Teoría electromagnética

Teoría electromagnética

1. Justificación
2. Objetivos
3. Propiedades magnéticas de la materia
4. Monopolos Magnéticos
5. Circuito RL
6. Almacenamiento de energía en un campo magnético
7. La densidad de energía y el campo magnético
8. Potencia en los circuitos de CA
9. El transformador
10. Campos magnéticos inducidos y la corriente de desplazamiento
11. Las ondas electromagnéticas
12. Tipos de imanes
14. Bibliografía
15. 14 preguntas y respuestas

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 electromagnética. 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 estructura atómica de la materia.

En este Tercer trabajo veremos temas nuevos en los cuales se abordan en Teoría Electromagnética III los cuales son: propiedades magnéticas de la materia, la inductancia, circuitos de corriente alterna, ecuaciones de Maxwell, ondas electromagnéticas, características físicas de los imanes.

Justificación

Comenzamos aplicando la Ley de Gauss en el magnetismo, después continuamos con un pequeño análisis de los momentos magnéticos debidos a electrones. Las fuerzas mutuas entre estos momentos de dipolo magnético y su interacción con un campo magnético externo son de importancia fundamental para entender el comportamiento de materiales magnéticos. Analizaremos la magnetización y describiremos tres categorías de materiales: paramagnéticos, diamagnéticos y ferromagnéticos.

Es importante manejar el conocimiento que encierra la inductancia, sus aplicaciones y la trascendencia en la vida cotidiana y tecnológica. Como también lo es entender el funcionamiento de infinidad de aparatos que apoyados o basados totalmente en la inductancia, permiten solucionar problemas concretos.

Cuando se hace oscilar un conductor en un campo magnético, el flujo de corriente en el conductor cambia de sentido tantas veces como lo hace el movimiento físico del conductor. Varios sistemas de generación de electricidad se basan en este principio, y producen una forma de corriente oscilante llamada corriente alterna. Esta corriente tiene una serie de características ventajosas en comparación con la corriente continua, y suele utilizarse como fuente de energía eléctrica tanto en aplicaciones industriales como en el hogar.

En este capítulo nos vamos a enfocar a la corriente alterna para hacer una comparación con el capítulo de corriente continua este tipo de corriente es muy importante que lo analicemos para entender mejor las clases de circuitos eléctricos y electrónica.

Es sumamente importante conocer las ecuaciones de Maxwell para entender las ondas electromagnéticas, y sus aplicaciones en la óptica, las telecomunicaciones, la electrónica, las transmisiones del radio y TV, los motores electromecánicos los microondas, entre otras cosas.

En mecánica clásica y en termodinámica hemos tratado de obtener el conjunto mínimo y más compacto de ecuaciones o leyes que nos permitieron analizar el comportamiento de los sistema físicos. En la mecánica clásica, las tres leyes del movimiento de Newton proporcionan el marco o el sistema de referencia. En termodinámica se emplean las tres leyes (llamada cero, uno y dos) para interpretar una amplia variedad de experimentos. Las ecuaciones básicas del electromagnético, las ecuaciones hemos tratado por separado en capítulos anteriores, se conocen como las ecuaciones de Maxwell, en honor del físico escocés James Clerk Maxwell (1831-1879), quien fue el primero en hacer de las ecuaciones que formaron parte de una teoría simétrica y amplia del electromagnetismo. En este capitulo resumimos las ecuaciones de Maxwell y demostramos que un argumento basado en la simetría conduce a un termino importante faltante en unas de nuestras ecuaciones previas. En él capitulo que sigue a este demostraremos lo sumamente importantes que son esas ecuaciones, incluyendo al termino adicional, para entender las ondas electromagnéticas, de allí traer los dominios del electromagnetismo la óptica, las transmisiones del radio y TV, los hornos de microondas y los trenes de suspendidos magnéticamente.

Las Ondas Electromagnéticas se encuentran presentes en cada ambiente donde la alternación de corriente eléctrica es generada. Luz eléctrica representa solo una pequeña porción del espectrum electromagnético que varia desde iones de radiación (ejemplo: Rayos X – Rayos Gamma) hasta iones de no radiación, ondas electromagnéticas de extremadamente baja frecuencia. En realidad, entre estos dos extremos, otros tipos de ondas electromagnéticas están presentes. Estas incluyen frecuencias de radiosondas infrarrojas, luz visible, microondas y rayos ultravioleta. Ondas electromagnéticas también se encuentran naturalmente en el medio ambiente: el sol, los planetas y estrellas, todos irradian ondas electromagnéticas que afectan la vida en el planeta en formas diferentes. Así como otros tipos de energía, ondas electromagnéticas tienen propiedades como duración amplitud, frecuencia y fuerza. La energía que irradia cada aparato disminuye proporcionalmente al incrementar la distancia del mismo aparato.

El uso incrementado de aparatos eléctricos y electrónicos esta incrementando el nivel de ondas electromagnéticas en nuestro medio ambiente. Debido a esto estamos enfrentando un incremento en las preocupaciones acerca del potencial y peligroso impacto en el medio ambiente y nuestra salud personal.

¿Cuales son los efectos de los hornos microondas, computadoras, teléfonos inalámbricos, teléfonos celulares, busca personas, radio transmisores, torres de energía eléctrica y las poderosas estaciones de transmisiones en nuestras vidas? La respuesta solo puede ser encontrada al entender más claramente las propiedades de las ondas electromagnéticas y sus efectos en el cuerpo humano.

En nuestra carrera es importante tener bien claro el efecto de las ondas electromagnéticas que son el alma de gran parte de las tecnologías de comunicación con las que contamos actualmente.

Objetivos

Los objetivos a cubrir en este trabajo de investigación, es:

• Aplicar la Ley de Gauss para el magnetismo.
• Comparar el magnetismo atómico del nuclear.
• Analizar la magnetización.
• Estudiar los diferentes materiales magnéticos y los términos: paramagnetismo, diamagnetismo y ferromagnetismo.
• Describir el magnetismo de los planetas.
• Describir lo que es la inductancia.
• Cálculo de la inductancia.
• Inductancia en un solenoide y un toroide.
• Analizar materiales magnéticos.
• Analizar la oscilación electromagnética cualitativamente.
• Analizar la oscilación electromagnética cuantitativamente.
• Describir las corrientes alternas.
• Analizar cada elemento por separado.
• Estudiar el circuito RLC de una sola malla.
• Observar el análisis gráfico.
• Analizar la potencia en los circuitos de CA.
• Estudiar el Transformador.
• Describir las ecuaciones de Maxwell
• Observar los campos magnéticos inducidos y sus variantes.
• Estudiar las corrientes de desplazamiento.
• Analizar oscilaciones en concavidades
• Describir el Espectro Electromagnético.
• Observar la generación de una onda electromagnética.
• Analizar las ondas viajeras y las ecuaciones de Maxwell.
• Estudiar el transporte de energía y el vector de Poynting.
• Evaluar el ímpetu y presión de la radiación.