ELECTROMAGNETISMO
es el conocimiento y el uso registrado de las fuerzas electromagnéticas, data de hace más de dos mil años. En la antigüedad ya
estaban familiarizados con los efectos de la electricidad atmosférica, en particular,
del rayo ya que las tormentas son comunes en las latitudes más meridionales, y a que
también se conocía el fuego de San Telmo. Sin embargo se comprendía poco la electricidad, y no eran
capaces de explicar científicamente estos fenómenos.
Tiene múltiples
aplicaciones, puesto que aparece cuando hay corriente eléctrica y
desaparece cuando cesa la corriente eléctrica. Alguna de las aplicaciones
del electromagnetismo son las siguientes:
Electro imán. Es un tipo de imán en el que
el campo magnético se produce mediante el flujo de una corriente eléctrica,
desapareciendo en cuanto cesa dicha corriente.
Relé. Es un dispositivo
electromecánico. Funciona como un interruptor controlado por un circuito
eléctrico.
Alternador. Es una máquina eléctrica,
capaz de transformar energía mecánica en energía eléctrica, generando una
corriente alterna mediante inducción electromagnética.
Dinamo y motor de corriente
continúa. Una
dinamo es un generador eléctrico destinado a la transformación de flujo
magnético en electricidad mediante el fenómeno de la inducción
electromagnética, generando una corriente continua.
Transformador. Es un dispositivo eléctrico
que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de
corriente alterna, manteniendo la potencia.
Densidad e intensidad de
un campo magnético.
La inducción magnética o densidad
de flujo magnético, cuyo símbolo es B, es el flujo magnético que
causa una carga eléctrica en movimiento por cada unidad de área normal a la
dirección del flujo. En algunos textos modernos recibe el nombre de intensidad de campo magnético, ya que
es el campo real.
Los
campos magnéticos generados por las corrientes y que se calculan por la ley
de Ampere o la ley
de Biot-Savart, se caracterizan por
el campo
magnético Bmedido en Teslas. Pero cuando los campos
generados pasan a través de materiales que por sí mismo contribuyen con
sus campos magnéticos internos, surgen ambigüedades sobre que parte del campo
proviene de las corrientes externas, y que parte la proporciona el material en
sí.
Fuerza sobre un
conductor por el que circula una corriente.
Si el conductor se
introduce perpendicularmente a un campo magnético recibirá una fuerza lateral
cuyo valor se determina con la siguiente expresión matemática:
Donde:
F: fuerza magnética que recibe el
conductor, en newton(N)
B: inducción magnética medida en teslas
(T)
I: intensidad de la corriente eléctrica
que circula por un conductor se mide en amperes(A)
l:
longitud del conductor sumergido en el campo magnético, se expresa en metros
(m)
De la misma manera que
sucede una carga móvil, si el conductor por el que circula una corriente forma
un Angulo 0 con el campo magnético, la fuerza que recibe se determina con la
expresión:
Fuerza magnética entre 2
conductores paralelos.
Si por dos
conductores circula una corriente, cada uno sufrirá el efecto del campo
magnético del otro. Si la corriente es de igual sentido aparece una fuerza de
atracción entre ambos.
ley Biot-Savart. "Relaciona
los campos magnéticos con las corrientes que los crean. De una manera similar a
como la ley de Coulomb relaciona los campos eléctricos con las cargas puntuales
que las crean. La obtención del campo magnético resultante de una distribución
de corrientes, implica un producto vectorial, y cuando la distancia desde la
corriente al punto del campo está variando continuamente, se convierte
inherentemente en un problema de cálculo diferencial".
Historia de Gauss y como
descubrió el campo magnético. Carl Friedrich Gauss nació el 30 de
abril de 1777, en Brunswick, (ahora Alemania), y murió el 23 de febrero de
1855, en Göttingen, Hannover (Ahora Alemania). Junto a Arquímedes y Newton,
Gauss es sin duda uno de los tres genios de la historia de las Matemáticas. Sus
aportaciones en todos los campos matemáticos fueron increíbles, aunque algunos
de sus descubrimientos tuvieran que esperar más de un siglo para ser valorados
debidamente. Las aportaciones de Gauss en todos los campos de la Matemática son
inestimables, Teoría de números, Astronomía, Magnetismo, Geometría y Análisis.
Cualquier gran descubrimiento matemático a lo largo de este siglo encuentra
detrás la alargada sombra de Gauss.
En
1833, inventó un telégrafo eléctrico que usó entre su casa y el observatorio, a
una distancia de unos dos kilómetros. Inventó también un magnetómetro bifiliar
para medir el magnetismo y, con Weber, proyectó y construyó un observatorio no
magnético.
Ley de Gauss del campo
magnético. Establece que el flujo de ciertos campos a través de una superficie
cerrada es proporcional a la magnitud de las fuentes de dicho campo que hay en
el interior de dicha superficie. Dichos campos son aquellos cuya intensidad
decrece como la distancia a la fuente al cuadrado. La constante de
proporcionalidad depende del sistema de unidades empleado.
