Plantel Vista HermosaFísica II

Grupo 402

José Ramsés Medina ArcigaDaniel Alejandro Carrillo Ordaz

Junio 2016

Bloque IV: Relacionas la electricidad con el magnetismo

MAGNETISMO Y ELECTRICIDAD

INTRODUCCIÓN

En este tema daremos a conocer el concepto de mecánica que estudia los fenómenos eléctricos y magnéticos que se unen en una sola teoría aportada por Michel James.El electromagnetismo es una teoría de fuerzas; es decir, las explicaciones y predicciones que provee se basan en magnitudes físicas angulares o tensoriales dependientes de la dirección en el espacio  y del tiempo. También daremos a conocer la introducción electromagnética, la ley de Newton, ley de Lentes y circuitos RAC.

MAGNETISMO

ANTECEDENTES HISTORICOS DEL MAGNETISMO

• Los fenómenos magnéticos fueron conocidos por los antiguos griegos. Se dice que por primera vez se observaron en la ciudad de Magnesia del Meandro en Asia Menor, de ahí el término magnetismo. Sabían que ciertas piedras atraían el hierro, y que los trocitos de hierro atraídos atraían a su vez a otros. Estas se denominaron imanes naturales.

•  El primer filósofo que estudió el fenómeno del magnetismo fue Tales de Mileto, filósofo griego que vivió entre 625 a. C. y 545 a. C.1 En China, la primera referencia a este fenómeno se encuentra en un manuscrito del siglo IV a. C.

• El científico Shen Kua (1031-1095) escribió sobre la brújula de aguja magnética y mejoró la precision en la navegación empleando el concepto astronómico del norte absoluto. Hacia el siglo XII los chinos ya habían desarrollado la técnica lo suficiente Como para utilizar la brújula para mejorar la navegación. Alexander Neckham fue el primer europeo en conseguir desarrollar esta técnica en 1187.

• El conocimiento del magnetismo se mantuvo limitado a los imanes hasta que en 1820 Hans Christian, profesor de la Universidad de Copenhague, descubrió que un hilo conductor sobre el que circulaba una corriente que ejercía una perturbación magnética a su alrededor, que llegaba a poder mover una aguja magnética situada en ese entorno.

DEFINICION DE MAGNETISMO

• El magnetismo o energía magnética es un fenómeno natural por el cual los objetos ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Hay algunos materiales conocidos que han presentado propiedades magnéticas detectables fácilmente como el níquel, hierro, cobalto y sus aleaciones que comúnmente se llaman imanes. Sin embargo todos los materiales son influidos, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético.

El magnetismo también tiene otras

manifestaciones en física, particularmente como uno de los 2 componentes de la radiación electromagnética, como por ejemplo, la luz.

El magnetismo es un fenómeno físico por el que los materiales ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales.

APLICACIONES DEL MAGNETISMO

• Los campos magnéticos se emplean para controlar las trayectorias de partículas cargadas en dispositivos como los aceleradores de partículas o los espectrógrafos de masas. Los motores eléctricos y lo generadores de electricidad, por ejemplo:

Los electroimanes la base del motor eléctrico y el transformador.

Las aplicaciones de los electroimanes Los electroimanes tienen multitud de aplicaciones prácticas:-En aparatos y dispositivos eléctricos, como los altavoces, el antiguo telégrafo Morse o el timbre de campana, entre otros.-En dispositivos electrónicos como los relés, que controlan el paso de la corriente eléctrica-En muchos procesos industriales; por ejemplo, para la sujeción o el movimiento de piezas de hierro, o para separar el hierro y el acero de otros materiales

TIPOS DE IMANES

• IMANES NATURALES: se refiere a minerales naturales, los cuales tienen la propiedad de atraer elementos como el hierro, el níquel, etc. La magnetita es un imán de este tipo, compuesto por óxido ferroso férrico, cuya particularidad principal consiste en atraer fragmentos de hierro natural.

