ESCUELA POLITECNICA SUPERIOR DE CHIMBORAZO FACULTAD DE MECANICA ESCUELA DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ ELECTROTECNIA
Tema: Propiedades Propiedades básicas del magnetismo y electromagnetismo electromagnetismo Nombres: Raúl Darío Apellios: Sánchez León C!rso: Cuarto “! C"i#o: "#$# Fe$%a: %&'"(' %("$ Correo ele$&r"'i$o: raul)s)l###*hotmail+com
Propieaes b(si$as el ma#'e&ismo
Ma#'e&ismo ,l -enómeno del magnetismo era conocido ya por los antiguos griegos desde hace más de %((( a.os+ Se obser/aba 0ue ciertos minerales 1imanes2 podían atra atraer er o repel epeler er pe0u pe0ue. e.os os ob3e ob3eto tos s de hier hierrro+ De hech hecho4 o4 el nomb nombrre de magnetismo pro/iene de la pro/incia griega 5agnesia4 donde se encuentran los yaci yacimie mient ntos os más más impo import rtan ante tes s de la magne magneti tita ta 16e7 16e789 8924 24 miner mineral al con con acusadas propiedades magn:ticas+ un0ue se tenía conocimiento de este -enómeno de -orma e;perimental no -ue hasta mediados del siglo <=< cuando se -ormularon teóricamente todas las interacciones de tipo el:ctrico y magn:tico4 resumidas en las ecuaciones de 5a;>ell+ 5a;>ell+ ,n un átomo cada electrón es4 por su nat natural raleza4 un pe0ue.o ue.o imá imán 1/:ase momento dipolar magn:tico electrónico2+ magn:tico electrónico2+ 8rdinariamente4 innumerables electr electrone ones s de un materia materiall están están orient orientado ados s aleato aleatoria riament mente e en di-ere di-erente ntes s direcciones4 pero en un imán casi todos los electrones tienden a orientarse en la mism misma a dir direcci ección ón44 crea creand ndo o una una -uer -uerza za magn magn:t :tic ica a gran grande de o pe0u pe0ue. e.a a dependiendo del número de electrones 0ue est:n orientados+ No$io'es pre)ias
Las
propiedades magn:ticas son más acusadas en los e;tremos del del imán4 imán4 0ue 0ue se deno denomin minan an polo polos s magn: magn:ti tico cos4 s4 polo polo ?orte 1?2 y polo Sur 1S2+ Del mismo modo 0ue cargas el:ctricas del mismo signo se repelen y de distinto se atra atraen4 en4 imane imanes s 0ue 0ue se acer acerca can n por por polos polos igual iguales es se repelen y si se acercan por polos opuestos se atraen+ ,s imposible aislar un único polo magn:tico4 de modo 0ue si un imán se parte en dos4 en cada trozo /uel/e a haber un polo ?orte y uno Sur+
De -orma análoga al campo el:ctrico en el:ctrico en magnetismo hablamos en t:rminos de un /ector llamado campo magn:tico @ representado por sus líneas de campo de modo 0ue en cada punto del espacio el campo es tangente a dichas líneas+ ,l hecho de 0ue los polos magn:ticos nunca se puedan dar por separado se traduce en 0ue las líneas de campo son siempre cerradas4 saliendo del polo ?orte y entrando por el polo Sur Su r+ Propieaes La i'&e'sia
,s el Au3o de carga o la carga 0ue atra/iesa la sección normal S en la unidad de tiempo4 0ue será el producto de los siguientes t:rminosB ?úmero de partículas
por unidad de /olumen4 n La carga de cada partícula4 0+ ,l área de la sección normal4 S La /elocidad media de las partículas4 /+ Sea n el número de partículas por unidad de /olumen4 / la /elocidad media de dichas partículas4 S la sección del haz y 0 la carga de cada partícula+ La carga 0ue atra/iesa la sección normal S en el tiempo t4 es la contenida en un cilindro de sección S y longitud /t+ Carga E 1número de partículas por unidad de /olumen n2 1carga de cada partícula 02 1/olumen del cilindro S/t2 En0S/t Di/idiendo entre el tiempo t obtenemos la intensidad de la corriente el:ctrica+ iEn0/S F!er*a sobre !'a por$i"' e $o'!$&or re$&il+'eo
,n el espectrómetro de masas o en el ciclotrón4 ya hemos estudiado la -uerza 0ue e3erce un campo magn:tico sobre un portador de carga4 y el mo/imiento 0ue produce+ C!al,! C!al,!ier ier $am $ampo po ma#'-& ma#'-&i$o i$o re,!ie re,!iere re el mo)imi mo)imie'& e'&o o e !'a $ar $ar#a #a el-$&ri$a
