Tipos corrientes magnéticas

Introducción

 La presente experiencia trata sobre los tipos corrientes magnéticas, los cuales son los campos magnéticos como electromagnetismo e inductancia. Su objetivo principal es facilitar información para así conocer cómo actúan estos en movimiento y los métodos que se utilizan para calcular cada una de ellas, hay que mencionar que existen distintas leyes que nos ayuda a entenderlas mejor como es la ley de ampere de Gauss, y la ley de Lenz para el campo electromagnético entre otras.

Es importante saber que los campos magnéticos actúan sobre materiales magnéticos y sobre las partículas en movimiento, es decir cuando estos se desplazan una sobre la otra hacen una fuerza formando ángulos rectos con la velocidad de la partícula y la misma dirección del ángulo. Ósea que estás se atraen.

Para seguir entendiendo acerca del tema es necesario hablar acerca de los transformadores que son fenómenos de inducción son un dispositivo electromagnético que permiten aumentar la electricidad.

El campo magnético

DEFINICIÓN DEL VECTOR INDUCCIÓN:

Para definir cualquier campo magnético primero tenemos que definir la fuerza magnética que actúa sobre una carga. Esta fuerza de origen magnético, no electrostática ni mecánica se le denomina frecuentemente la fuerza de lorentz. Si esta fuerza la denominamos F y al vector de inducción magnética B, este se define como el vector que satisface a todas las velocidades V de la carga, quedándose el producto vectorial que se muestra a continuación:

F=q (VxB)

La dirección y el sentido de la fuerza se obtiene según las fuerzas del producto vectorial. Esta magnitud vectorial llamada B (inducción magnética), caracteriza el campo magnético del mismo modo del vector E caracteriza el campo eléctrico. Tenemos que el valor del módulo del vector de inducción magnética en un punto se define de la siguiente manera:

Ahora si F se expresa en newton q en colombios y V en metros/segundos, B se mediría en Weber/metro^2. Esto sería la inducción magnética de un campo en el cual carga de un culombio que se mueva con una componente de velocidad perpendicular al campo igual a un metro/segundo, está sometida a una fuerza de un newton.

Definición del campo magnético

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 una brújula 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 espectrógrafos de masas.

Fuerza magnética sobre una carga en movimiento

Sobre una carga eléctrica en movimiento que atraviese un campo magnético aparece una fuerza denominada Fuerza Magnética. Ésta modifica la dirección de la velocidad, sin modificar su módulo. El sentido se calcula por la regla de la mano derecha (índice = velocidad, mayor = campo, pulgar = fuerza, formando 90 grados entre cada uno de los tres dedos). El sentido de la fuerza es para cargas positivas. Si las cargas son negativas el sentido es el opuesto al obtenido con la regla de la mano derecha.

FUERZA MAGNÉTICA SOBRE UNA CORRIENTE:

Una corriente eléctrica es un conjunto de cargas en movimiento. Conocida ya la fuerza que el campo B ejerce sobre una única carga, calculamos ahora la fuerza sobre un conductor por el que circula una corriente.

FUERZA SOBRE UN CODUCTOR RECTILÍNEO:

Imaginemos un conductor rectilíneo de sección A por el que circula una corriente eléctrica I. La fuerza a la que se ve sometido cuando se encuentra en un campo B uniforme será la suma de la fuerza sobre todas las cargas.

Si n es el número de cargas q por unidad de volumen, y vd la velocidad de desplazamiento de las mismas, el número de cargas en un elemento de volumen de longitud l es:

Definimos el vector l como un vector de módulo la longitud del conductor y dirección y sentido el que indica la intensidad de corriente. Recordando la expresión de la intensidad I podemos escribir la fuerza como:

Por las propiedades del producto vectorial se deduce que:

Cuando el campo B es paralelo al conductor, la fuerza magnética ejercida sobre el conductor es nula.

