Magnetismo, tipos de imanes
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CONTENIDO
Introducción
Tipos de imanes
Polos
El magnetismo Terrestre
Líneas isógonas
Inclinación magnética terrestre
Electromagnetismo
Historia
Corriente Alterna y Corriente Directa
INTRODUCCION
El magnetismo es una rama de la física muy compleja ya que no puede ser explicado
únicamente mediante postulados de la mecánica clásica, por lo que aquí trataremos
brevemente algunos de los fenómenos más básicos.
El fenómeno del magnetismo era conocido ya por los antiguos griegos desde hace más
de 2000 años. Se observaba que ciertos minerales (imanes) podían atraer o repeler
pequeños objetos de hierro. De hecho, el nombre de magnetismo proviene de la
provincia griega Magnesia, donde se encuentran los yacimientos más importantes de la
magnetita (Fe3O4), mineral con acusadas propiedades magnéticas.
Aunque se tenía conocimiento de este fenómeno de forma experimental no fue hasta
mediados del siglo XIX cuando se formularon teóricamente todas las interacciones de
tipo eléctrico y magnético, resumidas en las ecuaciones de Maxwell.
HISTORIA DEL MAGNETISMO
La palabra magnetismo procede del nombre de una región griega llamada magnesia,
donde abundaba un mineral, la magnetita, el cual es un potente imán.
MAGNETISMO
Existe en la naturaleza un imán llamado magnetita ó piedra imán que tiene la propiedad
de atraer hierro, el cobalto, el níquel y ciertas aleaciones de estos metales. A estas
propiedad se le llama magnetismo
IMANES
Un imán es un material capaz de producir un campo magnético exterior y atraer
ciertos metales (hierro, cobalto, níquel)
TIPOS DE IMANES
Imanes naturales.- La magnetita es un potente imán natural, tiene la propiedad de atraer
a todas las sustancias magnéticas. Su característica de atraer trozos de hierro es natural.
Esta compuesta por óxido de hierro.
Imán artificial.- es un cuerpo de material magnético al que se ha comunicado la
propiedad del magnetismo, ya sea mediante frotamiento con un imán natural o por la
acción de corrientes eléctricas (electroimanación).
POLOS
•Los imanes no tienen la misma fuerza de atracción en toda sus partes. La mayor fuerza se concentra en los extremos,
llamados polos. Siempre son dos: polo norte y polo sur.
•El punto mas débil en cuanto a capacidad de atracción esta entre ambos, y se llama línea neutra. Al juntar dos imanes,
enseguida notamos que los polos iguales se repelen y que los diferentes se atraen.
•Al momento de romper un imán, inmediatamente se formaran dos nuevos imanes , con sus respectivos polos.
EL MAGNETISMO TERRESTRE
La tierra se comporta como un imán permanente cuyos polos no coinciden con los geográficos y cuyas
líneas de flujo no son siempre paralelas a los meridianos.
El campo magnético que genera la tierra fue descubierto en el
siglo II al colgar de un hilo una barra de imán natural y
comprobar que siempre se quedaba orientada en una dirección
que coincidía aproximadamente con la norte-sur. Al extremo que
quedaba orientado al norte se le denominó polo norte y su
contrario polo sur .
A partir de este descubrimiento se desarrolló el compás
magnético, el instrumento más importante en la historia de la
navegación.
Más tarde se descubrió que la tierra se comporta como un
gigantesco imán permanente con sus polos, definidos como el
polo norte magnético y al polo sur magnético, situados cerca de
los polos geográficos pero sin coincidir con ellos.
Estos polos no permanecen fijos, variando su posición con los
años.
LA DECLINACIÓN MAGNÉTICA: LÍNEAS ISÓGONAS
La diferencia de ángulo entre el norte magnético y el
geográfico recibe el nombre de declinación magnética o
variación magnética.
El valor de este ángulo no es constante en todos los
puntos de la tierra.
Esta variación se representa en los mapas mediante las
denominadas líneas isógonas que son las que
representan puntos con igual declinación magnética.