Fn circuito de corriente en -orma de anillo es e0ui/alente a un dipolo+ ,l campo magn:tico magn:tico G a lo largo del e3e de un solenoide solenoide con n /ueltas por el 0ue circula una corriente = es G En= ,n imanes permanentes el campo es debido al mo/imiento de electrones en los átomos constituyentes+ ,n coordinadas es-:ricas el campo debido a un dipolo de momento m esB Gr E %m cos0 H9p 7 G 0E m sin 0H9 p7 @ es la inten intensid sidad ad del del camp campo o debid debido o a corr corrien iente tes s aisl aislad adas as 1en 1en espa espaci cio o libr libre2 e2++ Iamb: amb:n n se le llam llama a =nducción magn:tica o Densidad de Au3o magn:tico+ Fna deJnición apropiada es la siguienteB Fna corriente el:ctrica induce una -uerza sobre una carga en mo/imiento4 la -uerza es el producto /ectorial de la inducción magn:tica y la /elocidad de la carga 1la -uerza de Lorentz2+ Fnidades de @
tesla 1I2 E >eberKm%E1?e>tonHCoulomb2H1mHs2 E ?H1m2 S=M gauss 1N2 E "('9 I cgsM Fnidades de G oersted 18e2 cgsM Hm E 9 p K "('7 oersted S=M ,l Fso del Sistema =nternacional 1S=2 de unidades crea cierta con-usión en la con/ con/er ersió sión n de unida unidade des4 s4 0ue 0ue gene genera ralm lment ente e resu result lta a por por una term termino inolo logía gía inadecuada+ ,;iste cuatro unidades -undamentales4 el campo magn:tico G 4 la induc inducci ción ón magn: magn:ti tica ca @4 la magne magneti tiza zaci ción ón O 1más 1más corr correc ecta tame ment nte e llama llamada da polarización magn:tica24 y el momento magn:tico por unidad de /olumen 5+ Campo magn:tico terrestre (+7'(+Q gauss ,n Neo-ísica se usa nanotesla nI 1"('& I2 E gamma g 1"('$ N2 ,n el sist istema cgs @EG9 p5 + ,n S= @EoG 5 4 don donde o es permeabilidad en el espacio libre4 con un /alor de 9 p K "( '# henryHm+
la
Los campos magn:ticos no son centrales 1como la gra/edad2 ?o e;isten monopolos magn:ticos 1siempre hay como mínimo un dipolo
Propieaes b(si$as el ele$&roma#'e&ismo Teor+a ele$&roma#'-&i$a
Jnales del siglo
La uniJcación uniJcación plena de las teorías teorías de la electricidad electricidad y el magnetismo se debió al -ísico británico Oames ClerY 5a;>ell4 0ue predi3o la e;istencia de ondas electromagn:ticas e identiJcó la luz lu z como un -enómeno electromagn:tico+
I'!$$i"' Ma#'-&i$a
Si
0u e
cogemos un un al alambre de de co cobre o co conductor de de co cobre4 ya ya se sea co c on -orro aislante o sin :ste4 y lo mo/emos de un lado a otro entre los polos di-erentes de dos imanes4 de -orma tal 0ue atra/iese y corte sus líneas de -uerza magn magn:t :tic icas as44 en dich dicho o alam alambr bre e se gene genera rará rá por por inducc inducción ión una pe0ue.a pe0ue.a -uerza -uerza electr electromo omotriz triz 16,52 16,5244 es posible medir con un gal/anómetro4 instrumento seme seme3a 3ant nte e a un /olt /oltím ímet etrro4 0ue 0ue se util utiliz iza a para para detectar pe0ue.as tensiones o /olta3es+
,ste -enómeno -ísico4 conocido como Zinducción magn:ticaZ se origina cuando el conductor conductor corta las líneas líneas de -uerza magn:ticas magn:ticas del imán4 lo 0ue pro/oca pro/oca 0ue las cargas el:ctricas contenidas en el metal del alambre de cobre 10ue hasta ese momento se encontraban en reposo24 se pongan en mo/imiento creando un Au3o de corriente el:ctrica+ ,s preciso aclarar 0ue el -enómeno de inducción magn:tica sólo se produce cada /ez 0ue mo/emos el conductor a tra/:s de las líneas de -uerza magn:tica+ Sin embargo4 si mantenemos sin mo/er el alambre dentro del campo magn:tico procedente procedente de los polos de los dos imanes4 no se inducirá corriente alguna+ ,n esa propiedad de inducir corriente el:ctrica cuando se mue/e un conductor dentro de un campo magn:tico4 se basa el principio de -uncionamiento de los generadores de corriente el:ctrica+ hora bien4 si en /ez de mo/erlo colocáramos el mismo conductor de cobre dentro del campo magn:tico de los dos imanes y aplicamos una di-erencia de potencial4 tensión o /olta3e en sus e;tremos4 como una batería4 por e3emplo4 el campo magn:tico 0ue produce la corriente el:ctrica alrededor del conductor al circ circula ularr a tra/ tra/:s :s del del mism mismo4 o4 pro/ pro/oc ocar ará á 0ue 0ue las las línea líneas s de -uer -uerza za o camp campo o magn:tico de los imanes lo rechacen+ De esa -orma el conductor se mo/erá hacia un lado o hacia otro4 en dependencia del sentido de circulación 0ue tenga la corriente4 pro/ocando 0ue rechace el campo magn:tico y trate de ale3arse de su inAuencia+