Fuerza sobre un conductor de forma arbitraria

Si el conductor tiene sección constante pero una forma arbitraria y el campo no es uniforme, la fuerza se calcula mediante la integral, tomando un elemento diferencial de corriente según el sentido de la intensidad:

Aunque el conductor no sea rectilíneo, si el campo B es uniforme la expresión anterior se simplifica ya que se puede sacar B fuera de la integral. Entonces, según se aprecia en el dibujo, la fuerza total que B ejerce sobre el conductor de longitud l no rectilíneo es la misma que ejercería en caso de que el conductor fuera rectilíneo y uniera los puntos inicial (a) y final (b) del conductor (l´).

Flujo del campo magnético. Ley de ampere

El flujo del campo magnético se define de manera análoga al flujo del campo eléctrico.

Electromagnetismo

El electromagnetismo es la parte de la electricidad que estudia la relación entre los fenómenos eléctricos y los fenómenos magnéticos. Los fenómenos eléctricos y magnéticos fueron considerados como independientes hasta 1820, cuando su relación fue descubierta por casualidad.

Así, hasta esa fecha el magnetismo y la electricidad habían sido tratados como fenómenos distintos y eran estudiados por ciencias diferentes. Sin embargo, esto cambió a partir del descubrimiento que realizó Hans Chirstian Oersted , observando que la aguja de una brújula variaba su orientación al pasar corriente a través de un conductor próximo a ella. Los estudios de Oersted  sugerían que la electricidad y el magnetismo eran manifestaciones de un mismo fenómeno: las fuerzas magnéticas proceden de las fuerzas originadas entre cargas eléctricas en movimiento.

El electromagnetismo es la base de funcionamiento de todos los motores eléctricos y generadores eléctricos.

LEY DE BIOT Y SARVART:

En la que la integral se extiende a todo el recinto que contiene las fuentes del campo.

La ley de Biot-Savart es fundamental en magnetostática tanto como la ley de Coulomb lo es en electrostática.

LEY DE AMPERE:

La ley de Ampere tiene una analogía con el teorema de Gauss aplicado al campo eléctrico. De la misma forma que el teorema de Gauss es útil para el cálculo del campo eléctrico creado por determinadas distribuciones de carga, la ley de Ampere también es útil para el cálculo de campos magnéticos creados por determinadas distribuciones de corriente.

Tenemos que tener en cuenta que esto se cumple siempre y cuando las corrientes sean continuas, es decir, que no comiencen o terminen en algún punto finito.

Apliquemos la ley de Ampere a algunas distribuciones de corriente para poder comprender mejor su utilidad.

LÍNEAS DE INDUCCIÓN MAGNÉTICA:

Si cogemos un alambre de cobre o conductor de cobre, ya sea con forro aislante o sin éste, y lo movemos de un lado a otro entre los polos diferentes de dos imanes, de forma tal que atraviese y corte sus líneas de fuerza magnéticas, en dicho alambre se generará por inducción una pequeña fuerza electromotriz (FEM), que es posible medir con un galvanómetro, instrumento semejante a un voltímetro, que se utiliza para detectar pequeñas tensiones o voltajes.

Este fenómeno físico, conocido como "inducción magnética" se origina cuando el conductor corta las líneas de fuerza magnéticas del imán,  lo que provoca que las cargas eléctricas contenidas en el metal del alambre de cobre (que hasta ese momento se encontraban en reposo), se pongan en movimiento creando un flujo de corriente eléctrica. Es preciso aclarar que el fenómeno de inducción magnética sólo se produce cada vez que movemos el conductor a través de las líneas de fuerza magnética. Sin embargo, si mantenemos sin mover el alambre dentro del campo magnético procedente de los polos de los dos imanes, no se inducirá corriente alguna.

En esa propiedad de inducir corriente eléctrica cuando se mueve un conductor dentro de un campo magnético, se basa el principio de funcionamiento de los generadores de corriente eléctrica.

Ahora bien, si en vez de moverlo colocáramos el mismo conductor de cobre dentro del campo magnético de los dos imanes y aplicamos una diferencia de potencial, tensión o voltaje en sus extremos, como una batería, por ejemplo, el campo magnético que produce la corriente eléctrica alrededor del conductor al circular a través del mismo, provocará que las líneas de fuerza o campo magnético de los imanes lo rechacen. De esa forma el conductor se moverá hacia un lado o hacia otro, en dependencia del sentido de circulación que tenga la corriente, provocando que rechace el campo magnético y trate de alejarse de su influencia

Cuando aplicamos una diferencia de potencial, tensión o voltaje a un conductor y lo situamos dentro de las líneas de fuerza de un campo magnético, como el de dos imanes, por ejemplo, éste será rechazado hacia uno u otro lado, en dependencia del sentido de dirección que tenga la corriente que fluye por el conductor.

