La electricidad

¿Qué es la electricidad?

La electricidad es un fenómeno físico que se manifiesta naturalmente en los rayos, las descargas eléctricas producidas por el rozamiento "electricidad estática" en el funcionamiento de los sistemas nerviosos de los animales, incluidos los seres humanos. También se denomina electricidad a la rama de la ciencia que la estudia, la rama de la tecnología que la aplica. Desde que en 1831, Faraday descubriera la forma de producir corrientes eléctricas por inducción, se ha convertido en una de las formas de energía más importantes para el desarrollo tecnológico debido a su facilidad de generación, distribución y al gran número de aplicaciones.

El origen de la electricidad son las cargas eléctricas, estáticas o en movimiento, su interacción. Una carga eléctrica en reposo produce fuerzas sobre otras cargas. Si la carga eléctrica está en movimiento, produce también fuerzas magnéticas. Hay sólo dos tipos de cargas eléctricas, las positivas y las negativas. Las cargas eléctricas elementales son los protones, los electrones, responsables de la formación de los átomos, moléculas, pero también hay otras partículas elementales cargadas.

Electricidad y magnetismo son sólo dos aspectos diferentes del mismo fenómeno electromagnético descrito por las ecuaciones de Maxwell. El movimiento de una carga eléctrica con velocidad constante produce un campo magnético, la variación de un campo magnético produce un campo eléctrico, el movimiento acelerado de cargas eléctricas genera ondas electromagnéticas (como en las descargas de rayos que pueden escucharse en los receptores de radio AM-FM, Televisión). Debido a las crecientes aplicaciones de la electricidad en la generación de potencia, las telecomunicaciones, el procesamiento de información, uno de los principales desafíos contemporáneos es generarla de modo más eficiente con el mínimo de perjuicios para el medio ambiente.

Explique cómo está estructurada la materia

Para tener una comprensión de los fenómenos eléctricos es necesario comenzar el estudio de la estructura de la materia, puesto que el electrón, partícula contribuyente del átomo, está íntimamente relacionado con fenómenos eléctricos. Los cuerpos materiales están constituidos, básicamente, por moléculas. Estas a su vez, están constituidas por partículas más pequeñas llamadas átomos, los cuales a su vez están constituidos por tres partículas fundamentales: electrones, protones y neutrones.

Explique la electrización por frotamiento

Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros (número de electrones = número de protones), ambos se cargan, uno con carga positiva, el otro con carga negativa. Si se frota una barra de vidrio con un paño de seda, hay un traspaso de electrones del vidrio a la seda. Si se frota un lápiz de pasta con un paño de lana, hay un traspaso de electrones del paño. Ej. : un globo lo frotas en la cabeza de un amigo compañero o tú mismo cabello o cabeza luego lo pones cerca de la cabeza de otro compañero o amigo y veras que el cabello se levanta.

¿Qué es el electroscopio?

El electroscopio es un instrumento que permite determinar la presencia de cargas eléctricas.

El electroscopio sencillo consiste en una varilla metálica vertical que tiene una bolita en la parte superior en el extremo opuesto dos láminas de oro muy delgadas. La varilla está sostenida en la parte superior de una caja de vidrio transparente con un armazón de metal en contacto con tierra. Al acercar un objeto electrizado a la esfera, la varilla se electrifica, las laminillas cargadas con igual signo que el objeto se repele, siendo su divergencia una medida de la cantidad de carga que han recibido. La fuerza de repulsión electrostática se equilibra con el peso de las hojas. Si se aleja el objeto de la esfera, las láminas, al perder la polarización, vuelven a su posición normal. Cuando un electroscopio se carga con un signo conocido, puede determinarse el tipo de carga eléctrica de un objeto aproximándolo a la esfera. Si las laminillas se separan significa que el objeto está cargado con el mismo tipo de carga que el electroscopio. De lo contrario, si se juntan, el objeto y el electroscopio tienen signos opuestos. Un electroscopio cargado pierde gradualmente su carga debido a la conductividad eléctrica del aire producida por su contenido en iones. Por ello la velocidad con la que se carga un electroscopio en presencia de un campo eléctrico se descarga puede ser utilizada para medir la densidad de iones en el aire ambiente. Por este motivo, el electroscopio se puede utilizar para medir la radiación de fondo en presencia de materiales radioactivos.

