SEGUNDA UNIDAD

ELECTROMAGNETISMO EN LOS CUERPOS

ANALISIS DEL MAGNETISMO

FENOMENON ELECTRICO FENOMENO MAGNETICO

ImánN S

Naturales

Artificiales

Permanentes

TemporalesPermanentes

Temporales

Magnetismo

INTRODUCCIÓN AL ELECTROMAGNETISMO.

El ser humano hace mucho tiempo se dio cuenta de que en la naturaleza existen materiales que eran capaces de atraer al hierro, como la magnetita. Algunas de las propiedades que tiene son:

1.-Atraen al hierro, y otros metales como cobalto, níquel y sus aleaciones

Imanes unidos a un hierro

2.- Orientan sus moléculas en la misma dirección.

Moléculas orientadas

3.- Crean dos polos opuestos en sus extremos, y de ellos salen líneas de fuerza que van de uno al otro.

Polos y líneas de fuerza de un imán

4.- Cuando enfrentamos dos polos de distinto tipo se atraen5.- Cuando enfrentamos dos polos del mismo tipo se repelen.

Atracción y repulsión de imanes

6.- Los polos norte y sur no se pueden separar. Si se parte un trozo del material, cada trozo vuelve a ser un imán con polo norte y sur.

No existe un solo polo

7.- Sus propiedades atraviesan objetos como papel, madera, plásticos, etc.

8.- Si frotamos un objeto de acero con un imán, el objeto adquiere las propiedades magnéticas del imán y se comporta como tal.

CAMPO MAGNÉTICO Es la región imaginaria del espacio que

rodea un imán o a una corriente eléctrica en donde se experimentan interacciones de origen magnético.

La interacción magnética es conocida como el vector campo magnético

Los imanes tienen un campo magnético que los rodea, es muy fácil observarlo si dejamos limaduras de hierro cerca del imán que se sitúan sobre las líneas de fuerza del mismo.

Líneas de fuerza de un imán con limaduras de hierro

Hace más de dos mil quinientos años, los chinos ya conocían estas propiedades y crearon la primera brújula al concebir la tierra como un enorme imán.

Norte magnético y sur terrestre

Con ella podían conocer la orientación del norte y del sur en cualquier lugar. El polo norte magnético corresponde con el sur geográfico, y el polo sur magnético corresponde con el polo norte geográfico.

También se observó que el paso de la corriente eléctrica por un conductor creaba un campo magnético alrededor del conductor siguiendo la regla de la mano derecha. A este campo magnético generado eléctricamente se le llama electromagnetismo.

Campo magnético generado por el paso de corriente

Si este conductor lo cerramos formando espiras, los campos magnéticos de todas las espiras se suman en el interior de la bobina, produciendo un campo magnético mayor

Campo magnético generado en una bobina

Este proceso es reversible, es decir, si en el interior de una bobina hacemos que varíe un campo magnético, conseguiremos que circule corriente por la bobina. El comportamiento de la bobina es como el de un imán eléctrico

El campo magnético genera corriente alterna

DENSIDAD DE FLUJO

Permeabilidad magnética de los diferentes materiales en relación a la de vacío.

la densidad se refiere a la "cantidad de masa que existe en una determinada área específica". esto quiere decir que: nos referimos a cuanto de "algo" cabe en un determinado espacio (por definirlo de una forma muy simple).la intensidad de ampo magnético, hablando de densidades aumenta de forma directa con la densidad. esto quiere decir que a mayor densidad de flujo magnético, mayor intensidad de campo magnético.

PERMEABILIDAD MAGNETICA

En física se denomina permeabilidad magnética a la capacidad de una sustancia o medio para atraer y hacer pasar a través de ella campos magnéticos, la cual está dada por la relación entre la inducción magnética existente y la intensidad de campo magnético que aparece en el interior de dicho material.

PERMEABILIDAD MAGNÉTICA

Comparación simple de permeabilidades para: ferromagnetos (μf), paramagnetos (μp), diamagnetos (μd) y el vacío (μ0).