El campo magnético que se crea alrededor del alambre de cobre o conductor cuando fluye  la corriente eléctrica, hace que éste se comporte también como si fuera un imán y en esa propiedad se basa el principio de funcionamiento de los motores eléctricos.

En la actualidad la magnetita no se emplea como imán, pues se pueden fabricar imanes permanentes artificiales de forma industrial a menor costo.

En la actualidad se fabrican imanes permanentes artificiales, para su empleo, por ejemplo, en la fabricación de altavoces para equipos de audio, dinamos para el alumbrado en las bicicletas, pequeños motores para uso de juguetes o en equipos electrónicos, en la junta hermética de la puerta de los frigoríficos y, por supuesto, en la fabricación de brújulas.

CONDUCTORES PARALELOS:

Anteriormente se ha descrito la fuerza magnética que actúa sobre un conductor que transporta corriente cuando este se sitúa en un campo magnético externo. Puesto que una corriente en un conductor establece su propio campo magnético es sencillo entender que dos conductores que lleva corriente ejerce fuerzas magnéticas entre sí. Como se verá dichas fuerzas pueden utilizarse como la base para definir el ampere y el Coulomb.

Considere dos largos alambres paralelos rectos separados por una distancia a y que conduce las corrientes I1 y I2 en la misma dirección como se muestra en la figura 5.17. Se puede determinar la fuerza ejercida sobre un alambré debido a un campo magnético establecido por el otro alambré.

La dirección de F1 es hacia el alambre 2, pues lxB2 está en dicha dirección. Si se calcula el campo establecido en el alambre 2 por el alambre 1, la fuerza F2 que actúa sobre el alambre 2 es igual en magnitud y opuesta en dirección a F1. Esto es lo que se esperaba porque la tercera ley de newton se debe obedecer.

Cuando las corrientes están en direcciones opuestas, las fuerzas se invierten y los alambres se repelen uno a otro. Por tanto, se encuentra que conductores paralelos que llevan corrientes en la misma dirección se atraen entre si y conductores paralelos que portan corrientes en direcciones opuestas se repelen entre sí.

Ya que las magnitudes de las fuerzas son las mismas en ambos alambres la magnitud de la fuerza magnética entre los alambres se denota simplemente FB. Esta magnitud se puede describir en términos de la fuerza por unidad de longitud:

Puesto que esta definición está basada en una fuerza, es posible utilizar una medida mecánica para estandarizar el ampere. Por ejemplo el Instituto Nacional de Estándares y tecnología de estados unidos utiliza un instrumento llamado balanza de corriente para mediciones de corriente primaria . Estos resultados se utilizan luego para estandarizar otros instrumentos más convencionales como los amperímetros.

La unidad de carga del SI, el Coulomb se define en términos del ampere:

Cuando un conductor lleva una corriente estable de 1A, la cantidad de carga que fluye por la sección transversal del conductor en 1 s es 1C.

Al derivar las ecuaciones 5.16 y 5.17 se supuso que ambos alambres eran largos con su distancia de separación. De hecho solo un alambre necesita ser largo. Las ecuaciones describen con precisión las fuerzas ejercida mutuamente por un alambre largo y un alambre paralelo recto de longitud limitada l.

Ley de Lenz

La ley de Lenz para el campo electromagnético relaciona cambios producidos en el campo eléctrico en un conductor con la variación de flujo magnético en dicho conductor, y afirma que las tensiones o voltajes inducidos sobre un conductor y los campos eléctricos asociados son de un sentido tal que se oponen a la variación del flujo magnético que las induce. Esta ley se llama así en honor del físico germano-báltico Heinrich Lenz, quien la formuló en el año 1834. En un contexto más general que el usado por Lenz, se conoce que dicha ley es una consecuencia más del principio de conservación de la energía aplicado a la energía del campo electromagnético

La Ley de Lenz nos va a dar el sentido de la corriente eléctrica inducida. Ya has visto anteriormente la regla de la mano izquierda, ahora vamos a ver la "regla de la mano derecha". El siguiente esquema te ayudará.