El primer electroscopio fue creado por el médico inglés William Gilbert para realizar sus experimentos con cargas electrostáticas. Actualmente este instrumento no es más que una curiosidad de museo, dando paso a mejores instrumentos electrónicos. Un electroscopio es un dispositivo que permite detectar la presencia de un objeto cargado aprovechando el fenómeno de separación de cargas por inducción. Explicaremos su funcionamiento empezando por ver qué sucede con las cargas en los materiales conductores. Si acercamos un cuerpo cargado con carga positiva, por ejemplo una lapicera que ha sido frotada con un paño, las cargas negativas del conductor experimentan una fuerza atractiva hacia la lapicera. Por esta razón se acumulan en la parte más cercana a ésta. Por el contrario las cargas positivas del conductor experimentan una fuerza de repulsión por esto se acumulan en la parte más lejana a la lapicera. Lo que ha ocurrido es que las cargas se han desplazado pero la suma de cargas positivas es igual a la suma de cargas negativas. Por lo tanto la carga neta del conductor sigue siendo nula.

Exprese cada una de las propiedades de las cargas eléctricas

Principio de conservación de la carga

En concordancia con los resultados experimentales, el principio de conservación de la carga establece que no hay destrucción ni creación neta de carga eléctrica, afirma que en todo proceso electromagnético la carga total de un sistema aislado se conserva. En un proceso de electrización, el número total de protones, electrones no se altera, sólo hay una separación de las cargas eléctricas. Por tanto, no hay destrucción ni creación de carga eléctrica, es decir, la carga total se conserva. Pueden aparecer cargas eléctricas donde antes no había, pero siempre lo harán de modo que la carga total del sistema permanezca constante. Además está conservación es local, ocurre en cualquier región del espacio por pequeña que sea.

Al igual que las otras leyes de conservación, la conservación de la carga eléctrica está asociada a una simetría del lagrangiano, llamada en física cuántica invariante gauge. Así por el teorema de Noether a cada simetría del lagrangiano asociada a un grupo uniparamétrico de transformaciones que dejan el lagrangiano invariante le corresponde una magnitud conservada.

La conservación de la carga eléctrica en un circuito.

El principio de la conservación de la carga nos dice que los electrones no pueden desaparecer en su recorrido por el circuito. Todos los electrones que salen de un borne del generador llegan al otro borne tras completar el recorrido por el circuito. Este es el sentido real de circulación de los electrones.

Para que esa corriente se mantenga, "el circuito tiene que estar cerrado".

Cuantización de la carga.

Gracias a los trabajos de Millikan al medir la carga eléctrica del electrón, se demostró que la carga eléctrica no es continua, o sea, no es posible que tome valores arbitrarios, sino que los valores que puede adquirir son múltiplos enteros de una cierta carga eléctrica mínima. Esta propiedad se conoce como cuantización de la carga, el valor fundamental corresponde al valor de carga eléctrica que posee el electrón y al cual se lo representa como e. Cualquier carga q que exista físicamente, puede escribirse como siendo N un número entero, positivo o negativo.

Por convención se representa a la carga del electrón como -e, para el protón +e y para el neutrón, 0. La física de partículas postula que la carga de los quarks, partículas que componen a protones, neutrones, toman valores fraccionarios de esta carga elemental. Sin embargo, nunca se han observado quarks libres, el valor de su carga en conjunto, en el caso del protón suma +e, en el neutrón suma 0.

Aunque no tenemos una explicación suficientemente completa de porqué la carga es una magnitud cuantizada, que sólo puede aparecer en múltiplos de la carga elemental, se han propuestos diversas ideas:

Según la quinta dimensión estaría cuantizado de ahí se seguía la cuantización de la carga.

La existencia de cargas fraccionarias en el modelo de quarks, complica el panorama, ya que el modelo estándar no aclara porqué las cargas fraccionarias no pueden ser libres. Sólo pueden ser libres cargas que son múltiplos enteros de la carga elemental.

En la teoría de Kaluza-Klein original a una entidad geométrica de dimensión d convencionales se les asocia una entidad de dimensionalidad d+1: Un "punto" de espacio-tiempo de cuatro dimensiones es una curva cerrada

Invariante relativista

Otra propiedad de la carga eléctrica es que es una invariante relativista. Eso quiere decir que todos los observadores, sin importar su estado de movimiento su velocidad, podrán siempre medir la misma cantidad de carga. La diferencia de la masa o el tiempo, cuando un cuerpo o partícula se mueve a velocidades comparables con la velocidad de la luz, el valor de su carga no variará de acuerdo a cuán rápido se mueva el cuerpo que la posea.