SUSCEPTIBILIDAD DE MATERIALES DIAMAGNÉTICOS Y PARAMAGNÉTICO

TABLA DE PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE MATERIALES COMUNES

Material Presentación

Composición aproximada (%)

Permeabilidad inicial (B=20, gauss)

Permeabilidad máxima

Densidad de saturación de flujo (B, gauss)

Fe Ni Co Mo Otros

Acero laminado en frío Lámina 98.5 --- --- --- --- 180 2000 21 000

Hierro Lámina 99.91 --- --- --- --- 200 5000 21 500

Hierro purificado Lámina 99.95 --- --- --- --- 5000 180 000 21 500

Hierro al 4% silicio - grano orientado

LáminaLámina

9697

------

------

------

4 Si3 Si

5001500

700030 000

19 70020 000

45 Permalloy Lámina 54.7 45 --- --- --- 2500 25 000 16 000Permalloy 45 Lámina 54.7 45 --- --- --- 4000 50 000 16 000Hipernik Lámina 50 50 --- --- --- 4500 70 000 16 000Monimax Lámina --- --- --- --- --- 2000 35 000 15 000Sinimax Lámina --- --- --- --- --- 3000 35 000 11 000Permalloy 78 Lámina 21.2 78.5 --- --- 0.3

Mn 8000 100 000 10 700

Permalloy 4-79 Lámina 16.7 79 --- 4 0.3 Mn 20 000 100 000 8700

Mu metal Lámina 18 --- --- --- --- 20 000 100 000 6500Supermalloy Lámina 15.7 79 --- 4.3 --- 100 000 800 000 8000Permendur Lámina 49.7 79.0 --- 05.0 --- 800 5000 24 500Permendur 2V Lámina 49 --- --- --- --- 800 4500 24 000Hiperco Lámina 64 --- --- --- --- 650 10 000 24 200Permalloy 2-81 Polvo

aislado 17 --- --- --- --- 125 130 8000

Hierro Carbonyl Polvo aislado 99.9 --- --- --- --- 55 132 ---

Ferroxcube III Polvo sinterizado --- --- --- --- --- 1000 1500 2500

Para comparar entre sí los materiales, se entiende la permeabilidad magnética absoluta (µ) como el producto entre la permeabilidad magnética relativa () y la permeabilidad magnética de vacío ():

= los materiales se pueden clasificar según su

permeabilidad magnética relativa en: ferromagnéticos, cuyo valor de

permeabilidad magnética relativa es muy superior a 1.

paramagnéticos o no magnéticos, cuya permeabilidad relativa es aproximadamente 1 (se comportan como el vacío).

diamagnéticos, de permeabilidad magnética relativa inferior a 1.

Los materiales ferromagnéticos atraen el campo magnético hacia su interior. Son los materiales que "se pegan a los imanes". Esa propiedad recibe el nombre de ferromagnetismo. Ejemplos de ellos son el hierro y el níquel.

Los materiales paramagnéticos son la mayoría de los que encontramos en la naturaleza. No presentan ferromagnetismo, y su reacción frente a los campos magnéticos es muy poco apreciable.

Los materiales diamagnéticos repelen el campo magnético, haciendo que éste pase por el exterior del material. En general, esta acción diamagnética es muy débil, y no es comparable al efecto que produce el campo magnético sobre los materiales ferromagnéticos. Un ejemplo de material diamagnético es el cobre.

Otro efecto de los campos magnéticos sobre los materiales es el antiferromagnetismo, que resulta en una polarización nula del material, pero produce una ordenación interna de éste.

La magnitud así definida, el grado de magnetización de un material en respuesta a un campo magnético, se denomina permeabilidad absoluta y se suele representar por el símbolo μ:

µ= /𝛽 𝐻 donde β es la inducción magnética (también

llamada densidad de flujo magnético) en el material, y H es intensidad de campo magnético.

CONDUCTOR RECTILÍNEO En la figura se muestra un tramo de alambre

de longitud que lleva una corriente y que está colocado en un campo magnético. Para simplificar se ha orientado el vector densidad de corriente de tal manera que sea perpendicular a .

La corriente en un conductor rectilíneo es transportada por electrones libres, siendo el número de estos electrones por unidad de volumen del alambre.

Tramo de un conductor rectilíneo de longitud l, que transporta una intensidad i y colocado en un campo magnético B

SOLENOIDE Bobina cilíndrica de hilo conductor arrollado

de manera que la corriente eléctrica produzca un intenso campo magnético.

