviesa la sección normal S en el tiempo t, es la contenida en un cilindro de sección S y longitud v·t.
Carga Q= (número de partículas por unidad de volumen n)·(carga de cada partícula q)· (volumen del cilindro Svt)
Q=n·qS·v·t
Dividiendo Q entre el tiempo t obtenemos la intensidad de la corriente eléctrica.
i=nqvS
La intensidad es el flujo de carga o la carga que atraviesa la sección normal S en la unidad de tiempo, que será el producto de los siguientes términos:
·
Número de partículas por unidad de
volumen, n
·
La carga de cada partícula, q.
·
El área de la sección normal, S
·
La velocidad media de las partículas, v.
Fuerza sobre una porción de conductor rectilíneo.En el espectrómetro de masas o en el ciclotrón, ya hemos estudiado la fuerza que ejerce un campo magnético sobre un portador de carga, y el movimiento que produce.
LEY DE FARADAY
La Ley de Faraday establece que la corriente inducida en un circuito es directamente proporcional a la rapidez con que cambia el flujo magnético que lo atraviesa
La inducción electromagnética fue descubierta casi simultáneamente y de forma independiente por Michael Faraday y Joseph Henry en 1830. La inducción electromagnética es el principio sobre el que se basa el funcionamiento del generador eléctrico, el transformador y muchos otros dispositivos.
Supongamos que se coloca un conductor eléctrico en forma de circuito en una región en la que hay un campo magnético. Si el flujo F a través del circuito varía con el tiempo, se puede observar una corriente en el circuito (mientras el flujo está variando). Midiendo la fem inducida se encuentra que depende de la rapidez de variación del flujo del campo magnético con el tiempo.
LEY DE LENZ
Ley: "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 las tensiones inducidas serán de un sentido tal que se opongan a la
variación del flujo magnético que las produjo; no obstante esta ley es una
consecuencia del principio de conservación de la energía.
La polaridad de una tensión inducida 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.
El flujo de un campo magnético
uniforme a través de un circuito plano viene dado por:
donde:
Si el conductor está en
movimiento el valor del flujo será:
§ Vε
Donde Vε es el voltaje inducido y dΦ/dt es la tasa de variación temporal
del flujo magnético Φ.
La dirección voltaje inducido(el signo negativo en la fórmula) se debe a la ley de Lenz.
Esta ley se llama así en honor
del físico germano-báltico Heinrich Lenz, quien la formuló en el año 1834.
GENERADOR & MOTOR ELECTRICO
Los Motores
y generadores eléctricos, son un grupo de aparatos que se utilizan para
convertir la energía mecánica en eléctrica, o a la inversa, con medios
electromagnéticos. A una máquina que convierte la energía mecánica en eléctrica
se le denomina generador, alternador o dínamo, y a una máquina que convierte la
energía eléctrica en mecánica se le denomina motor.
Dos principios físicos relacionados entre sí sirven de base al
funcionamiento de los generadores y de los motores. El primero es el principio
de la inducción descubierto por el científico e inventor británico Michael
Faraday en 1831. Si un conductor se mueve a través de un campo magnético, o si
está situado en las proximidades de un circuito de conducción fijo cuya
intensidad puede variar, se establece o se induce una corriente en el
conductor. El principio opuesto a éste fue observado en 1820 por el físico
francés André Marie Ampère. Si una corriente pasaba a través de un conductor
dentro de un campo magnético, éste ejercía una fuerza mecánica sobre el
conductor.
La máquina dinamoeléctrica más sencilla es la dinamo de disco
desarrollada por Faraday, que consiste en un disco de cobre que se monta de tal
forma que la parte del disco que se encuentra entre el centro y el borde quede situada
entre los polos de un imán de herradura. Cuando el disco gira, se induce una
corriente entre el centro del disco y su borde debido a la acción del campo del
imán. El disco puede fabricarse para funcionar como un motor mediante la
aplicación de un voltaje entre el borde y el centro del disco, lo que hace que
el disco gire gracias a la fuerza producida por la reacción magnética.
El campo magnético de un imán permanente es lo suficientemente
fuerte como para hacer funcionar una sola dinamo pequeña o motor. Por ello, los
electroimanes se emplean en máquinas grandes. Tanto los motores como los
generadores tienen dos unidades básicas: el campo magnético, que es el
electroimán con sus bobinas, y la armadura, que es la estructura que sostiene
los conductores que cortan el campo magnético y transporta la corriente
inducida en un generador, o la corriente de excitación en el caso del motor. La
armadura es por lo general un núcleo de hierro dulce laminado, alrededor del
cual se enrollan en bobinas los cables conductores.
INTRODUCCION
MUTUA & AUTOINDUCCION
La
introducción mutua es el fenómeno por el cual una corriente variable en un
circuito induce una fem en otro. La variación de la intensidad de corriente en
una bobina da lugar a un campo magnético variable, el cual origina un flujo
magnético también variable que atraviesa la otra bobina e induce en ella , de
acuerdo con la ley de Faraday.
La
autoinducción consiste en una inducción de la propia corriente sobre si misma.
Una bobina aislada por la que circula una corriente variable puede considerarse
atravesada por un flujo también variable debido a su propio campo magnético, lo
que dará lugar a una fem autoinducida.
La
autoinducción consiste en una inducción de la propia corriente sobre si misma.
Una bobina aislada por la que circula una corriente variable puede considerarse
atravesada por un flujo también variable debido a su propio campo magnético, lo
que dará lugar a una fem autoinducida.
No hay comentarios:
Publicar un comentario