• IMANES ARTIFICIALES: esta denominación recae sobre aquellos cuerpos magnéticos que, tras friccionarlos con magnetita se transforman de manera artificial en imanes

• IMANES TEMPORALES: los imanes temporales están conformados por hierro dulce y se caracterizan por poseer una atracción magnética de corta duración.

• IMANES CERÁMICOS O FERRITAS. Esta clase de imanes tiene un aspecto liso y color grisáceo. Suelen ser de los más utilizados debido a su maleabilidad. Aunque, por otro lado, al ser frágiles, corren el riesgo de romperse con facilidad.

 • IMANES DE ALNICO: el nombre deriva de una

contracción de las palabras: aluminio, níquel y cobalto, elementos de los que se compone. Esta clase de imanes presentan un buen comportamiento frente a la presencia de altas temperaturas, sin embargo, no cuentan con considerable fuerza.

 

• IMANES PERMANENTES: con este término se alude a aquellos imanes constituidos por acero, los cuales conservan la propiedad magnética por un tiempo perdurable.

• IMANES DE TIERRAS RARAS: esta clase de imanes se subdividen en dos categorías de acuerdo al material químico del que se compone:

•Neodimio: están formados por hierro, neodimio y boro. Presentan una oxidación fácil, y se utilizan en aquellos casos donde las temperaturas no alcanzan los 80º C.

•Samario cobalto: no suelen oxidarse de manera fácil, aunque el precio al que cotizan es muy elevado.

TIPOS DE IMANES

Un campo magnético es una descripción matemática de la influencia magnética de las corrientes eléctricas y de los materiales magnéticos. El campo magnético en cualquier punto está especificado por dos valores, la dirección y la magnitud; de tal forma que es un campo vectorial. Específicamente, el campo magnético es un vector axial, como lo son los momentos mecánicos y los campos rotacionales. El campo magnético es más comúnmente definido en términos de la fuerza de Lorentz ejercida en cargas eléctricas. Campo magnético puede referirse a dos separados pero muy relacionados símbolos B y H..

CAMPO MAGNETICO

Los campos magnéticos son producidos por cualquier carga eléctrica en movimiento y el momento magnético intrínseco de las partículas elementales asociadas con una propiedad cuántica fundamental, su espín. En la relatividad especial, campos eléctricos y magnéticos son dos aspectos interrelacionados de un objeto, llamado el tensor electromagnético. Las fuerzas magnéticas dan información sobre la carga que lleva un material a través del efecto Hall. La interacción de los campos magnéticos en dispositivos eléctricos tales como transformadores es estudiada en la disciplina de circuitos magnéticos

CAMPO MAGNETICO

TEORÍA MODERNA DEL MAGNETISMO

En general se acepta que el magnetismo de la materia es el resultado del movimiento de los electrones en los átomos de las sustancias. De ser así, el magnetismo es una propiedad de la carga en movimiento y está estrechamente relacionado con el fenómeno eléctrico. De acuerdo con la teoría clásica, los átomos individuales de una sustancia magnética son, en efecto, diminutos imanes con polos norte y sur. La polaridad magnética de los átomos se basa principalmente en el espín de los electrones y se debe, solo en parte, a sus movimientos orbitales alrededor del núcleo.

Los átomos en un material magnético están agrupados en microscópicas regiones magnéticas conocidas como dominios. Se piensa que todos los átomos dentro de un dominio están polarizados magnéticamente a lo largo de un eje cristalino. En un material no magnetizado, estos dominios se orientan en direcciones al azarSe usa un punto para indicar que una flecha está dirigida hacia afuera del papel, y una cruz indica una dirección hacia adentro del papel. Si un gran número de dominios se orientan en la misma dirección, el material mostrara fuertes propiedades magnéticas.

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

MAGNETISMO TERRESTRE

• 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.

