En el SI. Solo se diferencian en medios materiales con el fenómeno de la magnetización.
Fuentes del campo magnético
Un campo magnético tiene dos fuentes que lo originan. Una de ellas es una corriente eléctrica de convección, que da lugar a un campo magnético estático. Por otro lado una corriente de desplazamiento origina un campo magnético variante en el tiempo, incluso aunque aquella sea estacionaria.
La relación entre el campo magnético y una corriente eléctrica está dada por la ley de Ampere. El caso más general, que incluye a la corriente de desplazamiento, lo da la ley de Ampere-Maxwell.
CAMPO MAGNÉTICO PRODUCIDO POR UNA CARGA PUNTUAL
El campo magnético generado por una única carga en movimiento (no por una corriente eléctrica) se calcula a partir de la siguiente expresión:
Dónde:
Esta última expresión define un campo vectorial solenoidal, para distribuciones de cargas en movimiento la expresión es diferente, pero puede probarse que el campo magnético sigue siendo un campo solenoidal.
Propiedades del campo magnético
La inexistencia de cargas magnéticas lleva a que el campo magnético es un campo solenoidal lo que lleva a que localmente puede ser derivado de un potencial vector
es decir:A su vez este potencial vector puede ser relacionado con el vector densidad de
corriente mediante la relación:
Inexistencia de cargas magnéticas aisladas
Cabe destacar que, a diferencia del campo eléctrico, en el campo magnético no se ha comprobado la existencia monopolos magnéticos, sólo dipolos magnéticos, lo que significa que las líneas de campo magnético son cerradas, esto es, el número neto de líneas de campo que entran en una superficie es igual al número de líneas de campo que salen de la misma superficie. Un claro ejemplo de esta propiedad viene representado por las líneas de campo de un imán, donde se puede ver que el mismo número de líneas de campo que salen del polo norte vuelve a entrar por el polo sur, desde donde vuelven por el interior del imán hasta el norte.
Fig. N° 02: Campo magnético producido por una intensidad de corriente
Como se puede ver en el dibujo, independientemente de que la carga en movimiento sea positiva o negativa, en el punto A nunca aparece campo magnético; sin embargo, en los puntos B y C el campo magnético invierte su sentido dependiendo de si la carga es positiva o negativa. El sentido del campo magnético viene dado por la regla de la mano derecha, siendo las pautas a seguir las siguientes:
En primer lugar se imagina un vector qv, en la misma dirección de la trayectoria de la carga en movimiento. El sentido de este vector depende del signo de la carga, esto es, si la carga es positiva y se mueve hacia la derecha, el vector +qv estará orientado hacia la derecha. No obstante, si la carga es negativa y se mueve hacia la derecha, el vector es -qv va hacia la izquierda.
A continuación, vamos señalando con los cuatro dedos de la mano derecha (índice, medio, anular y meñique), desde el primer vector qv hasta el segundo vector Ur, por el camino más corto o, lo que es lo mismo, el camino que forme el ángulo menor entre los dos vectores. El pulgar extendido indicará en ese punto el sentido del campo magnético.
Unidades
La unidad de B en el SI es el tesla, que equivale a wéber por metro cuadrado (Wb/m²) o a voltio segundo por metro cuadrado (V s/m²); en unidades básicas es kg s-2 A-1. Su unidad en sistema de Gauss es el gauss (G); en unidades básicas es cm-1/2 g1/2 s-1.
La unidad de H en el SI es el amperio por metro (A/m) (a veces llamado ampervuelta por metro). Su unidad en el sistema de Gauss es el oérsted (Oe), que es dimensionalmente igual al Gauss
Materiales y equipos
Limaduras de hierro
Imanes
Un papel
Un salero para rellenar con las limaduras de hierro y poder espolvorear más fácilmente
PROCEDIMIENTO
a. Colocamos en un papel bond por encima de un imán rectangular y marcamos con un lápiz la forma del imán en el papel, luego rociamos por encima del papel limaduras de hierro.
Fig. N° 03: Representación grafica del experimento A
b. Colocamos en un papel bond por encima de dos imanes rectangular y marcamos con un lápiz la forma del imán en el papel, luego rociamos por encima del papel limaduras de hierro.
Fig. N° 04: Representación grafica del experimento B
c. Colocamos en un papel bond por encima de dos imanes rectangular y marcamos con un lápiz la forma del imán en el papel, luego rociamos por encima del papel limaduras de hierro.
Fig. N° 05: Representación grafica del experimento C
Resultados
EXPERIMENTO A
Fig. N° 06: Líneas mostrando el campo magnético de un imán de barra, producidas por limaduras de hierro sobre papel (experiencia A).
EXPERIMENTO B
Fig. N° 07: Líneas mostrando el campo magnético de un imán de barra, producidas por limaduras de hierro sobre papel (experiencia B).
EXPERIMENTO C
Fig. N° 08: Líneas mostrando el campo magnético de un imán de barra, producidas por limaduras de hierro sobre papel (experiencia C).
Cuestionario
1. ¿Qué es un imán?
