Magnetismo

Electricidad. Electromagnetismo. Transparencia magnética. Campos magnéticos. Imames. Leyes

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MAGNETISMO

Propiedad que tienen los cuerpos llamados imanes de atraer el hierro, níquel y cobalto.

NATURALEZA DEL MAGNETISMO

Cada átomo se comporta como un pequeño imán, capaz de ejercer fuerzas sobre otros imanes y de ser a su vez afectado por ellos. Se dice que cada átomo tiene asociado un momento magnético. Cada elemento químico tiene un momento magnético (que incluso puede ser nulo) producido por los momentos magnéticos de las partículas más elementales que lo constituyen (protones, neutrones, electrones). Describir un medio material en las condiciones accesibles en un laboratorio no es, sin embargo, complicado dado que no es necesario tener en cuenta todos los detalles, sino que es suficiente considerar la contribución de los electrones de la capa externa de cada átomo.

En el caso de materiales con estructura cristalina, en el cual cada átomo ocupa un lugar determinado en una red periódica, y que además no son conductores eléctricos, todos los electrones están fuertemente ligados a los núcleos atómicos y no hay posibilidad de desplazamiento. En ellos los momentos magnéticos, igual que la aguja de una brújula, pueden cambiar de orientación según el campo magnético externo en el cual se encuentren inmersos. En tanto el comportamiento que se observa en estos sistemas se deba exclusivamente a la orientación de los momentos, se dice que el material es un sistema puramente magnético. Un modelo útil para describir estos sistemas magnéticos es el modelo de Heisenberg, en el cual los momentos magnéticos están localizados en los sitios de una red periódica que representa la estructura cristalina del material y se usan como variables relevantes las orientaciones de los momentos magnéticos individuales. En este, como en cualquier otro sistema físico, el material adoptará la configuración (conjunto de orientaciones de sus momentos magnéticos individuales) de menor energía posible.

Clasificación de los imanes

La mayoría de los imanes utilizados ahora son artificiales, pues se pueden fabricar una mayor intensidad magnética que los naturales, además de tener mayor solidez y facilidad para ser modelados según se requiera. No todos los metales pueden ser imantados y otros, aunque pueden adquirir esta propiedad, se desimantan fácilmente, ya sea por efectos externos hoy en forma espontánea. Muchos imanes se fabrican con níquel y aluminio; hierro con cromo, cobalto, tungsteno o molibdeno.

La imantación de un trozo de acero, como una aguja, unas tijeras o un desarmador, se hace fácilmente a flotar unas doce veces cualquiera de ellos con un imán, desde el centro del cuerpo hasta la punta. Después de esta operación cualquiera de ellos será un imán y podrá atraer limaduras de hierro, clavos, tornillos, alfileres o clips. En la industria, una barra de metal se imanta al someterla a la acción de un campo magnético producido por un solenoide en el que circula una corriente eléctrica. Si la barra es de hierro dulce, se imanta, pero la imantación cesa al momento de interrumpir la corriente, por ello recibe el nombre de imán temporal.

Cuando la barra es de acero templado adquiere una imantación la cual persiste incluso después de que le corriente eléctrica se interrumpe en el solenoide, con lo cual se tiene un imán permanente.

TRANSPARENCIA MAGNETICA

Al colocar limaduras de hierro sobre un papel, y se pasa un imán por debajo del papel, se observa como las limaduras son arrastradas hacia el lugar donde se encuentra el imán debajo del papel. Este fenómeno se llama transparencia magnética. La transparencia magnética es la propiedad que tienen algunos cuerpos de permitir el paso de la atracción magnética, tales como el papel, el plástico y otros. Al ser colocados entre el imán y los cuerpos ferrosos o de hierro, permite que el imán los atraiga hacia él estos.

Permeabilidad magnética

Fenómeno presentan algunos materiales, como hierro dulce, en los cuales las líneas de fuerza de un campo magnético pasan con mayor facilidad a través del material de hierro que por el aire o el vacío.

Esto provoca que cuando material permeable se coloca en un campo magnético, concentren mayor número de líneas de flujo por unidad diaria y aumenta el valor de la densidad del flujo magnético.

La permeabilidad magnética de diferentes medios se representa con la letra griega  (mu). La permeabilidad magnética del vacío para fines prácticos se considera igual a la permeabilidad del aire.

La permeabilidad atlética del vacío 0 tiene un valor en el SI de:

0 = 4 x 10-7 Wb/Am = 4  x 10-7 Tm/A

En el caso de aquellas sustancias que prácticamente no se imantan, el valor de su permeabilidad relativa es menor de 1. Los materiales que sin ser ferromagnéticos logran imantar tienen permeabilidad relativa ligeramente mayor a la unidad.

CAMPO MAGNÉTICO

Las líneas de fuerza producidas por un imán, ya sea de barra o de herradura, se esparcen desde el polo norte y se curvan para entrar al sur. A la zona que rodea a un imán y en el cual se influencia puede detectarse recibe el nombre de campo magnético.