CONCEPTO DE ELECTROMAGNETISMO Y SU DESARROLLO HISTÓRICO

CONCEPTO DE ELECTROMAGNETISMO

• Rama de la física que estudia las relaciones entre la electricidad y el magnetismo, es decir, el campo magnético creado por la corriente eléctrica y el efecto de un campo magnético sobre una corriente eléctrica.

• Dentro de esta rama se hallan, por el hecho de basarse en las leyes del electromagnetismo, la electrodinámica y la inducción electromagnética, que tratan, respectivamente, de las acciones pondero motrices entre las corrientes eléctricas y de las fuerzas electromotrices inducidas en un circuito por la variación del flujo electromagnético.

DESARROLLO HISTORICO • El fenómeno del magnetismo se conoce desde

tiempos antiguos. La piedra imán o magnetita, un óxido de hierro que tiene la propiedad de atraer los objetos de hierro, ya era conocida por los griegos, los romanos y los chinos.Tales de Mileto, matemático, astrónomo y filosofo griego observo que al frotar el ámbar con seda sé producían chispas y el ámbar adquiría la capacidad de atraer partículas de pelusa y de paja.

• La palabra griega para el ámbar es el electrón, de ella se deriva las palabras electricidad, electrón y electrónica. Noto la fuerza de atracción entre trozos de una roca magnética natural llamada piedra de imán que se encontró en un lugar llamado magnesia, de cuyo nombre se derivan las palabras magneto y magnetismo.

• En el siglo XIII, el erudito francés Petrus Peregrinus realizó importantes investigaciones sobre los imanes. Tales de Mileto fue pionero en la electricidad y el magnetismo, pero su interés como el de otros contemporáneos era filosófico que practico. Sin embargo, el primer estudio científico de los fenómenos eléctricos no apareció hasta el 1600 d.C.,

RELACIÓN ENTRE MAGNETISMO Y ELECTROMAGNETISMO

RELACIÓN ENTRE MAGNETISMO Y ELECTROMAGNETISMO

campo magnético producido por una corriente eléctrica en un conductor recto

• Una vez establecido que las corrientes eléctricas producen campos magnéticos, interesó establecer expresiones operativas que permitan calcular el campo creado por algunos tipos de corriente. Lógicamente, después de la experiencia de Oersted, el primer caso que se estudió fue la corriente rectilínea.

• El resultado de la experiencia de Oersted indica que el campo magnético producido por una corriente rectilínea es perpendicular a dicha corriente. Además, el magnetismo natural muestra que las líneas de fuerza son cerradas en todas las experiencias. Por lo tanto, teniendo en cuenta la geometría de la situación, es lógico plantear que las líneas del campo deben ser circunferencias contenidas en planos perpendiculares a la corriente y con el centro en el conductor.

• La veracidad de esta hipótesis se puede comprobar sencillamente colocando una brújula en diversas posiciones alrededor de la corriente o espolvoreando en un plano perpendicular a la corriente limaduras de hierro, que se imantan y dibujan la líneas del campo magnético.

• Se constata también que el sentido de las líneas del campo magnético verifica respecto del de la corriente la llamada regla de la mano derecha o de cualquier rosca (como la de un tornillo o un sacacorchos), que ilustra el dibujo adjunto. Esta regla tiene en cuenta que, como es lógico, si se invierte el sentido de la corriente eléctrica, también se invierte el sentido de circulación del campo magnético.

• Utilizamos la ley de Biot y Savart para calcular el campo magnético B producido por un conductor rectilíneo por el que circula una corriente de intensidad I

• Hilo Finito:

Hilo infinito: q1= -p/2 y q2 = p/2

campo magnético producido por una corriente eléctrica en un conductor una

espira• En muchos dispositivos que utilizan una corriente

para crear un campo magnético, tales como un electroimán o un transformador, el hilo que transporta la corriente está arrollado en forma de bobina formada por muchas espiras. Estudiaremos, en primer lugar, el campo creado por una espira.

• Utilizamos la ley de Biot y Savart para calcular el campo magnético B producido por una espira circular por la que circula una corriente de intensidad I, en el centro y en un punto de su eje.

