jueves, 30 de noviembre de 2017

Bloque 2: Electromagnetismo


ELECTROMAGNETISMO

Introducción:
En primera instancia, se da un panorama general de los fenómenos magnéticos tal como las propiedades de los imanes,los tipos de materiales magnéticos y el campo magnético terrestre.

En segunda instancia, se explica el fenómeno de la inducción electromagnética, las leyes del electromagnetismo, una aportación por Michael Faraday otra por Lez.

finalmente, se describen los dispositivos que marcaron una fuerte influencia en el desarrollo de la civilización actual como son el motor, el generador y el trasformador.

Fenómenos Magnéticos:

Los griegos denominaron magnetismo a aquellos objetos cuya formula química es un oxido de fierro (Fe2O4) que tiende a atraer sustancias magnéticas.
El termino magnetismo se utilizo para designar el conjunto de las propiedades de estos materiales, en virtud del nombre de la ciudad de la ciudad donde fueron descubiertos.

Tipos de imanes.


CAMPO MAGNÉTICO DE LA TIERRA
Se debe a Sir William Gilbert la observación de que la tierra es un gran imán. Para probar esta teoría, Gilbert  tallo una esfera de magnética y demostró que una pequeña brújula colocada en cualquier punto de esa esfera siempre apuntaba donde lo hace la tierra, hacia el polo norte.

Por su polaridad el polo norte magnético es un polo sur y el polo sur magnético es un polo norte. Esto resulta evidente por las lineas de fuerza magnéticas las cuales siempre se inician en el polo norte y terminan en el polo sur.
Resultado de imagen para Sir William Gilbert


ELECTROIMAN
El fierro puro(hierro dulce) cuando se imanta, no conserva su magnetismo pero se emplea para construir electroimanes.
La propiedad de las sustancias ferromagneticas es aprovechada para obtener campos magnéticos de valor elevado.
Los electroimanes tienen una gran variedad de aplicaciones en la ciencia y la tecnología, una de las aplicaciones del elctroiman es en la infustria de los hornos de fundición de acero, en el cual un poderoso elctroiman atrae y transporta grandes cantidades de chatarra férrea para procesarla.
DOMINIOS MAGNÉTICOS
El campo magnetico de un atomo de fierro individual es tan intenso que las interacciones entre atomos adyacentes hacen que grandes grupos de ellos se alinen entre si. A estos grupos de atomos alineados seles llama dominios magneticos. Cada dominio esta formado por miles de millones de atomos alineado.
En un clavo de fierro los dominios están orientados al azar y cuando se acerca un imán los dominios tienden a orientarse en una sola dirección.

 PROPIEDADES DE LOS IMANES
Cuando una barra imantada se introduce en una caja que contiene limadura, de fierro se observa que las partículas se adhieren a los extremos de la barra. A estas regiones de atracción se les llama plos magnéticos, si el imán se suspende de un hilo, quedara en reposo orientado en una dirección norte-sur en la Tierra.
Los polos magnéticos de imán reciben las denominaciones polo magnético norte y polo magnético sur.


















MAGNETITA
El termino magnetismo se utilizo entonces para designar el conjunto de la propiedades de estos materiales, en virtud del  nombre de la ciudad donde fueron descubiertos.

miércoles, 29 de noviembre de 2017

LEY DE AMPERE

Ley de Ampere


En física del magnetismo, la ley de Ampère, modelada por André-Marie Ampère en 1831, relaciona un campo magnético estático con la causa, es decir, una corriente eléctrica estacionaria.
La ley de Ampére explica que la circulación de la intensidad del campo magnético en un contorno cerrado es proporcional a la corriente que 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.
P: permeabilidad del vacío: 4{\displaystyle 2\pi \rho \,}πx1T.m/A
B: Campo Magnético (T)
R: distancia (m)
I: corriente eléctrica (A)
Ejercicio
¿Qué es un campo magnético?
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.
¿Cómo se puede observar un campo magnético?
También se deberían ver las líneas del campo magnético terrestres pero resultan ser muy débiles y por eso apenas arrastran las virutas. Por eso las agujas de las brújulas son ligeras y están colocadas sobre líquido a veces.
¿Qué es el flujo magnético?
Es una medida de la cantidad de magnetismo, y se calcula a partir del campo magnético, la superficie sobre la cual actúa y el ángulo de incidencia formado entre las líneas de campo magnético y los diferentes elementos de dicha superficie.


