Corriente y campos magnéticos

Electrotecnia. Energía. Magnetismo. Carga. Conductor. Intensidad. Imanes

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Intensidad de la corriente

La intensidad de la corriente eléctrica es la carga que atraviesa la sección normal S del conductor en la unidad de tiempo. En el estudio del motor iónico vimos el significado de flujo másico y flujo de carga o intensidad

Corriente y campos magnéticos

Sea n el número de partículas por unidad de volumen, v la velocidad media de dichas partículas, S la sección del haz y q la carga de cada partícula.

La carga Q que atraviesa la sección normal S en el tiempo t, es la contenida en un cilindro de sección S y longitud v·t.

Carga Q= (número de partículas por unidad de volumen n)·(carga de cada partícula q)· (volumen del cilindro Svt)

Q=n·qS·v·t

Dividiendo Q entre el tiempo t obtenemos la intensidad de la corriente eléctrica.

i=nqvS

La intensidad es el flujo de carga o la carga que atraviesa la sección normal S en la unidad de tiempo, que será el producto de los siguientes términos:

  • Número de partículas por unidad de volumen, n

  • La carga de cada partícula, q.

  • El área de la sección normal, S

  • La velocidad media de las partículas, v.

 

Fuerza sobre una porción de conductor rectilíneo.

En el espectrómetro de masas o en el ciclatón, ya hemos estudiado la fuerza que ejerce un campo magnético sobre un portador de carga, y el movimiento que produce.

Calculemos la fuerza sobre todos los portadores (nSL) de carga contenidos en la longitud L del conductor.

Corriente y campos magnéticos

El vector unitario ut=v/v tiene la misma dirección y sentido que el vector velocidad, o el sentido en el que se mueven los portadores de carga positiva.

En el caso de que el conductor no sea rectilíneo o el campo magnético no se constante, se ha de calcular la fuerza sobre un elemento de corriente dl

Corriente y campos magnéticos

  • Las componentes de dicha fuerza dFx y dFy

  • Se ha de comprobar si hay simetría de modo que alguna de las componentes sea nula

  • Finalmente, se calculará por integración las componentes de la fuerza total F

TIPOS DE MATERIALES MAGNÉTICOS  
Las propiedades magnéticas de los materiales se clasifican siguiendo distintos criterios.

Una de las clasificaciones de los materiales magnéticos —que los divide en diamagnéticos, paramagnéticos y ferromagnéticos— se basa en la reacción del material ante un campo magnético. Cuando se coloca un material diamagnético en un campo magnético, se induce en él un momento magnético de sentido opuesto al campo. En la actualidad se sabe que esta propiedad se debe a las corrientes eléctricas inducidas en los átomos y moléculas individuales. Estas corrientes producen momentos magnéticos opuestos al campo aplicado. Muchos materiales son diamagnéticos; los que presentan un diamagnetismo más intenso son el bismuto metálico y las moléculas orgánicas que, como el benceno, tienen una estructura cíclica que permite que las corrientes eléctricas se establezcan con facilidad.

El comportamiento paramagnético se produce cuando el campo magnético aplicado alinea todos los momentos magnéticos ya existentes en los átomos o moléculas individuales que componen el material. Esto produce un momento magnético global que se suma al campo magnético. Los materiales paramagnéticos suelen contener elementos de transición o lantánidos con electrones desapareados. El paramagnetismo en sustancias no metálicas suele caracterizarse por una dependencia de la temperatura: la intensidad del momento magnético inducido varía inversamente con la temperatura. Esto se debe a que al ir aumentando la temperatura, cada vez resulta más difícil alinear los momentos magnéticos de los átomos individuales en la dirección del campo magnético.

Las sustancias ferromagnéticas son las que, como el hierro, mantienen un momento magnético incluso cuando el campo magnético externo se hace nulo. Este efecto se debe a una fuerte interacción entre los momentos magnéticos de los átomos o electrones individuales de la sustancia magnética, que los hace alinearse de forma paralela entre sí. En circunstancias normales, los materiales ferromagnéticos están divididos en regiones llamadas `dominios'; en cada dominio, los momentos magnéticos atómicos están alineados en paralelo. Los momentos de dominios diferentes no apuntan necesariamente en la misma dirección. Aunque un trozo de hierro normal puede no tener un momento magnético total, puede inducirse su magnetización colocándolo en un campo magnético, que alinea los momentos de todos los dominios. La energía empleada en la reorientación de los dominios desde el estado magnetizado hasta el estado desmagnetizado se manifiesta en un desfase de la respuesta al campo magnético aplicado, conocido como `histéresis'.

Un material ferromagnético acaba perdiendo sus propiedades magnéticas cuando se calienta. Esta pérdida es completa por encima de una temperatura conocida como punto de Curie, llamada así en honor del físico francés Pierre Curie, que descubrió el fenómeno en 1895. (El punto de Curie del hierro metálico es de unos 770 °C).

IMANES NATURALES Y ARTIFICIALES
     Existen dos tipos de imanes:
-imanes naturales: son aquellos que se encuentran en la Tierra y que atraen al hierro. Denominados magnetita , hoy sabemos que es hierro cristalino Fe3O4. Pero también la Tierra es un imán natural.
-imanes artificiales: son cuerpos que han sido imanados en forma artificial. El hierro y el acero pueden ser magnetizados. El acero se magnetiza permanentemente, como comprobaste con la aguja; lo mismo sucede con las tijeras: si la dejas en contacto con el imán durante un rato, se magnetizarán. Compruébalo.

PROPIEDADES
     Los imanes poseen dos zonas en las que se concentra la fuerza que ejercen, estas zonas son los extremos del imán y reciben el nombre de polos magnéticos, norte y sur. Los polos del mismo nombre se repelen y los polos opuestos se atraen. Compruébalo.
     Los polos de un imán no se pueden aislar, es decir, si partes por la mitad un imán, obtienes dos imanes, cada uno con su polo norte y polo sur respectivo. La tierra es un imán natural, el polo Norte geográfico es un polo sur magnético y el polos Sur geográfico es un polo norte magnético; en esta propiedad está basado el funcionamiento de la brújula.


     Un imán puede perder su imantación de dos formas:
-aplicando el frotamiento en sentido contrario o invirtiendo el sentido de la corriente, según sea el método que se usó para imanarlo.
-aplicándole calor.