Explique en qué consiste la electrización por contacto

Se puede cargar un cuerpo neutro con sólo tocarlo con otro previamente cargado. En este caso, ambos quedan con el mismo tipo de carga, es decir, si se toca un cuerpo neutro con otro con carga positiva, el primero debe quedar con carga positiva. Esto se debe a que habrá transferencia de electrones libres desde el cuerpo que los posea en mayor cantidad hacia el que los contenga en menor proporción manteniéndose este flujo hasta que la magnitud de la carga sea la misma en ambos cuerpos.

Explique en qué consiste la electrización por inducción

La inducción es un proceso de carga de un objeto sin contacto directo. Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que está neutro. Cuando se acerca un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interacción eléctrica entre las cargas del primero las del cuerpo neutro. Como resultado de esta interacción, la distribución inicial se altera: el cuerpo electrizado provoca el desplazamiento de los electrones libres del cuerpo neutro. En este proceso de redistribución de cargas, la carga neta inicial no ha variado en el cuerpo neutro, pero en algunas zonas se carga positivamente en cambio en otras negativamente. Se dice que aparecen cargas eléctricas inducidas. Entonces el cuerpo electrizado, denominado inductor, induce una carga con signo contrario en el cuerpo neutro y por lo tanto lo atrae.

¿Qué son los materiales conductores aislantes y semiconductores?

Existen también otros elementos denominados metaloides, que actúan como semiconductores de la corriente eléctrica. Entre esos elementos o materiales se encuentran el silicio (Si), el galio (Ga) y el germanio (Ge). Los átomos de esos elementos son menos propensos a ceder electrones cuando los atraviesa una corriente eléctrica, su característica principal es dejarla pasar en un solo sentido e impedirlo en sentido contrario. El cristal de silicio es el elemento más utilizado en la actualidad  como material semiconductor  para fabricar diodos, transistores, circuitos integrados, los microprocesadores que utilizan los ordenadores o computadoras personales, así como otros dispositivos digitales. Se pueden ver las patillas de conexión situadas en la parte inferior de un microprocesador Pentium 4.

Por último están los materiales aislantes, cuyos átomos ni ceden ni captan electrones. Entre esos materiales se encuentran el plástico, la micra, el vidrio, la goma, la cerámica, etc. Todos esos materiales otros similares con iguales propiedades, oponen total resistencia al paso de la corriente eléctrica. Si establecemos de nuevo una analogía con un líquido que circule a través del circuito hidráulico de una tubería, como se hizo al principio de este tema con los conductores, el aislador sería el equivalente al mismo tubo del circuito hidráulico, pero en este caso conteniendo líquido congelado, lo cual obstruiría por completo el movimiento de los átomos del líquido a través de la tubería. Esto sería algo similar a lo que ocurre con las cargas eléctricas cuando tropiezan con un material aislante que le interrumpe el paso en un circuito eléctrico. 

Esa es, precisamente, la función de los aisladores que vemos colgando de las torres de distribución eléctrica, para soportar los cables y evitar que la corriente pase a la estructura metálica o de cemento de la torre. Aislador empleado para soportar los cables de aluminio, colgados de las torres de alta tensión, transmiten la energía eléctrica hasta los lugares que la requieren.

Explique en qué consiste la conservación de la carga eléctrica

Todo objeto cuyo número de electrones sea distinto al de protones tiene carga eléctrica. Si tiene más electrones que protones la carga es negativa. Si tiene menos electrones que protones, la carga es positiva. Los electrones no se crean ni se destruyen, sino que simplemente se transfieren de un material a otro. Cuando un cuerpo es electrizado por otro, la cantidad de electricidad que recibe uno de los cuerpos es igual a la que cede el otro. La carga se conserva. En todo proceso, ya sea en gran escala o en el nivel atómico y nuclear, se aplica el concepto de conservación de la carga.

"Jamás se ha observado caso alguno de creación o destrucción de carga neta. La conservación de la carga es una de las piedras angulares de la física, a la par con la conservación de la energía de la cantidad de movimiento".Todo objeto con carga eléctrica tiene un exceso o una deficiencia de cierto número entero de electrones: los electrones no se pueden dividir en fracciones. Esto significa que la carga del objeto es un múltiplo entero de la carga del electrón. El objeto no puede poseer una carga igual a 1.5 o a 1000.5 electrones, por ejemplo. Todos los objetos cargados que se han observado hasta ahora tienen una carga que es un múltiplo entero de la carga de un solo electrón.