¿Cuáles son las unidades de flujo magnético en el sistema internacional?
La unidad de flujo magnético en el Sistema Internacional de Unidades es el weber y se designa por Wb 
¿Qué es la densidad de flujo magnético o inducción magnética?
 La magnitud física que caracteriza al vector que representa al campo magnético recibe el nombre de vector inducción magnética y su símbolo es B
¿Cuáles son las unidades de inducción magnética en el sistema internacional?
La unidad de la densidad en el Sistema Internacional de Unidades es el tesla.
La unidad de flujo magnético es la del campo magnético multiplicado por la unidad del área, tesla-metro cuadrado, y se denomina weber (Wb):
Wb = 1 V·s = 1 T·m2 = 1 m2·kg·s-2·A-1.
¿Cómo se determina la dirección del campo magnético en un alambre recto?
Las líneas de campo magnético alrededor de un cable largo que lleva una corriente eléctrica, forman círculos concéntricos alrededor del cable. La dirección del campo magnético es perpendicular al cable y está en la dirección que apunta los dedos de la mano derecha si ellos envolvieran el cable, con el pulgar señalando la dirección de la corriente.



lunes, 27 de noviembre de 2017

INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

La inducción electromagnética y la fuerza electromotriz inducida.

Michael Faraday en Inglaterra (1777-1851) en conjunción con Joseph Henry en Estados Unidos (1797-1878) pensaron por separado que un campo magnético pudiera generar una corriente eléctrica.
Faraday y Henry descubrieron que se puede producir una corriente eléctrica en un conductor, solo con introducir o sacar un imán de un conductor en forma de bobina (solenoide). No se requiere de batería alguna u otro tipo de voltaje, solo el movimiento relativo de un imán en una espira de alambre. Descubrieron que el movimiento relativo entre un conductor y un campo magnético causa, o induce un voltaje y como consecuencia una corriente eléctrica inducida en el alambre.
Se induce un voltaje cuando el campo magnético de un imán se mueve cerca de un conductor estacionario, o bien el conductor se mueve en un campo magnético estacionario. Los resultados son los mismos ya sea que se mueva el conductor, el campo magnético o ambos a la vez.




Cuando el alambre se mueve a través de un campo magnético los electrones fluyen en el alambre debido al voltaje que aparece en el alambre. Esté voltaje se conoce como fuerza electromotriz inducida  (fem).Representa el trabajo hecho para darle energía a la corriente que fluye en el alambre.
Cuanto más grande es  el número de espiras del alambre que se desplazan en un campo magnético, mayores son el voltaje inducido y la corriente en el alambre.
Hay una relación directa entre el voltaje inducido y el número de espiras, si estas aumentan, también aumenta el voltaje.
El fenómeno de inducir voltaje alternando el campo magnético en torno a un conductor se llama inducción electromagnética.




Ley de Faraday

El fenómeno de inducción electromagnética se puede resumir en un enunciado que se conoce como ley de Faraday.
“El voltaje inducido en una bobina es directamente proporcional al número de espiras y la razón de cambio del campo magnético dentro de dichas espiras”
En términos de la corriente inducida, la ley de Faraday se expresa como: La intensidad de la corriente inducida en un circuito es directamente ´proporcional a la rapidez con la que cambia el flujo magnético que envuelve.

El fenómeno de inducción electromagnética tiene muchas aplicaciones en nuestra vida diaria, ejemplo de ello son los dinamos y los alternadores (generadores) que transforman la energía mecánica en energía eléctrica, así como los transformadores, los circuitos radioeléctricos y dispositivos de transmisión de energía eléctrica de un circuito a otro.

Ejemplo 4. Un alambre de 0.5m de largo, a la rapidez de 20m/s corta verticalmente hacia arriba un campo con la inducción magnética de 0.4 N/A.m(T). ¿Cuál es la fem que se induce en el alambre?

Datos
Formula
Sustitución
Resultado
L=0.5m
v=20m/s
B= 0.4N/A.m(T)
Fem=?
Fem=B L v
Fem=(0.4N/A.m)(0.5m)(20m/s)
Fem=4 V

Ejemplo 5. Un alambre tiene una longitud  total de 0.6m perpendicular a un campo con la inducción magnética de 0.5N/A.m. El alambre se mueve a través del campo a una rapidez de 20m/s. ¿Qué fuerza electromotriz se induce en el alambre?