La ley de Lenz es necesaria para la conservación de energía. Si la corriente, en los experimentos anteriores, tuviera dirección opuesta, el imán sería atraído hacia la espira, ¡ganando energía cinética! Se podría usar la mayor energía cinética del imán para efectuar trabajo y al mismo tiempo usar la fem inducida para hacer trabajar maquinas eléctricas. La repetición del proceso produciría una energía libre infinita, cosa que es, imposible.

Puesto de otra manera, se debe efectuar un trabajo sobre el sistema para producir energía. Si la espira tiene una resistencia R, en ella se produce energía térmica a una razón de I2R (efecto Joule). En consecuencia, se tiene que empujar el imán hacia la espira venciendo la fuerza que se opone, y se efectúa trabajo a una razón.

LEY DE FARADAY:

Experimento de Faraday que muestra la inducción entre dos espiras de cable: La batería (derecha) aporta la corriente eléctrica que fluye a través de una pequeña espira (A), creando un campo magnético. Cuando las espiras son estacionarias, no aparece ninguna corriente inducida. Pero cuando la pequeña espira se mueve dentro o fuera de la espira grande (B), el flujo magnético a través de la espira mayor cambia, induciéndose una corriente que es detectada por el galvanómetro (G).1

La ley de inducción electromagnética de Faraday (o simplemente ley de Faraday) establece que el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito como borde:

Esta ley fue formulada a partir de los experimentos que Michael Faraday realizó en 1831. Esta ley tiene importantes aplicaciones en la generación de electricidad.

FENÓMENO DE INDUCCIÓN:

La inducción electromagnética es la producción de corrientes eléctricas por campos magnéticos variables con el tiempo. El descubrimiento por Faraday y Henry de este fenómeno introdujo una cierta simetría en el mundo del electromagnetismo. Maxwell consiguió reunir en una sola teoría los conocimientos básicos sobre la electricidad y el magnetismo. Su teoría electromagnética predijo, antes de ser observadas experimentalmente, la existencia de ondas electromagnéticas. Hertz comprobó su existencia e inició para la humanidad la era de las telecomunicaciones.

El descubrimiento, debido a Oersted, de que una corriente eléctrica produce un campo magnético estimuló la imaginación de los físicos de la época y multiplicó el número de experimentos en busca de relaciones nuevas entre la electricidad y el magnetismo. En ese ambiente científico pronto surgiría la idea inversa de producir corrientes eléctricas mediante campos magnéticos. Algunos físicos famosos y otros menos conocidos estuvieron cerca de demostrar experimentalmente que también la naturaleza apostaba por tan atractiva idea. Pero fue Faraday el primero en precisar en qué condiciones podía ser observado semejante fenómeno.

En el presente laboratorio se quiere estudiar estos descubrimientos realizados durante décadas y que hoy son utilizados en la vida práctica.

CAMPO MAGNÉTICO VARIABLE CON EL TIEMPO

Un campo electromagnético dependiente del tiempo es un campo generado por una distribución no estacionaria de cargas móviles. Para un campo de ese tipo, es necesario contar con las contribuciones de las derivadas parciales respecto al tiempo de todas las magnitudes en las ecuaciones de comportamiento.

Otra peculiaridad de este tipo de campos, es que no existen campos eléctricos puros o magnéticos puros, sino que cualquier campo electromagnético variable presentará los dos tipos de campo. Es decir, para un campo electromagnético variable no es posible encontrar un observador que sólo detecte uno de los dos campos (excepto quizás en un instante dado). Una consecuencia de esta coocurrencia de los dos campos es la ley de Faraday que afirma que un campo magnético variable induce un campo eléctrico. E igualmente, Maxwell predijo que un campo eléctrico variable induce un campo magnético. Este apoyo mutuo del uno al otro, esto es, un campo magnético que produce un campo eléctrico y un campo eléctrico que produce un campo magnético, resultados en el fenómeno de propagación de onda. La predicción de ondas electromagnéticas y los subsecuentes del uso exitoso de estas ondas en sistemas de la comunicación sea un clímax excelente a los siglos de exploración y experimentación que lo precedieron.