Explique en qué consiste la divisibilidad de la carga eléctrica

Fueron los experimentos de Faraday sobre la electrólisis, realizados hacia 1830, los que

Sugirieron que los átomos no eran tan simples e indivisibles como Dalton supuso. El hecho de que la corriente eléctrica produjera un cambio químico indicaba la existencia de una relación entre electricidad, materia, que los átomos debían poseer una estructura de naturaleza eléctrica. Pero, ¿en qué consistía la electricidad? ¿Por qué, aunque sus propiedades eran conocidas, la electricidad seguía considerándose, como desde el principio, un fluido misterioso?

La clasificación periódica de los elementos, conocida años más tarde, también apuntaba a la complejidad del átomo. En efecto, si, según Dalton, la propiedad más importante del átomo era su peso, los elementos de peso atómico parecido (que ocupan posiciones contiguas en la clasificación) debían tener propiedades semejantes. Cómo se explicaba entonces que después de cada halógeno (fuertemente oxidante) viniera un gas noble (totalmente inerte) que siguiera un metal alcalino (muy reductor) está repetición periódica de las propiedades de los elementos podía tener explicación en función de un modelo de átomo no simple, cuya estructura fuera la que se repitiese. Hasta los últimos años del siglo XIX no se comprobó que el átomo era divisible y poseía, además, naturaleza eléctrica. Tales conclusiones llegaron de un lugar inesperado: del estudio de las descargas eléctricas en los tubos de vacío.

Explique en qué consiste la ley de Coulomb y exprese su ecuación

La Ley de Coulomb lleva su nombre en honor a Charles-Agustín de coulomb, quien fue el primero en describir en 1785 las características de las fuerzas entre cargas eléctricas. Henry Cavendish también obtuvo la relación inversa de la ley con la distancia, aunque nunca publicó sus descubrimientos y no fue hasta 1879 cuando James Clerk Maxwell los publicó.

La ley puede expresarse como:

La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

¿Qué son los imanes?

Un imán (del francés aimant) es un cuerpo o dispositivo con un campo magnético significativo, de forma que tiende a alinearse con otros imanes (por ejemplo, con el campo magnético terrestre).

Los imanes pueden ser: naturales o artificiales, o bien, permanentes o temporales. Un imán natural es un mineral con propiedades magnéticas. Tal es el caso de la magnetita, que es un óxido de hierro (Fe3O4). Un imán artificial es un cuerpo de material ferromagnético al que se ha comunicado la propiedad del magnetismo, ya sea mediante frotamiento con un imán natural o por la acción de corrientes eléctricas aplicadas en forma conveniente (electro imanación).

Un imán permanente está fabricado en acero imanado (hierro con un alto contenido en carbono), lo que hace que conserve su poder magnético. También se emplea alnico en algunos casos. Sin embargo, una fuerte carga eléctrica, un impacto de gran magnitud, o la aplicación de una elevada cantidad de calor, pueden causar que el imán pierda su fuerza actuante. Un imán temporal, pierde sus propiedades una vez que cesa la causa que provoca el magnetismo. Dichos imanes están fabricados en hierro dulce (con un contenido muy bajo en carbono). Un electroimán es una bobina (en el caso mínimo, una espira) por la cual circula corriente eléctrica. Esto genera un campo magnético isomórfico al de un imán de barra que imanta el metal. El electroimán es un caso particular de un imán temporal.

Explique en qué consiste el efecto magnético de la corriente eléctrica

Electromagnetismo: Es el más importante desde el punto de vista tecnológico. Una corriente eléctrica tiene efectos magnéticos (es capaz de atraer o repeler un imán). Por otra parte, el movimiento relativo entre un imán, una bobina (un hilo metálico arrollado) se aprovecha en las máquinas eléctricas para producir movimiento o para generar electricidad.

¿A qué se llama campo magnético?