Datos
Formula
Sustitución
Resultado
L= 0.6m
v= 20m/s
B= 0.5N/A.m
Fem=?
Fem=B L v
Fem=(0.5N/A.m)(0.6m)(20m/s)
Fem=6 V


domingo, 26 de noviembre de 2017

LEY DE LENZ

LEY DE LENZ
El físico ruso Heinrich Lenz (1804-1865) formulo una ley sobre la inducción electromagnética la cual se enuncia como.
"Siempre que se induce una fem, la corriente inducida tiene un sentido tal que tiende a oponerse a la causa que lo produce"
De acuerdo con la ley de Len, el sentido de la corriente inducida es contrario al de la corriente requerida para provocar el movimiento del campo magnético que la ha creado.

EL MOTOR Y EL GENERADOR.
Los generadores y los motores se construyen de la misma forma, sin embargo trasforman la energía en forma diferente. El generador convierte la energía mecánica en energía eléctrica; el motor convierte la energía eléctrica en energía mecánica.

En un generador, se hace girar mecánicamente la armadura a través de un campo magnético, para inducir un voltaje. este voltaje hace fluir la corriente. En un motor, se aplica un voltaje a través de una armadura que se encuentra en un campo magnético. El voltaje hace fluir la corriente por la bobina y girar la armadura.

Resultado de imagen para el motor



Resultado de imagen para el generador


sábado, 25 de noviembre de 2017

EL TRANSFORMADOR

EL TRANSFORMADOR
En muchas instalaciones eléctricas, e incluso en nuestras casas, muchas veces existe la necesidad de aumentar o disminuir el voltaje que proporciona la compañía que suministra la electricidad. El dispositivo que realiza esta operación se denomina transformador eléctrico.
Un trasformador eléctrico es un dispositivo que se emplea para aumentar o disminuir los voltajes de las corrientes alternas y es una aplicación de la inducción electromagnética
Un transformador tiene dos bobinas, aisladas eléctricamente una de la otra y enrolladas alrededor de un núcleo de fierro (bobina primaria, bobina secundaria). Cuando una bobina primaria se conecta a una fuente de corriente alterna, el cambio de flujo de corriente produce un campo magnético variable. El flujo magnético se transmite a la bobina secundaria a través del núcleo de fierro. El flujo variable induce una fem en la bobina secundaria.






La fem producida en la bobina secundaria, llamada voltaje secundario, es proporcional al voltaje primario y también depende del número de vueltas o de espiras de ambas bobinas.

Vs/Vp= Ns/Np

Si el voltaje secundario es mayor que el primario, el transformador se llama transformador elevador o de incremento. Si el voltaje secundario es menor que el primario, el transformador se llama transformador reductor o de reducción. En un transformador ideal, la potencia suministrada al circuito secundario es igual a la potencia que utiliza el primario. Un transformador ideal no consume potencia. La potencia eléctrica se define como P = V I, y como la potencia de la bobina primaria debe ser  igual a la de la potencia de la bobina secundaria, se tiene:


Pp = Ps
Pp = Vp  Ip  y  Ps = Vs  Is
Vp   Ip  =  Vs  Is
Queda como: 

                           VP  Ip= Vs Is 


Donde:
Vp = voltaje de la bobina primaria (V)
Vs = voltaje de la bobina secundaria (V)
Ip = intensidad de corriente de la bobina primaria (A)
Is = intensidad de corriente de la bobina secundaria (A)

LA SÍNTESIS DE MAXWELL

El trabajo más notable en el campo del electromagnetismo fue realizado por el físico escocés JAMES CLERK MAXWELL. Basándose en las leyes experimentales descubiertas por Coulomb, Ampare y Faraday  y  añadiendo a ellas nuevas concepciones creadas por el mismo
Maxwell  desarrollo un conjunto de ecuaciones que se conocen como ecuaciones de maxwell, en las cuales se sintetizan todos los conocimientos adquiridos acerca de los fenómenos electromagnéticos.
La consecuencia más grande a la que llego mediante esas ecuaciones fue la prevención de las ondas electromagnéticas, que actualmente se conocen ampliamente y son utilizadas en la ciencia y tecnología.



Maxwell encontró que no se requerían conductores para generar campos eléctricos o magnéticos, además, predijo que un campo magnético que se mueva en el espacio, genera un campo eléctrico que se mueve en el espacio, este campo eléctrico genera a la vez un campo magnético que se mueve en el espacio también, y así sucesivamente. Los campos viajan a través del espacio a la velocidad de la luz en forma de una onda.

Para producir una onda electromagnética se requiere un campo magnético cambiante, la corriente en el alambre debe también cambiar constantemente. Una corriente eléctrica cambiante significa una rapidez de flujo cambiante. Esta variación en la rapidez de flujo significa que las partículas cargadas aceleradas producen ondas electromagnéticas que se mueven en el espacio.