MODIFICACIÓN DE LAS ECUACIONES DE EL CAMPO ESTÁTICO BAJO CONDICIONES VARIANTES EN EL TIEMPO:

Antes de presentar las ecuaciones generales para el campo electromagnético que varía con el tiempo, resumiremos las ecuaciones básicas que gobiernan la eléctrica estática, campos magnéticos y el campo de flujo de corriente estacionaria. Varias opciones equivalentes son posibles, pero las ecuaciones siguientes son escogidas porque muestran la propiedad del irrotational del campo electrostático, la propiedad de la divergencia del magnetostático y campos de flujo corrientes estacionarias claramente.

MOVIMIENTO RELATIVO:

El movimiento siempre es un concepto relativo porque debe referirse a un sistema de referencia o referencial particular escogido por el observador. Puesto que diferentes observadores pueden utilizar referenciales distintos, es importante relacionar las observaciones realizadas por aquellos.

Una partícula se encuentra en movimiento en un referencial si su posición con respecto a él cambia en el transcurso del tiempo; en caso contrario, la partícula está en reposo en dicho referencial. De estas definiciones, vemos que tanto el concepto de movimiento como el de reposo son relativos. Así, el pasajero que está sentado en un vagón de ferrocarril se encuentra en reposo con respecto al vagón; pero como el tren se mueve con respecto a la Tierra, el pasajero se encuentra en movimiento con respecto a los árboles que observa desde el tren. A su vez, esos árboles están en reposo respecto de la Tierra, pero en movimiento respecto del pasajero del tren.

A efectos prácticos, podemos distinguir dos modalidades de movimiento relativo:

MOVIMIENTO RELATIVO ENTRE DOS PARTÍCULAS EN UN MISMO REFERENCIAL:

De modo que obtendremos la velocidad relativa entre las dos partículas restando vectorialmente sus velocidades con respecto a un mismo referencial.

Derivando de nuevo las expresiones (5) tenemos para las aceleraciones relativas

Siguiéndose para las aceleraciones relativas la misma regla que para las velocidades.

MOVIMIENTO RELATIVO DE UNA PARTÍCULA EN DOS REFERENCIALES:

En este caso, el movimiento relativo hace referencia al que presenta una partícula con respecto a un sistema de referencia (xyz), llamado referencial relativo o móvil por estar en movimiento con respecto a otro sistema de referencia (XYZ) considerado como absoluto  referencial o fijo.

El movimiento de un referencial respecto al otro puede ser una traslación, una rotación o una combinación de ambas (movimiento rototraslatorio).

Velocidad

Que coincide con la velocidad correspondiente un punto de un sólido rígido en movimiento.

Podemos expresar la velocidad de la partícula en el referencial fijo en la forma

Que coincide con la aceleración correspondiente un punto de un sólido rígido en movimiento.

Podemos expresar la aceleración de la partícula en el referencial fijo en la forma

Inductancia

Llamaremos inductancia al campo magnético que crea una corriente eléctrica al pasar a través de una bobina de hilo conductor enrollado alrededor de la misma que conforma un inductor. Un inductor puede utilizarse para diferenciar señales cambiantes rápidas o lentas. Al utilizar un inductor con un condensador, la tensión del inductor alcanza su valor máximo a una frecuencia dependiente de la capacitancia y de la inductancia.

La inductancia se representa por la letra L, que en un elemento de circuito se define por:eL = L di/dt

La inductancia depende de las características físicas del conductor y de la longitud del mismo. Si se enrolla un conductor, la inductancia aumenta. Con muchas espiras (vueltas) se tendrá más inductancia que con pocas. Si a esto añadimos un núcleo de ferrita, aumentaremos considerablemente la inductancia.

La energía almacenada en el campo magnético de un inductor se calcula según la siguiente formula: W = I² L/2…

Siendo:

W = energía (julios);

I = corriente (amperios;

L = inductancia (henrios) [1].