• Espira en centro:

• Espira en eje (a una distancia x del centro):

Polaridad de una espira:• El espectro magnético resultante se parece mucho

al de un imán recto con sus polos norte y sur. La cara norte de una corriente circular, considerada ésta como un imán, es aquella de donde salen las líneas de fuerza y la cara sur es aquella otra por donde entran dichas líneas.

• La relación entre la polaridad magnética de una espira y el sentido de la corriente que circula por ella la establece la regla de la mano derecha de la que se deriva esta otra: una cara es norte cuando un observador situado frente a ella ve circular la corriente en sentido anti horario y es sur en el caso contrario.

campo magnético producido por una corriente eléctrica en un conductor un

solenoide• El campo magnético creado por un solenoide tiene

las líneas de fuerza en su interior, son perpendiculares al plano de la espira y cerradas sobre sí mismas

• De acuerdo con la regla de la mano derecha, para determinar el sentido del vector inducción, bastara coger la espira en uno cualquiera de sus puntos con el dedo pulgar señalando el sentido de la corriente y verificar el giro de los restantes dedos de la mano

• Ese será el sentido del vector inducción. Puesto que una corriente eléctrica se comporta de forma similar a un imán, vamos a ver como pueden determinarse sus polos magnéticos para el caso de una espira, solenoide, etc. Como regla general puede establecerse que en toda espira, si la corriente que la recorre tiene sentido antihorario cuando se la observa frontalmente, esa cara es NORTE, en tanto si el sentido de circulación es horario.

• La densidad de flujo magnético en un solenoide se calcula mediante:

B= µNI / L

• Donde:• B= densidad de flujo magnético en teslas (T)• µ= permeabilidad del medio que rodea al

conductor en Tm/A• I= intensidad de la corriente que circula por el

conductor en ampere (A)• N= numero de vueltas• L= longitud de solenoide en metros(m)

Inducción electromagnética y su relevancia en la electrificación

• La inducción electromagnética es el fenómeno que origina la producción de una fuerza electromotriz en un medio o cuerpo expuesto a un campo magnético variable, o bien en un medio móvil respecto a un campo magnético estático no uniforme. Es así que, cuando dicho cuerpo es un conductor, se produce una corriente inducida. Este fenómeno fue descubierto por Michael Faraday en 1831, quien lo expresó indicando que la magnitud de la tensión inducida es proporcional a la variación del flujo magnético (Ley de Faraday).

• Una corriente eléctrica puede ser producida por medio de un campo magnético cambiante, por lo contrario un campo magnético constante no puede generara corriente.

• La corriente generada en el circuito secundario, solo se produce en el instante cuando el campo magnético sobre de la bobina secundaria cambia, es decir, el circuito secundario se maneja como si una fuente fem se conectara a este por un periodo de tiempo muy corto, por lo tanto se dice que se produce una Fem inducida en el circuito secundario debido al campo magnético cambiante.

CONCLUSIONES

Podemos decir que la Hidráulica es la ciencia en cargada del estudio de las manifestaciones del magnetismo y la energía simultáneamente puesto que la corriente aislante produce un campo genérico muy parecido al producido por un imán.Podemos mencionar que su estudio ha sido de gran importancia para la humanidad ya que ha permitido la electrificación del mundo y la evolución de éste, ya que nos permite la creación de nuevas tecnologías para el progreso de la ciencia y de la humanidad.

REFERENCIAS• Torres, I. (2007). Matemáticas II. México. Pasajes.• Villanueva, G. (2000). Aplicaciones Matemáticas.

México. Trillados.

• Las Matemáticas. (2011). Análisis de Datos. Recuperado desde http://electronicchool.blogspot.mx/2012/01/lacircunferencia.html, el 19 de abril 2013.

• WIKIPEDIA. (2015). Número. Recuperado desde https://es.wikipedia.org/wiki/Número , el 12 de mayo de 2015.