Potencial eléctrico

Electricidad. Corriente eléctrica. Ley de Ohm. Joule. Semiconductores. Campo magnético

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Poetencial electrico

Se define como potencial eléctrico ( V ) de un campo eléctrico en un punto, el trabajo que deben realizar las fuerzas del campo para trasladar la unidad de carga positiva desde dicho punto a una región en la que no se perciba la influencia de la carga generadora del campo; en el plano teórico, dicha región se encuentra en el infinito.

A partir de esta definición, y en analogía con el trabajo mecánico, se designa como trabajo eléctrico We al producto de una carga por el potencial del campo:

We = Q · V

En relación con el valor del potencial eléctrico, su aplicación práctica se lleva a cabo utilizando la magnitud de la diferencia de potencial entre dos puntos de un mismo campo, que es equivalente al trabajo necesario para trasladar la unidad de carga positiva de un punto A a otro B. El valor de esta magnitud, a la que en ocasiones se denomina también tensión eléctrica, viene dado por la expresión:

VB - VA = ðB A E · dr =ð rB rA q / 4ðð0 · dr / r2

q 1 1

V B - VA = ðð ( ð - ð )

4ðð0 rB rA

La unidad de diferencia de potencial en el Sistema Internacional es el voltio (v), definido como la diferencia de potencial existente entre dos puntos tales que para trasladar de uno a otro una carga de un culombio sea necesario realizar un trabajo de un iulio. Su relación con la uee es:

J 107 erg 1

v = ð = ðððð = ðð uee

C 3 · 109 uee 300

En el seno de un campo eléctrico, se denomina superficie equipotencial al lugar geométrico de los puntos cuyos valores de potencial eléctrico son iguales. En la figura 19.7 se reproducen las superficies equipotenciales y la trayectoria de las líneas de fuerza de una carga puntual y de un sistema integrado por cuatro cargas de signo alternado que constituyen dos dipolos eléctricos. En ambos casos, siendo ð el ángulo que forma el campo con la superficie en un punto determinado, las líneas del campo eléctrico han de ser, en todos sus puntos, perpendiculares a las superficies equipotenciales, como se deduce de la expresión:

VA - VB =ð r2r1 E dr cos ð

CORRIENTE ELECTRICA

Cuando un conductor se conecta por sus extremos a los bornes de un generador, los electrones libres se desplazan en un determinado sentido debido a la creación de un campo eléctrico en todos los puntos del conductor. Se dice entonces que se ha establecido una corriente eléctrica.

La cantidad de carga eléctrica que atraviesa la sección unitaria de un conductor en la unidad de tiempo se denomina intensidad de la corriente I, magnitud cuya unidad en el S.I. es el amperio. Esta unidad se define como la intensidad de corriente que transporta un culombio por segundo a través de la sección de un conductor. Como en el caso de la capacidad eléctrica, en intensidad de corriente es frecuente la utilización de unidades menores, tales como el miliamperio, mA = l0-3 A, y el microamperio, ðA = 10-6 A.

El sentido de la corriente, establecido por convención, es el de las partículas positivas que se desplazan del polo positivo al negativo por el filamento metálico que integra el circuito eléctrico. Así pues, la trayectoria de desplazamiento de los electrones a través de dicho circuito es opuesta a la del sentido de la corriente.

Cuando un campo eléctrico que da lugar a la creación de una corriente mantiene siempre el mismo sentido aunque varíe su intensidad, la corriente generada se denomina continua. Cuando, por el contrario, se producen variaciones en el sentido del campo, se produce corriente alterna. Los conceptos vertidos a continuación son aplicables solamente a la corriente continua.

LEY DE OHM

En los primeros años del siglo XIX el físico alemán Ohm enunció la ley que lleva su nombre, según la cual la intensidad de la corriente que recorre un conductor se encuentra en razón directa con la diferencia de potencial existente en sus extremos y en razón inversa de la resistencia del mismo.

V

I = ð

R

A partir de la expresión de esta ley, puede darse una definición precisa de la unidad de resistencia: se dice que un determinado conductor presenta un valor de resistencia de l ohmio cuando, al aplicar entre sus extremos una diferencia de potencial de 1 voltio, se establece una corriente de 1 amperio de intensidad.