CÁLCULO DE INDUCTANCIA:

El Cálculo de la inductancia: La inductancia de una bobina con una sola capa bobinada al aire puede ser calculada aproximadamente con la fórmula simplificada siguiente: L (microH)=d².n²/18d+40 l

Siendo:

L = inductancia (microhenrios);

d = diámetro de la bobina (pulgadas);

l = longitud de la bobina (pulgadas);

n = número de espiras o vueltas.

Ejemplo:

Se tiene una bobina de 32 espiras, 13 vueltas por centímetro y 25 mm de diámetro. ¿Cuál será su inductancia?

- a = 25 mm / 2 = 1.25 centímetros

- b = 32 / 13 = 2.46

- n = 32

Entonces: L = (0.393 x 1.252 x 322) / (9 x 1.25 + 10 x 2.46) = 17.54 uHenrios [2]

CIRCUITO RL:

Los circuitos RL son aquellos que contienen una bobina (inductor) que tiene autoinductancia, esto quiere decir que evita cambios instantáneos en la corriente. Siempre se desprecia la autoinductancia en el resto del circuito puesto que se considera mucho menor a la del inductor. [4]

En un tiempo igual a cero, la carga en el condensador es máxima y la energía almacenada en el campo eléctrico entre las placas es U = Q2máx/(2C). Después de un tiempo igual a cero, la corriente en el circuito comienza a aumentar y parte de la energía en el condensador se transfiere al inductor. Cuando la carga almacenada en el condensador es cero, la corriente es máxima y toda la energía está almacenada en el campo eléctrico del inductor. Este proceso se repite de forma inversa y así comienza a oscilar.En un tiempo determinado, la energía total del sistema es igual a la suma de las dos energías (inductor y condensador): U = Uc + UL

U = [ Q2/(2C)] + ( LI2/2 )

ENERGÍA Y CAMPO MAGNÉTICO:

Las fuerzas características de los imanes se denominan fuerzas magnéticas. El desarrollo de la física amplió el tipo de objetos que sufren y ejercen fuerzas magnéticas. Las corrientes eléctricas y, en general, las cargas en movimiento se comportan como imanes, es decir, producen campos magnéticos. Siendo las cargas móviles las últimas en llegar al panorama del magnetismo han permitido, sin embargo, explicar el comportamiento de los imanes, esos primeros objetos magnéticos conocidos desde la antigüedad.

El campo magnético: no es más que la región del espacio en la que se manifiestan los fenómenos magnéticos. Estos actúan según unas imaginarias "líneas de fuerza": éstas son el camino que sigue la fuerza magnética conocidas también como líneas de flujo magnético (este campo se traduce en unas líneas de fuerza y dos polos de los que parten estas líneas conocidas como bipolar).La intensidad o dirección del campo magnético en un determinado punto cercano al anillo de corriente viene dado por H, una magnitud vectorial.La evidencia más familiar de magnetismo es que la fuerza atractiva o repulsiva observó para actuar entre los materiales magnéticos como hierro. Se encuentran los efectos más sutiles de magnetismo, sin embargo, en toda la materia. Estos efectos han proporcionado las pistas importantes a la estructura atómica de materia.

ENERGÍA DEL CAMPO MAGNÉTICO:

Para mantener una corriente en un circuito es necesario suministrar energía. La energía suministrada por la batería en la unidad de tiempo es V0· i. Esta energía se disipa, en la resistencia por efecto Joule y se acumula en la autoinducción en forma de energía magnética. De la ecuación del circuito

iR=V0+VLMultiplicando ambos miembros por la intensidad i.

Propiedades magnéticas de la materia: El número de líneas de campo eléctrico que salen de la superficie depende sólo de la carga neta dentro de ella. Esta propiedad se basa en parte en el hecho de que las líneas de campo eléctrico se originan en cargas eléctricas.