A la declinación magnética en un punto dado o en una
zona concreta se la denomina declinación magnética
local y se representa en las rosas magnéticas de todas
las cartas náuticas de la zona en cuestión en grados y
minutos.
Esto tiene una gran importancia en la navegación
tradicional.
Al trazar un rumbo, el navegante siempre debe tener en
cuenta la declinación magnética.
La inclinación magnética terrestre
Las líneas de flujo del campo magnético terrestre no son siempre paralelas a la superficie de la tierra,
sino que forman un ángulo respecto a la horizontal que varía con la latitud.
Este ángulo recibe el nombre de inclinación magnética y tiene una importancia fundamental en el diseño
y calibración de los compases.
ELECTROMAGNETISMO
El electromagnetismo es una rama de la física que estudia y unifica los
fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos fueron sentados por Michael
Faraday y formulados por primera vez de modo completo por James Clerk Maxwell. La formulación
consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales que relacionan el campo eléctrico, el campo
magnético y sus respectivas fuentes materiales (corriente eléctrica, polarización eléctrica y polarización
magnética), conocidas como ecuaciones de Maxwell.
El electromagnetismo es una teoría de campos; es decir, las explicaciones y predicciones
que provee se basan en magnitudes físicas vectoriales o tensoriales dependientes de
la posición en el espacio y del tiempo. El electromagnetismo describe los fenómenos
físicos macroscópicos en los cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en
movimiento, usando para ello campos eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre las
sustancias sólidas, líquidas y gaseosas. Por ser una teoría macroscópica, es decir,
aplicable sólo a un número muy grande de partículas y a distancias grandes respecto de
las dimensiones de éstas, el electromagnetismo no describe los fenómenos atómicos y
moleculares, para los que es necesario usar la mecánica cuántica.
El electromagnetismo considerado como fuerza es una de las cuatro fuerzas
fundamentales del universo actualmente conocido.
Desde la antigua Grecia se conocían los fenómenos magnéticos y eléctricos pero no es hasta inicios
del siglo XVII donde se comienza a realizar experimentos y a llegar a conclusiones científicas de estos
fenómenos. Durante estos dos siglos, XVII y XVIII, grandes hombres de ciencia como William
Gilbert, Otto von Guericke, Stephen Gray, Benjamín Franklin, Alessandro Volta entre otros estuvieron
investigando estos dos fenómenos de manera separada y llegando a conclusiones coherentes con sus
experimentos.
Michael Faraday.
A principios del siglo XIX Hans Christian Ørsted encontró evidencia empírica de que los fenómenos
magnéticos y eléctricos estaban relacionados. De ahí es que los trabajos de físicos como André-Marie
Ampère, William Sturgeon, Joseph Henry, Georg Simón Ohm, Michael Faraday en ese siglo, son
unificados por James Clerk Maxwell en 1861con un conjunto de ecuaciones que describían ambos
fenómenos como uno solo, como un fenómeno electromagnético.
.
HISTORIA
James Clerk Maxwell.
Las ahora llamadas ecuaciones de Maxwell demostraban que los campos eléctricos
y los campos magnéticos eran manifestaciones de un solo campo electromagnético.
Además describía la naturaleza ondulatoria de la luz, mostrándola como una onda
electromagnética.
Con una sola teoría consistente que describía estos dos fenómenos antes separados, los
físicos pudieron realizar varios experimentos prodigiosos e inventos muy útiles como la
bombilla eléctrica por Thomas Alva Edison o el generador de corriente alterna por Nikola
Tesla.
El éxito predictivo de la teoría de Maxwell y la búsqueda de una interpretación coherente de
sus implicaciones, fue lo que llevó a Albert Einstein a formular su teoría de la relatividad que
se apoyaba en algunos resultados previos de Hendrik Antoon Lorentz y Henri Poincaré.
En la primera mitad del siglo XX, con el advenimiento de la mecánica cuántica, el
electromagnetismo tenía que mejorar su formulación con el objetivo de que fuera coherente
con la nueva teoría.