En la figura 20.1 se reproduce una serie de signos convencionales que son los que habitualmente se utilizan en la representación gráfica de circuitos eléctricos: el generador P, de fuerza electromotriz E da lugar a una corriente cuya diferencia de potencial podrá medirse por medio del voltímetro V y cuya intensidad será determinable mediante la lectura sobre el amperímetro A; los puntos T y R representan el interruptor y la resistencia, respectivamente .

La corriente que fluye a través de la parte externa del generador sufre una cierta resistencia externa del conductor que integra el circuito. La que circula en el interior del generador entre el polo negativo y el positivo, por su parte, sufrirá una cierta resistencia interna. En una extensión de la ley de Ohm, puede afirmarse que en un circuito eléctrico cerrado la intensidad de la corriente es determinada por la relación existente entre la fuerza electromotriz del generador E y la resistencia total del circuito

E

I = ðððð

Ri + Re

RESISTENCIA EN SERIE Y PARALELO

Dos o más resistencias pueden conectarse entre sí para incrementar su magnitud, utilizando dos sistemas. En la figura 20.2 se representa la unión de resistencia en serie, para las cuales, según la ley de Ohm, el valor total de resistencia se determina por:

RT = R1 + R2 + R3

La figura 20.3 reproduce, de forma esquemática, la conexión de resistencias en paralelo. En este caso, los extremos de cada resistencia convergen en un solo punto a partir del cual continúa el circuito sobre un solo conductor. La resistencia total para la disposición en paralelo se establece mediante medidas de conductancia, es decir

1 1 1 1

ð = ð + ð + ð

RT R1 R2 R3

Cuando dos resistencias se conectan en paralelo, puede comprobarse que las intensidades de corriente se encuentran en razón inversa de las resistencias

R1 I2

ð = ð

R2 I1

SEMICCONDUCTORES

La denominación de semiconductor se aplica a una serie de materiales, tales como el silicio, el germanio, el selenio y algunos óxidos y sulfuros de estos elementos, cuya conductividad, que presenta valores intermedios entre los de los metales y los de los aislantes, se caracteriza por ciertas peculiaridades. El valor de su resistencia manifiesta una notable diversidad según el sentido de la corriente que lo atraviesa. Se supone que en los semiconductores, junto con la conducción de electrones propia de los metales, presentan otro tipo de conducción, aún no definida perfectamente, a la que se denomina conducción por agujeros, y que desempeña un papel decisivo en el funcionamiento de los transistores y otras complejas estructuras electrónicas.

Puente de Wheatstone

El puente de Wheatstone es un dispositivo que permite concretar la magnitud de una resistencia desconocida a partir de los valores de otras que sí se conocen. Su esquema queda reproducido en la figura 20.4. Siendo R1, R2 y R3 las resistencias de magnitud conocida, una de las cuales es variable, puede establecerse un equilibrio en el sistema cuando el amperímetro A indique una intensidad de corriente nula. Al relacionar mediante la ley de Ohm los valores de intensidad y diferencia de potencial de cada rama del puente con los correspondientes de resistencia, se establece una relación por la cual la magnitud de 1a resistencia incógnita es

R2 R3

Rx = ððð

R1

LEY JOULE

El trabajo realizado por una carga eléctrica al desplazarse en un circuito, desde un punto A a otro B, es:

We = q ( VA - VB )

Si se supone que en el circuito existe un receptor que transforma la energía potencial de la carga en otra forma de energía, el valor de esta última para un paso de corriente por el receptor durante un tiempo t, es

We = En = I t ( VA - VB )

ya que:

q

I = ð

t

Esta expresión corresponde a la energía por segundo o potencia consumida por el receptor.

Relacionando la expresión de potencia:

We

P = ðð = I ( VA - VB )

t

con la resistencia R del circuito, mediante la ley de Ohm, se obtiene

( VA - VB )2

P = R I 2 = ððððð

R

Cuando el receptor del circuito es un motor de cualquier tipo, la energía transformada toma la forma de trabajo mecánico. Cuando, por el contrario, es una resistencia, la energía se manifiesta en forma de calor, lo que constituye el llamado efecto Joule. Dicho efecto presenta numerosas aplicaciones en tecnología, tales como la iluminación mediante lámparas de incandescencia, la calefacción y la soldadura eléctricas y la utilización de fusibles en instrumentos alimentados por corriente eléctrica.