Un solenoide es definido como una bobina de forma cilíndrica que cuenta con un hilo de material conductor enrollada sobre si a fin de que, con el paso de la corriente eléctrica, se genere un intenso campo eléctrico. Cuando este campo magnético aparece comienza a operar como un imán..

La función principal de un solenoide es activar una válvula que lleva su mismo nombre, la válvula solenoide. Esta válvula opera de acuerdo a los pulsos eléctricos de su apertura y de su cierre.

Por lo general, este tipo de dispositivo se puede programar según ciertos horarios y dentro de sus usos más comunes se encuentran los sistemas de regulación hidráulica y neumática

 FUERZA Y MOMENTO DE TORSION EN UN CAMPO MAGNETICO

Momento de torsión es el trabajo que hace que un dispositivo gire cierto ángulo en su propio eje oponiendo este una resistencia al cambio de posición.

Si colocamos una espira rectangular por la que hacemos pasar  una corriente eléctrica dentro de un campo magnético B producida por 2 imanes. Veamos que el momento de torsión es máximo cuando el ángulo es de 0, es decir cuando el plano de la espira es paralelo al flujo magnético y la bobina gira alrededor de su eje; de esta  forma el ángulo se incrementa reduciendo así el efecto rotacional de las fuerzas magnéticas f, hasta llegar  a cero.      

PODEMOS CALCULAR  EL MOMENTO DE TORSIÓN DE ESTA ÚNICA ESPIRA CON LA SIGUIENTE ECUACIÓN:

T=BIA cos a Si la espira se reemplaza por un

embobinado muy compacto, con N espiras, la ecuación de momento de torsión es:

T=NBIA cos a

DONDE: T=momento de torsión N=número de vueltas del devanado  B=inducción magnética              I=corriente que pasa por el

alambre         A=área que abarca la espira                   a=ángulo de inclinación de la espira 

respecto a las líneas

EL DISPOSITIVO QUE SIRVE  PARA DETECTAR   UNA CORRIENTE ELÉCTRICA  SE  LLAMA GALVANÓMETRO.

MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

Un motor eléctrico es un aparato que usa campos eléctricos producidos por un embobinado para que , junto con sus respectivos imanes, producir un movimiento rotacional continuo. Es decir convierte la energía eléctrica en energía mecánica.

LA CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES DEPENDE DE CÓMO ESTÁN CONECTADAS LAS BOBINAS  Y LA ARMADURA.

LEY DE FARADAY

Faraday concluyo que un campo magnético estacionario no produce corriente, un campo magnético en movimiento si era capaz de producirla.

FEM INDUCIDA EN UN CIRCUITO

Faraday demostró que si el flujo magnético cambia de manera brusca, la intensidad de la corriente inducida aumenta. Para cuantificar lo anterior, Faraday propuso una expresión que es conocida como LEY DE INDUCCIÓN o LEY DE FARADAY la cual sostiene que la Fem inducida es proporcional a la rapidez de cambio del flujo magnético que atraviesa un circuito.

Si tenemos una bobina de N espiras, la ley de Faraday resulta:

En el SI, la Fem inducida se mide en volts, por tanto: 1V = 1Wb/s

LEY DE LENZ La ley de Lenz para el campo

electromagnético relaciona cambios producidos en el campo eléctrico en un conductor con la variación de flujo magnético en dicho conductor, y afirma que las tensiones o voltajes inducidos sobre un conductor y los campos eléctricos asociados son de un sentido tal que se oponen a la variación del flujo magnético que las induce.

(esto se basa en el principio de conservación de la energía).

La polaridad de una tensión inducida es tal, que tiende a producir una corriente, cuyo campo magnético se opone siempre a las variaciones del campo existente producido por la corriente original.

El flujo de un campo magnético uniforme a través de un circuito plano viene dado por:

LEY DE AMPERE - MAXWELL

La ley de Ampere explica, que la circulación de la intensidad del campo magnético en un contorno cerrado es igual a la corriente que lo recorre en ese contorno.

El campo magnético es un campo angular con forma circular, cuyas líneas encierran la corriente. La dirección del campo en un punto es tangencial al círculo que encierra la corriente.

El campo magnético disminuye inversamente con la distancia al conductor.

Una corriente eléctrica produce un campo magnético, siguiendo la Ley

de Ampere.