Teoria electromagnética (página 3)

La integral del segundo miembro es la circulación del vector E. Recordemos que en electrostática la circulación de E vale cero (E es un campo vectorial conservativo), por lo que concluimos que el campo eléctrico inducido no es conservativo. Por ejemplo si tuviésemos una densidad de flujo magnético B uniforme en el espacio pero variable en con el tiempo, perpendicular al plano del papel penetrando en él, el campo eléctrico inducido en los puntos de una circunferencia contenida en dicho plano tendría el mismo módulo E por simetría, su dirección sería tangente a la circunferencia en cada punto y su sentido el determinado por la regla del sacacorchos (Fig. 9.10).

El beatrón

El betatrón es un aparato para acelerar electrones (conocidos también como partículas beta) a altas velocidades usando campos eléctricos inducidos producidos por campos magnéticos cambiantes.

Teles electrones de alta energía pueden emplearse para investigación básica en física así como para producir rayos X en investigación aplicada a la industria y con fines médicos como la terapia contra el cáncer. El betatrón proporciona una ilustración excelente de la "realidad" de los campos eléctricos inducidos. Típicamente los betatrones pueden producir energías de 100 MeV, en cuyo caso los electrones son altamente relativistas (v= 0.999987c). Los betatrones pueden producir corrientes enormes, en la gama de 103 a 105 A. Sin embargo, son máquinas pulsantes, que producen pulsaciones de una anchura típica _s o menos separados por intervalos de tiempo de entre 0.01 y 1 s.

La inducción y el movimiento reactivo

Lo que parece ser un campo magnético en un marco de referencia puede parecer una mezcla de campos eléctricos y magnéticos en otro marco de referencia. Puesto que la fem está determinada por la velocidad del objeto que se mueve a través del campo magnético, está claro que depende del marco de referencia del observador. Otros observadores de marcos inerciales diferentes mediaran velocidades diferentes e intensidades del campo magnético diferentes. Por lo tanto, es necesario especificar el marco de referencia del observador al calcular las fem y las corrientes inducidas.

Si una figura muestra una espira a la que un agente externo causa que se mueva a velocidad v con respecto a un imán que proporciona un campo uniforme B sobre una región. Un observador S está en reposo con respecto con respecto al imán empleado para crear al campo B. La fem inducida en este caso es una fuerza electromotriz de movimiento o cinética por que la espira de conducción se está moviendo con respecto a este observador.

Consideremos un portador de carga positiva en el centro del extremo izquierdo de la espira. Para el observador S, esta carga q está obligada a moverse a través del campo B a velocidad v hacia la derecha junto con la espira, y experimenta una fuerza magnética dada por F = qv x B. Esta fuerza provoca que los portadores se muevan hacia arriba (en la dirección y) a lo largo del conductor; finalmente, llegan a adquirir la velocidad de arrastre vd.

La velocidad de equilibrio de los portadores resultante es ahora V, la suma vectorial de v y vd. En esta situation la fuerza magnética FB es

actuando (como siempre) en ángulo recto con la velocidad resultante V del portador.Al actuar sola, FB tendería a empujar a los portadores a través de la pared izquierda del conductor. Ya que esto no sucede, la pared del conductor debe ejercer una fuerza normal N sobre los portadores de magnitud tal que vd se encuentre paralela al eje del alambre; en otras palabras, N cancela exactamente a la componente horizontal de FB, dejando únicamente a la componente FB cos _ que se encuentra a lo largo de la dirección del conductor. Esta última componente de la fuerza sobre el portador también se cancela, en este caso, por la fuerza impulsora de promedio Fi asociada a las colisiones internas que experimenta el portador cuando se mueve a velocidad (constante) vd por el alambre.

La energía cinética del portador se carga al moverse por el alambre permanece constante. Esto es consistente con el hecho de que la fuerza resultante que actúa sobre el portador de carga (=FB+Fi+N) es cero. El trabajo efectuado por FB es cero por que las fuerzas magnéticas, que actúan en ángulo recto con la velocidad de una carga en movimiento, no pueden efectuar ningún trabajo sobre esa carga. Entonces, el trabajo (negativo) efectuado sobre el portador por la fuerza de colisión interna promedio debe ser cancelado exactamente por el trabajo (positivo) efectuado sobre el portador por la fuerza N. Por último N, es suministrada por el agente que tira de la espira a través del campo magnético, y la energía mecánica gastada por este agente aparece como energía interna en la espira.

Cuando un observador S fijo con respecto al imán percibe únicamente un campo magnético. Para este observador, la fuerza surge del movimiento de las cargas a través de B. El observador S" fijo en el portador de una carga advierte también un campo eléctrico E" y le atribuye al campo eléctrico la fuerza sobre la carga (inicialmente en reposo con respecto a S"). S dice que la fuerza es puramente de origen magnético, mientras que S" dice que la fuerza es de origen puramente eléctrico.

Para un tercer observador S"", en relación con el cual se mueven tanto el imán como la espira, la fuerza que tiende a mover a las cargas alrededor de la espira, no es ni puramente eléctrica, ni puramente magnética, sino un poco de cada una. En resumen, en la ecuación

F/q = E + v x B

Diferentes observadores se forman diferentes juicios de E, B y v pero, cuando estos están combinados, todos los observadores se forman el mismo juicio con respecto a F/q, y todos obtienen el mismo valor para la fem inducida en la espira (que depende únicamente del movimiento relativo. Esto es, la fuerza total(y, por tanto, la aceleración total) es la misma para todos los observadores, pero cada observador se forma una estimación diferente de las fuerzas eléctricas y magnéticas por separado que contribuyen a la misma fuerza total.