Cuando un polo norte se encuentra cerca de uno sur, las líneas de fuerza se dirigen del norte al sur; cuando se acercan dos polos iguales, las líneas de cada uno se alejan de las del otro.

Esto indica la ley de:

" Polos opuestos se atraen, polos iguales se repelen "

CONFIGURACIÓN DE LOS CAMPOS MAGNÉTICOS

Es la intensidad que se le desea dar a un campo magnético. Controlándolo por los átomos.

POLOS MAGNETICOS

William Gilbert (1540-1603), medico e investigador inglés, demostró con sus experimentos que la tierra se comporta como un imán enorme por, tanto obliga a un extremo de los brújula apuntar al norte geográfico. Gilbert nombró por lo que busca del norte al punto de la brújula que señala ese punto, y polo que busca de sur al otro extremo; actualmente sólo se les llama polo norte y polo sur. También demostró que cuando un imán se rompen varios pedazos, cada uno se transforma en un nuevo con sus dos polos en cada extremo.

Gilbert descubrió cómo interactúan los polos de los imanes y demostró que polos iguales se rechazan y polos distintos se atraen. Realizó experimentos con trozos de hierro sin imantar y encontró que eran atraídos indistintamente por los polos norte o sur. Finalmente, observó que la fuerza atracción o repulsión entre imanes es mucho mayor en los polos.

LINEAS DE FUERZA MAGNETICA

Deseasen hace un siglo el inglés Michael Faraday estudio los efectos producidos por los imanes. Observo que un imán permanente y crece la fuerza sobre un trozo de hierro o sobre cualquier imán cercano, debido a la presencia de un campo de fuerzas cuyos efectos se pueden sentir a través del espacio vacío. Faraday imaginó que un imán salían y lo hacen crisis parecían, a éstos los llamó líneas de fuerza magnética. Estas líneas encuentran los polos pues ahí es mayor la intensidad. Estas líneas esparcen desde el polo norte y se curvan para entrar al sur.

LEY DE LOS POLOS

Esta ley también es conocida como: " la ley de Faraday ", la cual enuncia lo siguiente:

“Polos opuestos se atraen, polos iguales se rechazan”

Lo que nos da a entender, es que si ponemos, polo positivo con polo positivo se rechazarán, sin embargo si ponemos polo negativo con polo positivo se atraerán.

LEY DE COULOMB

" La fuerza atracción o repulsión entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las dos cargas inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa"

Esto quiere decir que si la distancia entre dos objetos cargados se reduce la mitad, la fuerza de atracción o repulsión entre ellos se cuadruplicará.

TEORIA MOLECULAR DEL MAGNETISMO

Esta teoría es la de Weber que dice que las moléculas de las sustancias magnéticas son pequeños imanes que, cuando están en estado natural, se encuentran en desorden, sin manifestar ningún magnetismo, pero que al imantarse se orientan en la dirección norte - sur.

COMPORTAMIENTO MAGNÉTICO DE LOS MATERIALES

Ferromagnéticos.- son los materiales por los cuales las líneas de flujo magnético fluyen con mayor facilidad a través del cuerpo que por el vacío. Este material se magnetizará con gran intensidad. Su permeabilidad magnética será muy elevada y quedará comprendido desde algunos cientos a miles de veces la permeabilidad del vacío. Ejemplos: hierro, cobalto, níkel, así como sus aleaciones.

Paramagnéticos.- son los materiales por los cuales las líneas del flujo más lo que pasan con más libertad que a través del vacío. Este material se magnetiza, aunque no en forma muy intensa. Su permeabilidad magnética es ligeramente mayor que la del vacío. Ejemplos: aluminio, litio, platino, iridio y cloruro férrico.

Diamagnético.- este tipo de material hace que las líneas de flujo magnético circulen más fácilmente en el vacío que por el cuerpo. Este material no se magnetiza y puede ser repelido débilmente por un campo magnético intenso. Su permeabilidad magnética relativa es menor a la unidad. Ejemplos: el cobre, plata, oro, mercurio y bismuto.

PERMEABILIDAD MAGNETICA E INTENSIDAD DE CAMPO MAGNÉTICO

Permeabilidad magnética: fenómeno presente en algunos materiales, como hierro dulce, en los cuales las líneas de fuerza de un campo magnético pasan con mayor facilidad a través del material de hierro que por el aire o el vacío. Esto provoca que cuando material permeable se colocan un campo magnético, concentre un mayor número de líneas de flujo por unidad diaria y aumente el valor de la densidad del flujo magnético.

La permeabilidad magnética de diferentes medios se representa con la letra griega  (mu). La permeabilidad magnética del vacío para fines prácticos se considera igual a la permeabilidad del aire.