La cuantificación del calor generado por una resistencia según el efecto Joule es la ley de Joule, según la cual la cantidad de calor que produce un conductor al paso de la corriente eléctrica se encuentra en razón directa de la resistencia, del cuadrado de la intensidad de corriente y del tiempo. Su expresión es:

Q = R I 2 t · 0,24 cal

y en ella el factor de multiplicación 0,24 cal corresponde a la equivalencia en calorías de l julio.

Preguntas:

Establézcase el valor de la potencia absorbida por una lámpara de incandescencia cuyo funcionamiento tiene lugar a una diferencia de potencial de 220 v y que es atravesada por una corriente de 0,25 A.

Respuestas:

A partir de la expresión del trabajo eléctrico puede obtenerse la de potencia en función de la intensidad y la diferencia de potencial

We

P = ------ = I (VA - VB)

t

así pues

P = 0,25 · 220 = 55 vatios

LEY KIRCHOF

Una red eléctrica se define como un circuito compuesto por diversos generadores y receptores unidos entre sí mediante conductores de diferentes resistencias. En una red pueden diferenciarse mallas, circuitos parciales que atraviesa la corriente sin pasar dos veces por un mismo punto; nudos, puntos en los que convergen varios conductores y ramas, conductores que conectan dos nudos.

En la figura 20.5 se representa, de forma esquemática, una red eléctrica sobre la cual puede verificarse la validez de los lemas o principios de Kirchoff para las redes eléctricas. Según el primero de ellos, referido a los nudos, la suma algebraica de las intensidades de las corrientes eléctricas medidas en un nudo resulta nula. El segundo principio, llamado lema de las mallas, afirma que la suma algebraica de las fuerzas electromotrices en una malla es igual a la suma algebraica de los productos de las intensidades de corriente por las resistencias, en cada una de las ramas de la malla.

En la figura puede confirmarse este principio al aplicar la ley de Ohm a cada una de las ramas que integran la malla.

CAMPO ELECTRICO SOBRE UNA SUPERFICIE

Se dice que en una determinada región de espacio se ha establecido un campo vectorial cuando en cada punto de dicho espacio puede detectarse una magnitud física vectorial de características bien definidas: tal es el caso del campo

eléctrico E , en cada uno de cuyos puntos pueden definirse su intensidad, su dirección y su sentido. Cuando estas tres variables presentan un mismo valor en todos sus puntos del campo, y las líneas de fuerza son, por consiguiente, paralelas, se dice que el campo eléctrico es uniforme.

Si se considera una superficie S en el interior de un campo eléctrico uniforme, formando un ángulo ð con la

dirección del vector campo eléctrico E (fig. 19.5), se define como flujo de un campo eléctrico a través de una superficie el producto escalar de la intensidad del campo por el área de la superficie perpendicular a la dirección del campo:

→ → →

dð = E dS = | E | · | ds | · cos ð

Para un elemento de superficie d S' cuya normal limita un ángulo ð con la dirección del campo, el flujo es:

d ð = E dS' cosð

El flujo total a través de una superficie S será, por lo tanto, la suma de los infinitos flujos parciales:

ð = ð E dS =ð E dS cos ð

La unidad de flujo en el Sistema Internacional es el voltio · metro (v · m)

1 N v

1ð = ðð 1 m2 = 1 ð 1 m2= v · m

1 C m

CORRIENTE CONTINUA Y CORRIENTE ALTERNA

La corriente eléctrica obtenida a partir de las pilas y los acumuladores resulta insuficiente y muy costosa para su aplicación a usos industriales. Por ello se ha utilizado el fenómeno de la inducción electromagnética como fundamento para la construccion de máquinas que pueden transformar la energía mecánica en energía electrica en cantidades considerables y a bajo costo.

La corriente generada por las pilas presenta una intensidad uniforme y fluye a través del circuito siempre con el mismo sentido; por ambas razones se designa como corriente continua. La corriente alterna, por el contrario, no mantiene su intensidad constante e invierte el sentido en el cual recorre el circuito, a intervalos regulares de tiempo.

El flujo de inducción magnética a través de una superficie S viene dado por la expresión:

ð = B S cos ð

en la que ð es el ángulo que forma la normal a la superficie con la dirección del vector de inducción B. Sustituyendo el valor de ð por el de ðt, en el cual ð es la pulsación, es decir, el número de radianes descrito por una espira en un segundo, y considerando que el producto B S = ðmax , la fórmula precedente se convierte en

ð = ð max cos ð t

Por consiguiente, la variación de flujo es una función sinusoidal del tiempo.