Cuando aplicamos una di-erencia de potencial4 tensión o /olta3e a un conductor y lo situamos dentro de las líneas de -uerza de un campo magn:tico4 como el de dos imanes4 por e3emplo4 :ste será rechazado hacia uno u otro lado4 en dependencia del sentido de dirección 0ue tenga la corriente 0ue Auye por el conductor Propieaes Fl!.o ma#'-&i$o
Fn camp campo o magn magn:t :tic ico o pued puede e repr epresen esenta tars rse e por por medi medio o de las las líne líneas as de inducción+ Por con/enio4 el número de estas líneas por unidad de superJcie normal a su dirección4 mide el /alor de la intensidad del campo magn:tico+ ,l número total de líneas de inducción 0ue atra/iesan una superJcie se denomina Au3o+ O'as ele$&roma#'-&i$as
Según Según 6araday araday44 un campo campo magn:t magn:tico ico /ariab /ariable4 le4 induce induce un campo campo el:ctr el:ctrico ico tambi:n /ariable4 como en electrostática se hace hincapi: de 0ue toda carga el:ctrica en reposo crea a su alrededor un campo el:ctrico4 cuya intensidad diJere en cada punto+ ,l cientíJco 5a;>ell4 basado en consideraciones puramente teóricas4 sospecho 0ue sería posible demostrar 0ue un campo el:ctrico /ariable debería inducir un campo magn:tico tambi:n /ariable4 seme3ante al creado por cargas el:ctricas en mo/imiento4 como lo demostró en el e;perimento de 8ersterd+ Se supone 0ue se carga un condensador por un procedimiento cual0uiera como en el siguiente e3emplo uniendo sus placas a los bornes de una pila el:ctrico como se muestra+ medida 0ue el condensador se /a cargando4 el campo el:ctrico entre sus placas /a /ariando y como resultado de esta /ariación del campo el:ctrico aparece un campo magn:tico4 magn :tico4 cuya e;istencia se puede comprobar+ comprobar+ Le/ e Faraa/
Para algunas leyes -ísicas4 es di-ícil encontrar e;perimentos 0ue conduzca de una manera directa y con/incente a la -ormulación de la ley de Naus4 por e3emplo -ue esbozándose lentamente como el -actor común con cuya ayuda todos los e;perimentos electrostáticos podían interpretarse in terpretarse y correlacionarse+
La ley de inducción electromagn:tica de 6araday 0ue es una de las ecuaciones -undamentales de electromagnetismo+ lgunos de Los e;perimentos -ueron lle/ados por 5ichael 6araday en =nglaterra en "U"7 y por4 Ooseph Genry en los ,stados Fnidos apro;imadamente en la misma :poca+ Se tiene tienen n las las term termin inal ales es de una una bobin bobina a conec conecta tada da en un gal/ gal/an anóm ómet etro ro normalmente no sería de esperarse 0ue este instrumento se des/ía debido a 0ue no hay -uerza electromotriz en este circuito pero si se introduce un imán recto en la bobina con su polo norte dirigi:ndose a ella4 ocurre una cosa notable mientras 0ue el imán se /a mo/iendo4 el gal/anómetro se des/ía4 poniendo de maniJesto 0ue está pasando una corriente por la bobina+ Si el imán se sostiene J3o con respecto a la bobina4 el gal/anómetro no se des/ía si el imán se mue/e ale3ándose de la bobina el gal/anómetro se des/ía pero en sentido contrario4 lo cual hay 0ue decir 0ue la corriente en la bobina está en sentido contrario si se usa el e;tremo del polo sur de un imán en lugar de e;tr e;trem emos os nort norte e el e;per e;perim iment ento o resul resulta ta igual igual pero pero las las des/ des/iac iacio ione nes s son son e;actamente al contrario+ 8tros e;perimentos muestran 0ue lo 0ue importa es el mo/imiento relati/o del imán y de la bobina no importa 0ue el imán se mue/a hacia la bobina o la bobina hacia el imán+ La corriente 0ue aparece en este e;perimento se llama corriente inducida y se dice 0ue es producida por una -uerza electromotriz inducida+ 6araday pudo deducir de e;perimentos como está la ley 0ue da su magnitud y dirección
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