Esto se logró en la década de 1940 cuando se completó una teoría cuántica
electromagnética o mejor conocida como electrodinámica cuántica.
CORRIENTE DIRECTA (CD) Y CORRIENTE ALTERNA (CA)
Hay dos tipos de corrientes eléctricas que pueden atravesar
alambres:
Corriente directa (CD) y
Corriente alterna (CA).
CORRIENTE DIRECTA (CD) Y CORRIENTE ALTERNA (CA)
La corriente directa (CD) siempre fluye en la misma dirección en un circuito eléctrico.
Los electrones fluyen continuamente en el circuito del terminal negativo de la batería al terminal positivo. Incluso
cuando ninguna corriente está atravesando el conductor, los electrones en el alambre se están moviendo a
velocidades de hasta 600 millas (1 000 kilómetros) por segundo, pero en direcciones al azar porque el alambre tiene
una temperatura finita.
Puesto que un electrón se está moviendo hacia atrás en el conductor al mismo tiempo que otro se está moviendo
hacia adelante, ninguna carga neta se transporta a lo largo del circuito.
Si se conecta una batería a los extremos del alambre, los electrones son forzados a lo largo del conductor en la
misma dirección .
La velocidad de los electrones a lo largo del conductor es menor a una pulgada (pocos milímetros) por segundo.
De manera que un electrón en específico tarda un largo tiempo en ir alrededor del circuito.
Hay tantos electrones que todos están continuamente chocando entre sí, como fichas de dominó, y hay un cambio
neto de cargas eléctricas alrededor del circuito que pueden llegar a alcanzar la velocidad de la luz.
Los tomacorrientes en nuestros hogares proporcionan corriente alterna (CA).
Los electrones en el alambre cambian de dirección 60 veces por segundo.
A los dispositivos eléctricos que usamos no les importa en qué dirección se están moviendo los
electrones, puesto que la misma cantidad de corriente atraviesa un circuito sin importar la dirección
de la corriente.
Las redes de distribución de energía eléctrica que llevan electricidad a nuestros hogares se
diseñaron para manejar corriente alterna.
Las tormentas de clima espacial pueden causar flujos de electricidad continua en la red eléctrica.
Puesto que la red fue diseñada para que usara electricidad CA, y no electricidad CD, las corrientes
directas inducidas por los estados del tiempo espacial pueden dañar o destruir ciertos
equipos como los transformadores de voltaje.
EJERCICIOS
Dos alambres paralelos están separados 4 cm y conducen cada uno una corriente de 8
Amperes.
¿Cuál es la fuerza entre los alambres por cm de longitud si las corrientes en los alambres son
de la misma dirección ?
SOLUCIÓN
•Solución Las líneas de fuerza en la parte externa de ambos alambres tienen la misma dirección ,
y entonces, allí se refuerza el campo; entre los alambres, las líneas de fuerza son las opuestas y el
campo se debilita. Por lo tanto los alambres se atraen mutuamente hacia el campo mas débil.
•La intensidad H en cada alambre debido a la corriente que circula en el otro es:
EJERCICIOS
Ejercicio 2
Encuentre el campo eléctrico en el punto P de la figura, ubicado sobre el eje y a 0.4 m sobre el
origen, producido por las tres cargas puntuales que se muestran.
La carga q 1 = 7C se ubica en el origen del sistema de coordenadas, la carga q 2 = -5 C se
ubica en el eje x a 0.3 m del origen y la carga q3 = -3C a la derecha del punto P y a 0.4 m sobre
q 2
EJERCICIOS
Primero calculamos separadamente la magnitud del campo eléctrico en P debido a
la presencia de cada carga.
Llamemos E 1 al campo eléctrico producido por q 1 ,
E 2 al campo eléctrico producido por q 2 y
E 3 al campo eléctrico producido por q 3 .
Estos campos se representan en la figura y sus magnitudes son:
El vector resultante E que
buscamos es la suma
vectorial de estos tres
vectores, E = E 1 + E 2 +
E 3