Características químicas de imanes

Conclusión

Puesto que la corriente eléctrica siempre sale de la terminal negativa de la fuente de energía, el flujo de corriente en un circuito siempre tendrá la misma dirección si la polaridad de la tensión de la fuente permanece siempre invariable. Este tipo de flujo de corriente recibe el nombre de corriente directa o continua y a la fuente se le llama fuente de corriente directa. Todo circuito que use una fuente de corriente directa es un circuito de corriente continua. Los tres tipos de fuentes que se usan con más frecuencia en circuitos de corriente continua son: la batería, el generador de corriente continua y las fuentes de electrones.

Como pudimos ver el campo magnético es producido por la corriente eléctrica que circula por un conductor.

También analizamos que este campo de fuerzas está formado por cargas eléctricas en movimiento, que se manifiestan por la fuerza que experimenta una carga eléctrica al moverse en su interior.

Para determinar la expresión del campo magnético producido por una corriente se emplean dos leyes: la ley de Biot-Savart y la ley de Ampère.

podemos afirmar que la ley de Ampère proporciona una formulación alternativa de la relación de los campos magnéticos con las corrientes. Es análoga a la ley de Gauss en electrostática.

En cuanto a la ley de Biot-Savart decimos que nos da el campo magnético producido por un pequeño elemento de conductor por el que circula una corriente. Se puede utilizar para encontrar el campo magnético creado por cualquier configuración de conductores con corriente, resumiendo un poco, esta ley describe la fuerza magnética entre dos circuitos con corriente.

Es valioso conocer los experimentos realizados por Faraday y el estudio de su ley, así como la de Lenz, pues sientan las bases para el cálculo cinemático, el movimiento relativo y la evaluación de los campos eléctricos.

14 preguntas

• 1.  ¿que es corriente eléctrica?

• 2.  ¿Qué es resistencia?

• 3.  ¿Qué es un semiconductor?

• 4.  ¿Qué es una fem?

• 5.  ¿Cuáles son los diferentes instrumentos de medición?

• 6.  ¿que es un campo magnético B?

• 7.  ¿ cual es la fuerza de Lorentz?

• 8.  ¿que es el ciclotrón?

• 9.  ¿que es el sincrotón?

• 10.  ¿que dice el efecto hall?

• 11.  ¿ que es el solenoide?

• 12.  ¿ que es el toroides?

• 13.  ¿ quien dio origen ala ley de inducción?

• 14.  ¿ cual es el principio de la ley de lenz?

14 Respuestas

• 1. es el flujo de electrones en un conductor

• 2. La diferencia de potencial entre los extremos de un conductor es directamente proporcional a la intensidad que circula por él. A la constante de proporcionalidad se le llama resistencia del conductor.

• 3. Un semiconductor es un componente que no es directamente un conductor de corriente, pero tampoco es un aislante, porque tiene cierto límite de resistencia por el tipo de impureza que tiene.

• 4. es cualquier dispositivo(batería o generador) que produce un campo eléctrico y que por lo tanto puede originar un movimiento en las cargas por un circuito.

• 5. el amperímetro, el voltímetro, potenciómetro.

• 6. Describimos al espacio alrededor de un imán permanente o de un conductor que conduce corriente como el lugar ocupado por un campo magnético.

• 7. Si tanto un campo eléctrico E como un campo magnético B actúan sobre una partícula cargada, la fuerza total sobre ella puede expresarse como F = qe + qv x B

• 8. El ciclotrón es un acelerador que produce haces de partículas cargadas energéticamente, las que pueden emplearse en experimentos de reacciones nucleares.

• 9. Las energías más elevadas se logran usando un acelerador con un diseño diferente, llamado sincrotrón. Un ejemplo es el sincrotrón de protones de 1000GeV del Fermi National Accelerator Laboratory; en lugar de un solo imán, un sincrotón usa muchos imanes individuales a lo largo de la circunferencia de un circulo; cada imán desvía al haz en un Angulo pequeño (0.1¼).

• 10.  En 1879, Edwin H. Hall llevo a cabo un experimento que permitió la medición directa del signo y la densidad del numero ( numero por unidad de volumen ) de los portadores de carga en un conductor. El efecto Hall desempeña un papel crítico en nuestra comprensión de la conducción eléctrica en los metales y semiconductores.

• 11. El solenoide suele utilizarse para crear un campo magnético uniforme, al igual que el capacitor de placas paralelas crea un campo eléctrico uniforme.

• 12.  es un solenoide doblado en forma de rosca, también se emplea para crear campos grandes.

• 13.  Michael faraday en Inglaterra en 1831 y por Joseph henry en usa casi al mismo tiempo.

• 14.  La FEM y la corriente inducidas poseen una dirección y sentido tal que tienden a oponerse a la variación que las produce".

Bibliografía y reseñas

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnetic/amplaw.html

http://www.lasalle.es/vina/contenidos/temasfisica/electromagnetismo/index.htm

http://www.physics.unomaha.edu/Sowell/Phys1120/Lectures/Chap20/FaradaysLaw/default.htmlhttp://physics.njit.edu/~cdenker/physics121_week12.pdf

(2) Física Re-Creativa, S. Gil y E. Rodriguez, 1ra. Ed., Argentina (2000).

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Enviado por:

Pablo Turmero