Campos magnéticos

Introducción

El magnetismo está muy relacionado con la electricidad. El Electromagnetismo es la parte de la Física que estudia la relación entre corrientes eléctricas y campos magnéticos. Una carga eléctrica crea a su alrededor un campo eléctrico. El movimiento de la carga eléctrica produce un campo magnético. Toda carga eléctrica que se mueve en el entorno de un campo magnético experimenta una fuerza. Dos cargas eléctricas móviles, no sólo están sometidas a las fuerzas electrostáticas que se ejercen mutuamente debidas a su carga, sino que además entre ellas actúan otras fuerzas electromagnéticas que dependen de los valores de las cargas y de las velocidades de éstas.

Campo magnético

 Un campo magnético es un campo de fuerza creado como consecuencia del movimiento de cargas eléctricas (flujo de la electricidad). Una barra imantada o un cable que transporta corriente pueden influir en otros materiales magnéticos sin tocarlos físicamente porque los objetos magnéticos producen un "campo magnético" . Los campos magnéticos suelen representarse mediante "líneas de campo magnético" o "líneas de fuerza". En cualquier punto, la dirección del campo magnético es igual a la dirección de las líneas de fuerza, y la intensidad del campo es inversamente proporcional al espacio entre las líneas. 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 un polo 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 mán, 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.

 Naturaleza del magnetismo

 El magnetismo esta muy relacionado con la electricidad. Una carga eléctrica esta rodeada de un campo eléctrico, y si se esta moviendo, también de un campo magnético. Esto se debe a las "distorsiones" que sufre el campo eléctrico al moverse la partícula.

El campo eléctrico es una consecuencia relativista del campo magnético. El movimiento de la carga produce un campo magnético.

 En un imán de barra común, que al parecer esta inmóvil, esta compuesto de átomos cuyos electrones se encuentran en movimiento (girando sobre su orbita. Esta carga en movimiento constituye una minúscula corriente que produce un campo magnético. Todos los electrones en rotación son imanes diminutos.

 En principio se creyó que los fenómenos magnéticos no tenían relación con los fenómenos eléctricos. Sin embargo, a comienzos del siglo XIX, el físico danésHans Christian Oersted (1777-1851) observó que un conductor por el que circula una corriente ejerce una fuerza sobre un imán colocado en sus proximidades. Experimentos subsiguientes realizados por Andre Marie Ampère y otros físicos demostraron que las corrientes eléctricas atraen trocitos o limaduras de Hierro y que corrientes paralelas se atraen entre sí.

 Ampère propuso la teoría de que las corrientes eléctricas son las fuentes de todos los fenómenos magnéticos. El modelo de Ampere es la base de la teoría moderna del magnetismo.

Posteriormente fueron estudiadas otras conexiones que existen entre el magnetismo y la electricidad realizada por Michael Faraday y Joseph Henry, que demostraron que un campo magnético variable produce un campo eléctrico no conservativo y mediante la teoría de Maxwell que demostró que un campo eléctrico variable produce un campo magnético.

En la actualidad, se sabe que cualquier fenómeno de atracción o repulsión magnética no es otra cosa que una fuerza de acción a distancia ejercida por una carga en movimiento sobre otra carga que también se encuentra en movimiento. Por ello, una corriente eléctrica al ser una carga en movimiento, ejerce una acción magnética sobre cualquier otra carga en movimiento.

 Campo magnético de un imán

  En el espacio que rodea a un imán existe un campo magnético, que es originado por el movimiento de los electrones alrededor de los núcleos de los átomos y por un movimiento rotatorio de los electrones sobre sí mismos que recibe el nombre de spin.

 Un imán puede girar libremente en un plano horizontal y se orienta aproximadamente en la dirección Norte-Sur geográfica. En consecuencias, si un imán en las condiciones citadas se coloca en una determinada región del espacio y cambia de posición, orientándose en otra dirección, esto indica que sobre el imán actúa una fuerza y por consiguiente se ha realizado una interacción. Se dice entonces que en la región del espacio donde está situado el imán existe un campo magnético. La dirección del campo magnético es el eje longitudinal del imán y el sentido, el que va dirigido del polo Sur(S) al polo Norte (N).

 Campo magnético de una corriente Experimento de Oersted

 Si por un conductor circula una corriente eléctrica (cargas en movimiento) en el espacio que rodea al conductor se origina un campo magnético.

 Hans Christian Oersted descubrió que una corriente eléctrica influye sobre la orientación de la aguja de una brújula. Oersted comprobó en 1820 la estrecha vinculación que existe entre magnetismo y corriente eléctrica. Colocó por encima de una brújula (aguja imantada) y paralelamente a ella un alambre recto cuyos extremos van conectados a una fuente de corriente continua.