El campo magnético es una propiedad de espacio por la cual una carga eléctrica puntual de valor q que se desplaza a una velocidad V, sufre los efectos de una fuerza que es perpendicular proporcional tanto a la velocidad como al campo, llamada inducción magnética "según algunos autores, Densidad de flujo magnético". Dicha carga percibirá una fuerza descrita con la siguiente igualdad. Si bien algunos marcos magnéticos han sido conocidos desde la antigüedad, como por ejemplo el poder de atracción que sobre el hierro ejerce la magnetita, no fue sino hasta el siglo XIX cuando la relación entre la electricidad, el magnetismo quedó plasmada, pasando ambos campos de ser diferenciados a formar el cuerpo de lo que se conoce como electromagnetismo.

Antes de 1820, el único magnetismo conocido era el del hierro. Esto cambió con un profesor de ciencias poco conocido de la universidad de Copenhague, Dinamarca, Hans Cristian oersted. En 1820 Oersted preparó en su casa una demostración científica a sus amigos, estudiantes. Planeó demostrar el calentamiento de un hilo por una corriente eléctrica también llevar a cabo demostraciones sobre el magnetismo, para lo cual dispuso de una aguja de brújula montada sobre una peana de madera. Mientras llevaba a cabo su demostración eléctrica, Oersted notó para su sorpresa que cada vez que se conectaba la corriente eléctrica, se movía la aguja de la brújula. Se calló y finalizó las demostraciones, pero en los meses siguientes trabajó duro intentando explicarse el nuevo fenómeno. ¡Pero no pudo! La aguja no atraía ni repelida por ella. En vez de eso tendía a quedarse en ángulo recto. Hoy sabemos que esto es una prueba fehaciente de la relación intrínseca entre el campo magnético y el campo eléctrico plasmada en las ecuaciones de Maxwell.

Como ejemplo la naturaleza un poco distinta del campo magnético basta considerar el intento de separar el polo de un imán. Aunque rompamos un imán por la mitad éste "reproduce" sus dos polos. Si ahora volvemos a partir otra vez en dos, nuevamente tendremos cada trozo con dos polos norte y sur diferenciados. En magnetismo no existen los monopolos magnéticos.

Nombre y Explique cada uno de los aspectos de medida basados sobre los efectos electromagnéticos

En la historia de la Física se puede apreciar la importancia que ha tenido el electromagnetismo, una de las principales revoluciones del siglo XIX que ha dado paso a grandes descubrimientos tecnológicos. Los primeros fenómenos magnéticos observados estaban ligados a los llamados imanes naturales, actualmente sabemos que los fenómenos magnéticos se deben a fuerzas originadas por cargas eléctricas en movimiento; en otras palabras, toda carga además de crear un campo eléctrico, cuando se desplaza origina en el espacio que le rodea una nueva perturbación que constituye un campo magnético.

El descubrimiento de las leyes de la electricidad en el siglo XIX ha dado paso al desarrollo de la sociedad actual. Las importantes aportaciones de físicos como Ampere y Faraday fue James Clerk Maxwell quien con sus famosas cuatro ecuaciones sistematizó todos los hallazgos en el campo de la Electricidad, el Magnetismo. Maxwell pensó que las ondas luminosas eran ondas electromagnéticas que se podían elaborar en una teoría electromagnética de la luz, obtuvo la primera relación entre magnitudes ópticas y eléctricas.

Leyes en el campo magnético

El campo magnético es producido por la corriente eléctrica que circula por un conductor. Para determinar la expresión del campo magnético producido por una corriente se emplean dos leyes: la ley de Biot-Savart y la ley de Ampere.

La ley de Biot-Savart

La ley de Biot-Savart calcula el campo producido por un elemento dl de la corriente de intensidad I en un punto P distante r de dicho elemento.

El campo producido por el elemento tiene la dirección perpendicular al plano determinado por los vectores unitarios ut y ur, en sentido al que resulta de la aplicación de la regla del sacacorchos. Ut es un vector unitario que señala la dirección de la corriente, mientras que ur señala la posición del punto P desde el elemento de corriente dl. Salvo en el caso de espira circular o de una corriente rectilínea, la aplicación de la ley de Biot-Savart es muy complicada. Para determinar el campo producido por un solenoide sumando los campos producidos por cada una de las espiras que lo forman, existen dos aproximaciones:

• 1. Mediante la ley de Biot-Savart se calcula el campo producido por una espira circular en un punto de su eje. Se supone que el solenoide de longitud L tiene N espiras muy apretadas.

• 2. se calcula la contribución de todas las espiras al campo en un punto del eje del solenoide.