Los materiales que tienen un campo magnético más notable que la mayoría se denominan imanes. Un imán puede ser natural o formado magnetizando un material con propiedades magnéticas como lo es el hierro. Un material (cuyas propiedades lo permitan) se magnetiza acercándolo a un campo magnético (por ejemplo a otro imán). Los imanes tienen dos polos llamados Norte y Sur. Si se divide un imán, éste vuelve a tener nuevamente dos polos.
Fig. N° 09: Representación grafica de un imán
2. Indique las propiedades de un IMAN y diversos tipos de imanes
PROPIEDADES
Los imanes atraen algunas sustancias llamadas sustancias magneticas como el acero y el hierro en cambio no atraen a otras como la arena el cobre y la madera
Los imanes tiene dos polos llamados norte y sur los polos del mismo nombre se repelen y de distinto se atraen.
Si se aproxima una varilla de hierro a un imán se induce y adquiere propiedades magnéticas.Con el calor se pierden las propiedades magnéticas.
La fuerza ejercida por un polo magnético sobre otro varía de forma inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos.
Si el imán tiene forma de varilla y se parte, cada trozo se convierte en un nuevo imán.Los imanes poseen dos zonas en las que se concentra la fuerza que ejercen, estas zonas son los extremos del imán y reciben el nombre de polos magnéticos, norte y sur. Los polos del mismo nombre se repelen y los polos opuestos se atraen. Compruébalo.Los polos de un imán no se pueden aislar, es decir, si partes por la mitad un imán, obtienes dos imanes, cada uno con su polo norte y polo sur respectivo. La tierra es un imán natural, el polo Norte geográfico es un polo sur magnético y el polos Sur geográfico es un polo norte magnético; en esta propiedad está basado el funcionamiento de la brújula.
Un imán puede perder su imantación de dos formas:
aplicando el frotamiento en sentido contrario o invirtiendo el sentido de la corriente, según sea el método que se usó para imanarlo.
aplicándole calor.
TIPOS DE IMANES
Existen tres tipos de imanes:
Imanes naturales. La magnetita es un potente imán natural, tiene la propiedad de atraer todas las sustancias magnéticas. Su característica de atraer trozos de hierro es natural. Esta compuesta por óxido de hierro. Las sustancias magnéticas son aquellas que son atraídas por la magnetita.
Imanes artificiales permanentes. Son las sustancias magnéticas que al frotarlas con la magnetita, se convierten en imanes, y conservan durante mucho tiempo su propiedad de atracción.
Imanes artificiales temporales. Aquellos que producen un campo magnético sólo cuando circula por ellos una corriente eléctrica. Un ejemplo es el electroimán.
3. Características del imán
Se orientan en una dirección específica del espacio cuando son suspendidos adecuadamente. Si colgamos cualquier imán en el espacio por medio de un hilo se observa que adquiere una orientación especial: una parte del imán se orienta aproximadamente hacia el norte geográfico y la otra se orienta hacia el Sur. El lado que se orienta hacia el norte se denomina polo norte del imán y el lado que se orienta hacia el sur se denomina polo Sur. Esta característica dio origen a la Brújula, instrumento construido con una pequeña aguja imantada que puede girar alrededor de un eje de rotación que pasa por su centro geométrico.
Los imanes poseen dos zonas llamadas polos del imán, las cuales presentan una fuerte propiedad atractiva o repulsiva dependiendo del objeto con el que interactúan.
Fig. N° 10: Diagrama de atracción y repulsión entre imanes
Poseen una zona intermedia donde las propiedades atractivas sobre los materiales ferromagnéticos se debilitan, esta es la zona neutra del imán. Como se puede ver en la siguiente figura, en esa zona no hay clavos.
Fig. N° 11: Propiedades atractivas de los imanes
Si se fracturan en dos partes se obtienen dos imanes de nuevo. Hasta ahora no ha sido posible separar los polos de un imán y aislarlos, los imanes son siempre bipolares y por esta razón en magnetismo, se habla siempre de dipolos magnéticos.
Fig. N° 12: Bipolaridad de los imanes
Pierden la propiedad de atraer cuando se calientan a cierta temperatura. Existe una temperatura donde el magnetismo desaparece. El clavo de hierro que es atraído por el imán en la figura, pierde su imantación al ser calentado con el mechero a 770°C.
Fig. N° 13: Desmagnetización de un imán
Conclusiones
Las líneas de campo magnético en un imán se extienden en el espacio, partiendo del polo norte del imán hacia el polo sur.
Cuando más cercanas sean las líneas de fuerza y sea mayor el número de ellas, más intenso será el campo magnético.
Bibliografía
http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico
http://www.fisicapractica.com/imanes-magnetismo.php
http://www.rena.edu.ve/TerceraEtapa/Fisica/Magnetismo.html
http://www.fisicanet.com.ar/fisica/magnetismo/ap04_campo_magnetico.php
Autor:
Victor Manuel Blas Reyes
Ing. En Energía -UNS
Laboratorio de física
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