  Si en el circuito se intercala un interruptor S se observa que mientras el circuito está abierto no hay movimiento definido de cargas eléctricas en el alambre, por lo que el campo magnético no existe y la aguja imantada mantiene su posición original. Cuando se cierra el circuito, hay un movimiento definido de cargas eléctricas en el alambre y se origina un campo magnético a su alrededor.

Líneas de Campo magnético.

las líneas de fuerzas de un campo magnético son líneas continuas que no se cortan entre sí.

Para representar y describir un campo magnético se utilizan línea de campo magnético o líneas de inducción. Al igual que los campos eléctricos, los campos magnéticos se pueden materializar mediante líneas de fuerzas, que pueden presentar distintas formas, según sea el agente creador, del campo. Distintas formas presentan las líneas de fuerza del campo magnético creado por una corriente, según que el conductor sea rectilíneo, circular o en forma de bobina.

Cuando se trata del campo magnético creado por un imán las líneas de fuerzas salen de una zona del mismo denominado polo norte y vuelven a otra zona que recibe el nombre de polo sur y es en las proximidades de estos polos donde más apretada se encuentran las líneas de fuerzas y, como consecuencias, donde con mayor intensidad se manifiestan los fenómenos magnéticos.

 Nocion de Induccion magnetica :

  La inducción magnética de un campo, en un punto del mismo, es la fuerza que actúa sobre una unidad de carga positiva que se desplaza, perpendicularmente a las líneas de fuerza, con una unidad de velocidad. Se representa por ().

 Fuerza magnética sobre una carga móvil :

 El módulo de la inducción magnética o campo magnético en un punto es una magnitud que se mide por el cociente entre el módulo de la fuerza que actúa sobre una carga móvil que pasa por el punto y el producto de dicha carga por la componente de la velocidad perpendicular al vector inducción. 

 Unidades inducción magnética o campo magnético

La unidad de inducción magnética en el Sistema Internacional o MKS se denomina Tesla .

En el sistema cegesimal o CGS, la unidad de inducción es el Gauss.

En el sistema cegesimal o CGS, la unidad de inducción es el Gauss.

 Un Tesla es la inducción de un campo magnético en el que una carga de un coulomb que se desplaza perpendicularmente a las líneas de fuerzas con una velocidad de 1 m/seg se ve sometida a una fuerza de un newton.

 Existe un campo magnético cuando al penetrar en una región del espacio, una carga móvil experimenta una fuerza que depende de la velocidad de la carga.

 Fuerza magnética sobre una corriente rectilínea

 Una corriente eléctrica consiste en un movimiento definido de cargas eléctricas en un conductor. Un campo magnético ejerce una fuerza magnética sobre una carga aislada en movimiento. Por consiguiente, es de esperarse que un campo magnético ejerza una fuerza magnética sobre un conductor rectilíneo por el cual circula una corriente eléctrica.

 La fuerza ejercida por un campo magnético sobre un conductor rectilíneo situado perpendicularmente a las líneas de fuerza es igual al producto que resulta de multiplicar la inducción magnética por la longitud del conductor y por la intensidad de la corriente. 

Inducción de Corriente Eléctrica

 La fuente fundamental de un campo magnético es una carga eléctrica en movimiento. Dado que una corriente eléctrica es un conjunto de cargas eléctricas en movimiento se puede deducir que el campo magnético de una corriente eléctrica es el resultado de la superposición de los campos magnéticos producidos por las cargas en movimiento que constituyen la corriente. El cálculo del campo magnético creado por una corriente de forma arbitraria es un tanto complejo de ahí que se considerará algunos casos sencillos. Las experiencias de Oersted y los ensayos de Biot, Savart y Ampère condujeron a una relación que puede utilizarse para calcular el campo magnético en cualquier punto del espacio entorno a un circuito que tenga corriente.

 La ley de Ampère, es muy útil para calcular el campo magnético de configuraciones altamente simétricas que conducen corrientes estables. La ley de Ampère es una relación entre la componente tangencial de B en los puntos de una curva y la intensidad de corriente neta que atraviesa la superficie limitada por dicha curva.

Es válida sólo para corrientes estables y es útil exclusivamente para calcular el campo magnético de configuraciones de corrientes que tienen un alto grado de simetría.

 La ley de Biot-Savart, se usa para calcular el campo magnético producido en un punto por un elemento de corriente. Para aplicar la ley de Biot-Savart a un circuito completo se considera dicho circuito dividido en elementos l de corriente, cada uno de los cuales origina en un punto determinado P una inducción magnética elemental de módulo B. Efectuando la sumatoria de estas inducciones elementales se obtiene el módulo B de la inducción magnética o campo magnético resultante.

Autor:

Flavio Alberti

Raúl Perfecto

Leonardo Mata

Ángel Díaz

Elmer Mortter

5to "U"

Profesora: Yanet Méndez

Republica Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Educación

U.E. "Republica de Chile"

Barcelona- Edo. Anzoátegui

Bna. 21/06/11