La variación de flujo que se produce en las espiras que se utilizan para obtener corriente alterna (fig. 22.1) da lugar a una fuerza electromotriz inducida E cuyo valor puede determinarse mediante la ley de Neumann-Lenz.

d ð

E = - ðð

d t

Al derivar esta expresión se obtiene la equivalencia

d

E = - ð ( ðmax cos ð t ) = ð ðmax sen ð t

d t

Así pues, también la f.e.m. es función sinusoidal del tiempo y su máximo valor se alcanza cuando sen ð t= 1.

Para fuerza electromotriz e intensidad se han formulado dos expresiones análogas, de las cuales se deduce que esta última magnitud es, como las anteriores, función sinusoidal del tiempo.

E = Emax sen ð t

I = Imax sen ð t

En la figura 22.2 se representa la variación de las dos magnitudes y en ella puede comprobarse que ambas sinusoides pasan en el mismo instante por el valor 0 y por el valor máximo cuando están en fase. Se dice, en cambio, que están desfasadas cuando están desplazadas una respecto a la otra. Este último caso se da cuando el circuito incluye, además de una resistencia, otros elementos tales como la inductancia y la capacitancia.

EFECTOS DE LA CORRIENTE ALTERNA

Por cuanto se refiere al efecto magnético de la corriente alterna, puede comprobarse, mediante varios y sencillos procedimientos experimentales, que un conductor por el cual circula corriente alterna genera un campo magnético que varía con la frecuencia de la misma. A este respecto, es necesario definir en las funciones sinusoidales indicadas anteriormente un período T que corresponde al tiempo empleado por una espira para realizar un giro completo y una frecuencia f = 1/T medida en hertzios (Hz).

Por otra parte, desde el punto de vista del comportamiento térmico de la corriente alterna, es necesario indicar que en ella, como en la corriente continua, se verifica el efecto Joule, por lo que puede ser utilizada tanto en iluminación como en termorregulación.

Tal y como se comprobó en su momento, el efecto térmico es proporcional al cuadrado de la intensidad de la corriente; por lo tanto, dadas las características de la corriente alterna, será necesario definir una intensidad eficaz que corresponde al valor de intensidad que presentaría una corriente continua que, al circular en la misma dirección y durante el mismo tiempo, generase la misma cantidad de calor. Las expresiones matemáticas de esta magnitud Ie y de la fuerza electromotriz eficaz Ee , definida en términos análogos, pueden deducirse por integración y sus formas finales son:

I max

I e = ððð = 0,707 Imax

ð2

E max

Ee = ðð = 0,707 E max

ð2

LEY DE OHM PARA LA CORRIENTE ALTERNA

La ley de Ohm enunciada en el capítulo dedicado a electrodinámica afirma que la intensidad de la corriente es directamente proporcional a la fuerza electromotriz e inversamente proporcional a la resistencia del circuito. Para la aplicación de esta ley a la corriente alterna es necesario diferenciar varios casos, según el número y el tipo de elementos que compongan el circuito.

1) En un circuito que consta de una resistencia R no inductiva (óhmica), la ley de Ohm puede aplicarse directamente, obteniéndose

Emax

I = ðð sen ð t

R

y, en términos de magnitudes eficaces puede formularse:

Ee

Ie = ð

R

2) En un circuito compuesto por una resistencia óhmica y una inductancia (un solenoide, por ejemplo) la f.e.m. de autoinducción es:

d I

E = - L ðð

d t

siendo L el coeficiente de autoinducción. El valor experimental de Ie en estos circuitos no coincide con el teórico, debido a una magnitud, superior a la resistencia óhmica, a la que se denomina impedancia Z del circuito. Una construcción gráfica derivada de criterios teóricos permite definir los elementos característicos de la corriente que circula en este tipo de circuitos: el triángulo rectángulo representado en la figura 22.3 presenta en su hipotenusa el valor:

Ee = Ie ð (R2 + L2 ð2 )

en el cual el producto Lð es la llamada reactancia inductiva y el término radical es el valor de la impedancia:

Z = ð(R2 + L2 ð2 )

El ángulo γ indica el desfase angular y E y su valor puede establecerse por criterios trigonométricos, obteniéndose las siguientes relaciones:

L ð

tg γ = ðð

R

R

cos γ = ð

Z

Recapitulando, el valor de la Ie puede expresarse en función del ángulo de desfase en virtud de la expresión

Ie = Imax sen ( ð t - γ )

3) En un circuito que consta tan sólo de un condensador, la corriente alterna hace que las armaduras del mismo se carguen y descarguen indefinidamente. En este caso aparece una forma de resistencia llamada capacitancia, Z c, cuyo valor para un condensador de capacidad C es

1

Zc = ðð

C ð

Así pues, al aplicar la ley de Ohm en este tipo de circuitos, la intensidad efectiva se obtendrá por

Ee

Ie = ððð

1 / C ð

4) Posiblemente, el caso que pueda considerarse de mayor interés es aquel en el que un circuito se compone de una resistencia óhmica, una inductancia y una capacitancia. Para establecer una construcción gráfica análoga a la anterior en este tipo de circuitos, es necesario tener en cuenta que los términos L Ieð y Ie/Cð se encuentran desfasados, por lo cual deben diferenciarse tres casos posibles, en función del valor de la diferencia de ambos:

Si L Iew es mayor que Ie/Cð (fig. 22.4), la intensidad de corriente sufre un retraso frente a la f.e.m. y, por lo tanto, el valor de la inductancia predomina sobre el de la capacitancia

1

Ee = Ie ð ( R2 + ( L ð - ðð )2 )

C ð

Cuando, en cambio el valor de Ie/Cð supera al de L Ieð (fig. 22.5) la intensidad de la corriente se encuentra anticipada respecto a la f.e.m.

En ambos casos la impedancia Z se obtiene mediante la expresión

1

Z =ð R2 + ( L ð - ðð ) 2

C ð

Puede también darse el caso de que los valores de L Ieð y Ie/Cð coincidan (fig. 22.6), con lo cual se compensan los efectos de la inductancia y de la capacitancia y, por lo tanto, Z = R. En estas condiciones se dice que el circuito está en resonancia y la intensidad se encuentra en fase con la f.e.m. Para circuitos en resonancia, se utiliza con frecuencia la fórmula de Thomson del período

T = 2 ð ðL C

Los alternadores.

Son los generadores electromagnéticos industriales de corriente alterna. Se basan en la posibilidad de crear una corriente eléctrica mediante la variación del flujo magnético de una espira. Están constituidos por dos partes fundamentales: el inductor, su misión es crear un campo magnético inducido, normalmente consiste en una serie de electroimanes que suelen ser móviles, en los que el enrollamiento del conductor aislado se realiza de tal forma que se originan alternativamente polos norte y sur, la corriente de los electroimanes es continua y proviene de una dinamo auxiliar; y el inducido es una masa fija de hierro dulce que rodea al inductor, situándose frente al mismo, el embobinado se realiza en serie, cambiando el sentido entre bovinas continuas, de tal manera que se origina la corriente alterna.

LEY DE COULUMB

La fuerza de atracción o de repulsión entre dos cargas eléctricas es directamente proporcional al producto de ambas y se halla en razón inversa del cuadrado de la distancia que las separa. Siendo F la intensidad de dicha fuerza, la expresión de la ley es:

q1 · q2

F = k ððð

r2

En esta fórmula k es una constante de proporcionalidad que depende de las unidades con las que se miden las respectivas magnitudes y del medio en el que se encuentran las cargas. Considerando que el valor de F depende de la carga eléctrica, es necesario definir nuevas unidades para esta magnitud: en el sistema cegesimal se utiliza la unidad electrostática (uee), carga que, dispuesta en el vacío frente a otra carga idéntica a una distancia de 1 cm, se ve repelida por una fuerza de una dina. Es decir:

1 · (uee)2

1 dyn = k ðððð

1 cm2

El valor de k en este sistema vendrá dado, por consiguiente, por la expresión:

dyn · cm2

k = 1 · ððð

(uee)2

La unidad de carga establecida en el sistema internacional es el culombio, definida como la carga que, situada en el vacío a una distancia de 1 m de otra carga idéntica, se ve repelida con una fuerza de 9 · 109 newtons. El valor de k en el S.I. puede deducirse de forma experimental a partir de los siguientes cálculos:

cul 2

9 ·10 9 N = k · ðð ;