La situación es bastante diferente para campos magnéticos, los cuales son continuos y forman lazos cerrados. Las líneas de campo magnético creadas por corrientes no empiezan o terminan en ningún punto. Las líneas de campo magnético del imán de barra, ilustran lo anterior. Advierta que para cualquier superficie cerrada, el número de líneas que entran en la superficie es igual al número que sale de la misma, por lo que el flujo magnético neto es cero. Esto contrasta con el caso de una superficie que rodea a una carga de un dipolo eléctrico, donde el flujo eléctrico neto no es cero.

La ley de gauss del magnetismo establece que "El flujo magnético a través de cualquier superficie cerrada siempre es cero"

Este enunciado se basa en el hecho experimental de que polos magnéticos aislados (o monopolos) nunca se han detectado e incluso no existan.

Propiedades magnéticas de los materiales

Materiales Magnéticos: estos materiales son aquellos que poseen una forma especializada de energía que está relacionada con la radiación electromagnética, y sus propiedades y estructura se distinguen de los demás por las características magnéticas que poseen.

Diamagnéticos: los materiales diamagnéticos son `débilmente repelidos' por las zonas de campo magnético elevado. Cuando se someten a un campo, los dipolos se orientan produciendo campos magnéticos negativos, contrarios al campo aplicado. Los valores de susceptibilidad de estos materiales, es pequeña y negativa y su permeabilidad próxima a la unidad. También estos materiales son una forma muy débil de magnetismo, la cual es no permanente y persiste no solamente cuando se aplica un campo externo.

Paramagnéticos: los materiales paramagnéticos son débilmente atraídos por las zonas de campo magnético intenso. Se observa frecuentemente en gases. Los momentos dipolares se orientan en dirección al campo, y tiene permeabilidades próximas a la unidad y su susceptibilidad es pequeña pero positiva. Este efecto desaparece al dejar de aplicar el campo magnético. Es decir que el paramagnetismo se produce cuando las moléculas de una sustancia tienen un momento magnético permanente. El campo magnético externo produce un momento que tiende a alinear los dipolos magnéticos en la dirección del campo. La agitación térmica aumenta con la temperatura y tiende a compensar el alineamiento del campo magnético. En las sustancias paramagnéticas la susceptibilidad magnética es muy pequeña comparada con la unidad.

Ferromagnéticos: se caracterizan por ser siempre metálicos, y su intenso magnetismo no es debido a los dipolos. Este magnetismo puede ser conservado o eliminado según se desee, los 3 materiales ferromagnéticos son el hierro, el cobalto y el níquel. La causa de este magnetismo son los electrones desapareados de la capa 3d, que presentan estos elementos. Como se ha indicado, los materiales ferromagnéticos afectan drásticamente las características de los sistemas en los que se los usa. Los materiales ferromagnéticos no son `lineales'.

Ferrimagnéticos: es la base de la mayoría de los imanes metálicos de utilidad, los materiales magnéticos cerámicos se basan en un fenómeno ligeramente diferente. En cuanto a la histéresis, el comportamiento es básicamente el mismo. Sin embargo, la estructura cristalina de la mayoría de los materiales magnéticos cerámicos comunes implica un emparejamiento antiparalelo de los spines de los electrones, reduciendo por tanto el movimiento magnético neto que es posible alcanzar en los metales. Este fenómeno se distingue del ferromagnetismo mediante un nombre ligeramente diferente denominándose ferrimagnetismo.

Introducción a los circuitos en corriente alterna

Un circuito de corriente alterna consta de una combinación de elementos (resistencias, capacidades y autoinducciones) y un generador que suministra la corriente alterna.Una fem alterna se produce mediante la rotación de una bobina con velocidad angular constante dentro de un campo magnético uniforme producida entre los polos de un imán.v=V0 sen (w t)

Para analizar los circuitos de corriente alterna, se emplean dos procedimientos, uno geométrico denominado de vectores rotatorios y otro, que emplea los números complejos.

Un ejemplo del primer procedimiento, es la interpretación geométrica del Movimiento Armónico Simple como proyección sobre el eje X de un vector rotatorio de longitud igual a la amplitud y que gira con una velocidad angular igual a la frecuencia angular.Mediante las representaciones vectoriales, la longitud del vector representa la amplitud y su proyección sobre el eje vertical representa el valor instantáneo de dicha cantidad. Los vectores se hacen girar en sentido contrario a las agujas del reloj.