Se aplica al campo electrostático y al gravitatorio. Sus fuentes son la carga eléctrica y la masa, respectivamente. También
puede aplicarse al campo magnetostático.
Historia de Ampere y como concluyo en la ley que lleva su nombre.
El amperio o ampere (símbolo A), es la unidad de intensidad
de corriente eléctrica. Forma parte de las unidades
básicas en el Sistema
Internacional de Unidades y fue
nombrado en honor al matemático y físico francés André-Marie
Ampere. El amperio es la intensidad de una corriente constante que,
manteniéndose en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita,
de sección circular despreciable y situados a una distancia de un metro uno de
otro en el vacío, produciría una fuerza igual a 2×10-7 newton por metro de longitud.
La Ley de Ampere. Modelada por André-Marie Ampère en 1831,relaciona un campo magnético estático con la causa que la
produce, es decir, una corriente eléctrica
estacionaria. James Clerk Maxwell la corrigió posteriormente y
ahora es una de las ecuaciones de
Maxwell,
formando parte del electromagnetismo de la física clásica.
La ley de Ampére 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.
Historia de Faraday y la conclusión de la ley que lleva su nombre.
Fue
discípulo del químico Humphry Davy, y ha
sido conocido principalmente por su descubrimiento de la inducción electromagnética, que ha
permitido la construcción de generadores y motores eléctricos, y de
las leyes de la electrólisis, por lo que es considerado como el verdadero
fundador del electromagnetismo y
de la electroquímica.
En 1831 trazó
el campo magnético alrededor
de un conductor por el que circula una corriente eléctrica (ya descubierta por Oersted), y ese
mismo año descubrió la inducción electromagnética,
demostró la inducción de una corriente eléctrica por otra, e introdujo el
concepto de líneas de fuerza, para representar los campos magnéticos. Durante
este mismo periodo, investigó sobre la electrólisis y
descubrió las dos leyes fundamentales que llevan su nombre:
·
La masa de la sustancia liberada en una
electrólisis es directamente proporcional a la cantidad de electricidad que ha
pasado a través del electrolito masa
= equivalente electroquímico, por la intensidad y por el tiempo (m = c I t).
·
Las masas de distintas sustancias liberadas por la
misma cantidad de electricidad son directamente proporcionales a sus pesos
equivalentes.
Con sus
investigaciones se dio un paso fundamental en el desarrollo de la electricidad
al establecer que el magnetismo produce electricidad a través del movimiento.
Se
denomina faradio (F),
en honor a Michael Faraday, a la unidad de capacidad eléctrica del SI de unidades. Se define como la capacidad de un conductor tal
que cargado con una carga de un culombio,
adquiere un potencial electrostático de un voltio. Su
símbolo es F.
la Ley de Faraday. Cualquier
cambio del entorno magnético en que se encuentra una bobina de cable, originará
un "voltaje" (una fem inducida en la bobina). No importa como se
produzca el cambio, el voltaje será generado en la bobina. El cambio se puede
producir por un cambio en la intensidad del campo magnético, el movimiento de
un imán entrando y saliendo del interior de la bobina, moviendo la bobina hacia
dentro o hacia fuera de un campo magnético, girando la bobina dentro de un
campo magnético, etc.
Historia de Lenz y como concluyo en la ley que lleva su nombre.
El sentido de las corrientes o fuerza
electromotriz inducida es tal que se opone siempre a la causa que la produce, o
sea, a la variación del flujo.
También realizó investigaciones significativas
sobre la conductividad de los cuerpos en relación con su temperatura,
descubriendo en 1843 la relación entre ambas, lo
que luego fue ampliado y desarrollado por James Prescott Joule, por lo que pasaría a
llamarse "Ley de Joule".
Nacido en lo que hoy en día es Estonia, y tras completar su educación secundaria en 1820, Lenz estudió química y
física en la Universidad de Tartu, su ciudad
natal.
Viajó con Otto von Kotzebue en su tercera expedición
alrededor del mundo desde 1823 a 1826. Durante el viaje Lenz
estudió las condiciones climáticas y las propiedades físicas del agua del mar.
Después del viaje, Lenz comenzó a
trabajar en la Universidad de San
Petersburgo,
donde posteriormente sirvió como Decano de Matemática y Física desde 1840 a 1863. Comenzó a estudiar el electromagnetismo en 1831. Gracias a la ya nombrada Ley de Lenz, se completó la Ley de Faraday por lo que es habitual
llamarla también Ley de Faraday-Lenz para hacer honor a sus esfuerzos en el
problema, los físicos rusos siempre usan el nombre "Ley de
Faraday-Lenz".
La 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. Esta ley se llama así en honor del físico
germano-báltico Heinrich Lenz, quien la formuló en el año 1834. En un contexto más general que el usado por Lenz, se conoce
que dicha ley es una consecuencia más del principio
de conservación de la energía aplicado a la energía del campo
electromagnético.
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