La ley de Ampere

Si suponemos que el solenoide es muy largo y estrecho, el campo es aproximadamente uniforme y paralelo al eje en el interior del solenoide, y es nulo fuera del solenoide. En esta aproximación es aplicable la ley de Ampere.

El primer miembro, es la circulación del campo magnético a lo largo de un camino cerrado, y en el segundo miembro el término I se refiere a la intensidad que atraviesa dicho camino cerrado.

Para determinar el campo magnético, aplicando la ley de Ampere tomamos un camino cerrado ABCD que sea atravesado por corrientes. La circulación es la suma de cuatro contribuciones, una por cada lado.

Examinaremos, ahora cada una de las contribuciones a la circulación:

La corriente que atraviesa el camino cerrado ABCD se puede calcular fácilmente:

Si hay N espiras en la longitud L del solenoide en la longitud x habrá Nx/L espiras por las que circula una intensidad I. Por tanto, la ley de Ampere se escribe para el solenoide.

En el laboratorio, se emplean limaduras de hierro para hacer visibles las líneas en el campo magnético, este procedimiento es muy limitado requiere bastante cuidado por parte del experimentador.

Aplicando la ley de Biot-Savart, el campo magnético producido por cada espira en un punto de su plano meridiano, mediante procedimientos numéricos. Posteriormente, determina el campo magnético resultante, sumando vectorialmente el campo producido por cada espira en dicho punto. Posteriormente, se trazan las líneas del campo magnético que pasan por puntos equidistantes a lo largo del diámetro del solenoide.

Podemos ver el mapa de las líneas del campo magnético de:

• Una espira circular

• Dos espiras, esta disposición simula las denominadas bobinas de Helmont, utilizadas en el laboratorio para producir campos magnéticos aproximadamente uniformes en la región entre las dos bobinas.

• Muchas espiras iguales y equidistantes, que simula el solenoide.

Ley de Faraday.

Concepto de flujo

La inducción electromagnética

La inducción electromagnética fue descubierta casi simultáneamente, de forma independiente por Michael Faraday y Joseph Henry en 1930. La inducción electromagnética es el principio sobre el que se basa el funcionamiento del generador eléctrico, el transformador, 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 ? 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.

El significado del signo menos, es decir, el sentido de la corriente inducida se muestra en la figura.

Campos magnéticos y corrientes eléctricas

Las fuerzas características de los imanes se denominan fuerzas magnéticas el desarrollo de la física amplió el tipo de objetos que sufren, ejercen fuerzas magnéticas, Las corrientes eléctricas en general, las cargas en movimiento se comportan como imanes, es decir producen campos magnéticos.

Algunas características de las fuerzas magnéticas

A diferencia de lo que sucede con una barra de ámbar electrizada por frotamiento la cual atrae hacia sí todo tipo de objetos con la condición de que sean ligeros, un imán ordinario sólo ejerce fuerzas magnéticas sobre cierto tipo de materiales, en particular sobre el hierro. Este fue uno de los obstáculos que impidieron una aproximación más temprana entre el estudio de la electricidad, el del magnetismo.

Las fuerzas magnéticas son fuerzas de acción a distancia, es decir, se producen sin que exista contacto físico entre los dos imanes. Esta circunstancia, que excitó la imaginación de los filósofos antiguos por su difícil explicación, contribuyó más adelante al desarrollo del concepto de campo de fuerzas.

Espectros magnéticos

Cuando se espolvorea en una cartulina o en una lámina de vidrio, situadas sobre un imán, limaduras de hierro, éstas se orientan de un modo regular a lo largo de líneas que unen entre sí los dos polos del imán. Lo que sucede es que cada limadura se comporta como una pequeña brújula que se orienta en cada punto como consecuencia de las fuerzas magnéticas que soporta. La imagen que forma este conjunto de limaduras alineadas constituye el espectro magnético del imán.

EL CAMPO MAGNÉTICO

Las fuerzas magnéticas y la idea física de campo

El hecho de las fuerzas magnéticas sean fuerzas de acción a distancia permite recurrir a la idea física del campo para describir la influencia de un imán o de un conjunto de imanes sobre el espacio que los rodea. Las líneas de fuerza del campo magnético indican la dirección en la que se orientará una pequeña brújula (considerada como un elemento de prueba) situada en tal punto., las limaduras de hierro espolvoreadas sobre un imán se orientan a lo largo de las líneas de fuerza del campo magnético correspondiente y el espectro magnético resultante proporciona una representación espacial del campo magnético.