Con letras mayúsculas representaremos los valores de la amplitud y con letras minúsculas los valores instantáneos.

CIRCUITOS LRC:

El circuito LRC serie reúne las características de la mayoría de circuitos de corriente alterna.

Dicho circuito está formado por una resistencia, un condensador y una bobina conectados en serie a

Un generador de corriente alterna. En un circuito de corriente alterna de este tipo, tanto la intensidad de corriente como la diferencia de potencial entre bornes de sus elementos evolucionan de forma oscilatoria, caracterizados por una amplitud y una fase. De forma Análoga a como ocurre en corriente continua con la ley de Ohm, se puede observar que la tensión eficaz (magnitud proporcional a la amplitud, que es la medida por un voltímetro) que suministra el generador es proporcional a la intensidad eficaz de corriente alterna que atraviesa el circuito, siendo la constante de proporcionalidad la llamada impedancia del circuito. Se sabe que para este circuito RCL serie la impedancia vale:

Por tanto, la impedancia de un circuito es función de la pulsación de la señal alterna aplicada enbornes del circuito.

Transformadores

Disminuir el voltaje y la intensidad de una corriente alterna de forma tal que su producto permanezca constante (ya que la potencia que se entrega a la entrada de un transformador ideal, esto es, sin pérdidas, tiene que ser igual a la que se obtiene a la salida).

Los fenómenos de la autoinducción y de la inducción mutua constituyen el fundamento del Se denomina transformador a un dispositivo electromagnético que permite aumentar o transformador eléctrico, un aparato que permite elevar o reducir tensiones alternas. Un transformador consta, en esencia, de dos bobinas arrolladas a un mismo núcleo de hierro. La bobina o arrollamiento donde se aplica la f.e.m. alterna exterior recibe el nombre de primario y la bobina en donde aquélla aparece ya transformada se denomina secundario.

Cuando al primario se le aplica una fuerza electromotriz alterna, el flujo magnético variable que produce atraviesa tanto al primario como al secundario. Si N1 es el número de espiras del primario y N2 el del secundario, de acuerdo con la ley de Faraday-Henry, resultará para el primario la fuerza electromotriz autoinducida:

La expresión (12.4) indica que estando el circuito secundario abierto la relación entre la tensión aplicada en el primario y la tensión transformada disponible en los bornes del secundario, coincide con el cociente de sus respectivos números de espiras. Este cociente N1/N2recibe el nombre de relación de transformación. Según sea la transformación deseada, así habrá de ser la relación entre el número de espiras de los dos arrollamientos. En los elevadores (V1 <> V2) sucede lo contrario.En los transformadores comerciales el rendimiento es muy elevado, lo que significa que se pierde poca energía en el proceso de transformación. En tal supuesto la potencia eléctrica en el primario puede considerarse aproximadamente igual que en el secundario, es decir:

V1/I1 = V2/I2

Esta propiedad de la transformación eléctrica explica el hecho de que la energía eléctrica se transporte en líneas de alta tensión y baja intensidad de corriente. En las estaciones transformadoras situadas cerca de los núcleos de consumo, es posible convertirla, de acuerdo con la anterior expresión, en otra de menor tensión y mayor intensidad con poca pérdida de potencia. El transporte a baja intensidad reduce considerablemente las pérdidas en forma de calor (efecto Joule) a lo largo del trayecto que separa las centrales eléctricas de las ciudades.

Conclusión

El vector que satisface a todas las velocidades de la carga magnética es la fuerza de Lorentz. Se puede decir que la mayor fuerza de un imán se encuentra en sus extremos. Por ejemplo en un mapa terráqueo podemos notar que su forma es un poco achatada esto se debe a que en sus extremos se encuentra su mayor fuerza y está al girar sus polos ejercen una fuerza de atracción que le dan esa forma.

Si hablamos del electromagnetismo consideremos esta la que estudia las relaciones entre la electricidad y el magnetismo, aunque estos dos fenómenos son considerados distintos para Oested su estudio a través de una aguja eran considerados manifestaciones de un mismo origen.