La permeabilidad atlética del vacío 0 tiene un valor en el SI de:

0 = 4 x 10-7 Wb/Am = 4  x 10-7 Tm/A

En el caso de aquellas sustancias que prácticamente no se imantan, el valor de su permeabilidad relativa es menor de 1. Los materiales que sin ser ferromagnéticos logran imantar tienen permeabilidad relativa ligeramente mayor a la unidad.

INTENSIDAD DEL CAMPO MAGNÉTICO

Para un allegado, el rector intensidad del campo magnético es el cociente que resulta de la densidad del flujo magnético entre la permeabilidad magnética del medio:

H= B por lo tanto B = H



Donde: H = intensidad del campo magnético para un medio dado, se mide en A/M.

B = densidad del flujo magnético, se expresa en teslas (T)

 = permeabilidad magnética del medio, sumida es el tesla metro/A

INDUCCION MAGNÉTICA

Si un gran número de dominios se orientan en esa dirección, el material mostrará fuertes propiedades magnéticas.

Esta teoría explica muchos efectos magnéticos observados en la materia. Por ejemplo, una barra de hierro no magnetizada se puede trasformar en un imán simplemente sosteniendo otro imán cerca de ella.

DENSIDAD DE FLUJO MAGNÉTICO

El concepto propuesto por Faraday acerca de las líneas de fuerza, es imaginario, pero resulta muy útil para dibujar los campos magnéticos y cuantificar sus efectos.

Una sola línea de fuerza equivale a la unidad del flujo magnético  en el sistema CGS y recibe el nombre de Maxwell. Esta unidad es muy pequeña, por lo tanto en el SI se utiliza el weber.

1 weber = 1x108 maxwells

Un flujo magnético que atraviesa perpendicularmente una unidad de área A recibe el nombre de densidad de flujo magnético o inducción magnética.

Por definición: la densidad del flujo magnético en una región de un campo magnético equivale al número de líneas de fuerza que atraviesan perpendicularmente ala unidad de área. Matemáticamente se expresa:

B =  por lo tanto  = BA

A

B = Densidad del flujo magnético

 = Flujo magnético

A = área sobre la que actúa el flujo magnético.

LEY DE LENZ

El fisico ruso Heinrich Lenz (1804-1865) enunció una ley sobre inducción magnética que lleva su nombre:

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, el sentido de la corriente inducida es contrario ante la corriente requerida para provocar el movimiento del campo magnético que la ha engendrado.

LEY DE FARADAY

Con base en sus experimentos, Faraday enuncia la ley del electromagnetismo: la fem inducida en los circuitos formados por un conductor, una bobina es directamente proporcional al número de líneas de fuerza magnética cortadas en un segundo.

Esta ley se expresa matemáticamente como:

E = - f - i

T

Donde E = fem media

f = flujo magnético final

i = flujo magnético inicial

T = tiempo en que se realiza la variación de flujo en segundos

MOTOR ELECTRICO

El motor eléctrico es un aparato que convierte la energía eléctrica en energía mecánica. Un motor de corriente continua o directa está constituido por una bobina suspendida entre los polos de un imán pronto a circular una corriente eléctrica en la bobina, esta adquiere un campo magnético y actúa con un imán, por tanto, es desplazada en movimientos de rotación, debido a la fuerza que hay entre los campos magnéticos. El motor de corriente alterna de inducción es el más empleado gracias a su bajo costo de mantenimiento. En general, todo motor eléctrico consta de dos partes principales: electro imán pues suele ser fijo y el circuito eléctrico que puede girar alrededor de un eje.

TRANSFORMADOR

El transformador funciona por inducción magnética. Utiliza corriente alterna. Como ya sabemos este tipo de corriente pueda aumentar o disminuir su voltaje fácilmente mediante un transformador. Éste eleva el voltaje de la corriente en las plantas generadoras de energía eléctrica y después lo reduce en los centros de consumo.

El principio del transformador se basa en inducción mutua.

GENERADOR ELECTRICO

El generador eléctrico es un aparato transformador energía mecánica en energía eléctrica. Está constituido por un inductor elaborado base de electro imanes e imanes permanentes que producen un campo magnético y por un inducido que consta de un núcleo de hierro al cual se le enrolla alambre conductor previamente aislado. Cuando se le comunica al inducido un movimiento de rotación, los alambres conductores cortan las líneas de flujo magnético, por tanto, se induce en ellas una fem.

En la mayoría de los generadores de la corriente continua el inductor que produce el campo magnético es fijo y el inducido móvil.

BOBINA

Existen dos tipos de bobinas:

Bobina primaria: es la que está conectada a la fuente de voltaje de CA.

Bobina Secundaria: aquella donde la corriente es inducida.

Una bobina es un alambre enrollado en forma de espiral.

BIBLIOGRAFIA

Física General, Héctor Pérez Montiel - Publicaciones Cultural

Física Conceptos y aplicaciones, Tippens - MGraw Hill

Internet: Buscador Google.com

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