La intensidad del campo magnético

Como sucede en otros campos de fuerza, el campo magnético queda definido matemáticamente si se conoce el valor que toma en cada punto una magnitud vectorial que recibe el nombre de intensidad del campo. La intensidad del campo magnético, a veces denominada inducción magnética, se representa por la letra B y es un vector tal que en cada punto coincide en dirección sentido con los de la línea de fuerza magnética correspondiente. Las brújulas, al alinearse a lo largo de las líneas de fuerza del campo magnético, indican la dirección, el sentido de la intensidad del campo B.

APLICACIÓN: CAMPO MAGNÉTICO DEBIDO A CORRIENTES ELÉCTRICAS

Se trata de calcular la intensidad del campo magnético B creado por una corriente de 4A de intensidad en cada uno de los siguientes casos:

a) 4 cm de un hilo conductor rectilíneo e indefinido

b) en el centro de una bobina formada por 20 espiras circulares de 10 cm de diámetro;

Fuerza magnética sobre una corriente rectilínea.

Una carga en movimiento en presencia de un imán experimenta una fuerza magnética Fm que desvía su trayectoria. Dado que la corriente eléctrica supone un movimiento continuado de cargas, un conductor por donde circula corriente sufrirá, por la acción de un campo magnético, el efecto conjunto de las fuerzas magnéticas que se ejercen sobre las diferentes cargas móviles de su interior. Si la corriente es rectilínea y de longitud l, la expresión de la fuerza magnética toma la forma:

En donde I es la intensidad de corriente, B la intensidad de campo y el ángulo que forma la corriente con el vector campo.

La anterior ecuación, que se conoce como ley de Laplace, se puede obtener experimentalmente, pero también puede deducirse de la expresión

de la fuerza magnética sobre una carga móvil. Admitiendo que la corriente es estacionaria, esto es, de intensidad constante considerando en tal circunstancia el movimiento de avance de las cargas como uniforme, se cumple la igualdad:

APLICACIÓN DE LA REGLA DE LA MANO IZQUIERDA

Por un pequeño columpio de alambre circula una corriente eléctrica, de tal forma que cuando un tramo horizontal se introduce entre los polos de un imán experimenta una fuerza magnética. Se trata de determinar en cuáles de las posiciones a, b o c de la figura adjunta, el columpio se desplaza de su posición de equilibrio. (El punto y las cruces representan sentidos opuestos de la intensidad de corriente que atraviesa el alambre, cuando se mira la figura frontalmente.)

El magnetismo de la materia

El hierro es el material magnético por excelencia, pues en contacto con un imán, en general, cuando es sometido a la acción de un campo magnético, adquiere propiedades magnéticas, esto e se imana o magnetiza. El tipo de materiales que como el hierro presentan un magnetismo fuerte reciben el nombre de sustancias ferromagnéticas. Los materiales que por el contrario poseen un magnetismo débil se denominan paramagnéticos o diamagnéticos según su comportamiento.

Conclusiones

Del anterior trabajo concluyo que:

A) El campo magnético es la influencia de un imán en los átomos de las fuerzas electromotrices. La forma del campo magnético fue estudiada por Michael Faraday quien espolvoreó limaduras de hierro sobre un vidrio colocado encima de un imán. Esas limaduras se disponen en hileras que irradian desde cada uno de los polos del imán. Esas hileras se denominan líneas de fuerza e indican la dirección de las fuerzas combinadas de los dos polos.

B) Un campo eléctrico puede representarse por líneas de fuerza, líneas que son tangentes a la dirección del campo en cada uno de sus puntos. En la figura, se representan las líneas de fuerza de una carga puntual, que son líneas rectas que pasan por la carga. Las superficies equipotenciales son superficies esféricas concéntricas.

Bibliografía

Centro de teleinformática y telecomunicaciones. Universidad nacional de Colombia

Electrónica avanzada. Universidad del cauca

Electricidad, electrónica, manual del radioaficionado moderno. Universidad de caracas, Venezuela.

Resistividad a altas temperaturas. Universidad de Cantabria.

Autor:

Cristian Jimenez

TRABAJO DE ELECTRICIDAD. ACTIVIDAD 3

Tutor virtual: Raul camacho.

SENA REGIONAL CUNDINAMARCA, CENTRO DE BIOTECNOLOGÍA AGROPECUARIA