1 m2

N · m2

k = 9 · 10 9 ðð

C 2

La expresión de la ley de Coulomb en el vacío puede, por lo tanto, formularse mediante la equivalencia:

q1 · q2 q1 · q2

F = k ðð = 9 · 10 9 ðð

r2 r2

La constante k puede exponerse también en otros términos introduciendo la fórmula:

1

k = ðð

4 ð ð

en la que ð es la constante dieléctrica absoluta del medio interpuesto entre las cargas, cuyo valor puede establecerse experimentalmente. Su relación con la misma magnitud en el vacío ð0 es la constante dieléctrica relativa ðr = ð /ðð . Utilizando estos valores, la expresión de la ley de Coulomb se convierte en:

1 q1 · q2 9 · 10 9 q1 · q2

F = ððð · ððð = ððð · ððð

4p ð0 ðr r2 ð r r2

Preguntas:

Determínese en kp el peso de la fuerza con la que se repelen dos cargas idénticas del mismo signo, cuya magnitud es de 1L100 C y que están separadas en el vacío por una distancia de 100 m.

Respuestas:

La fuerza en newton puede hallarse mediante la aplicación de la ley de Coulomb

q1 · q2

F = k------- en la que k = 9 · 109

r2

10-4

F = 9 · 109------- N = 90 N

1002

1

1 N = ----- kp = 0,102 kp por consiguiente:

9,8

F = 90 · 0,102 = 9,18 kp ; 1 kp = 1 kg fuerza

RESISTENCIA Y RESISTIVIDAD ELECTRICA.

Al aplicar una diferencia de potencial a los extremos de una varilla de cobre y otra, de la misma magnitud, a los de una varilla de plata, puede apreciarse que las corrientes generadas son de distinta intensidad. Ello es debido a que los dos conductores presentan diferentes valores de resistencia. En la fórmula:

1

R = ρ ð

S

puede apreciarse que la resistencia es directamente proporcional a la longitud e inversamente proporcional a la sección del conductor. El factor ρ , por su parte, es el coeficiente de resistividad o resistencia específica del conductor, que corresponde a la resistencia de un filamento de longitud y sección unitarias y se expresa en ohmios (ð) mm2/m. La inversa de la resistividad es la conductividad eléctrica l/r, cuyos valores se miden en mho/m.

Las unidades ohmio (ð) y mho (ððð) son las de resistencia y conductancia respectivamente. Esta última magnitud es la inversa de la resistencia y, por consiguiente, expresa la mayor o menor disposición del conductor a que se produzca corriente eléctrica en su seno.

El valor del coeficiente de resistividad ρ es característico de cada material conductor, aunque no constante. En cierta medida ρ varía con la temperatura; así, para metales puros comprendidos en un intervalo de temperatura de 0 °C a 100 °C se cumple la expresión:

ρ = ρð ( 1 + ð t)

en la que ρ0 es la resistividad a 0 °C y ð un coeficiente cuyo valor es prácticamente análogo al de dilatación de los gases ideales, ð = 3,66 · 10-3 .

En un intervalo de temperatura de 1 ó 2 °K a 15 °K la resistencia de ciertos conductores disminuye hasta casi anularse, dando lugar a los llamados superconductores, que pueden mantenerse en funcionamiento durante mucho tiempo sin necesidad de acumuladores o pilas.

EJERCICIOS EN OTRA HOJA……….

Resistividad de algunos materiales conductores y no conductores

CONDUCTORES

( ð · m)

Plata 1,4 ·10-8

Cobre 1,7·10-8

Aluminio 3,1·10-8

Cinc 5,5·10-8

Hierro 10·10-8

Plomo 20·10-8

Carbón 3500·10-8

AISLANTES

( ð · m)

Ambar 5·1014

Cuarzo 75·1016

Vidrio 1·1014

CAMPO MAGNETICO

El estudio de las fuerzas magnéticas se lleva a cabo a partir de un razonamiento paralelo al utilizado en el análisis de los fenómenos electrostáticos. Así, en analogía con el campo eléctrico, se define un campo magnético como la región de espacio en la que se manifiestan los efectos de las fuerzas magnéticas. Esta porción de espacio es considerada una magnitud vectorial y, por consiguiente, su intensidad en un punto es la relación entre la fuerza a la que está sometido un polo magnético situado en dicho punto y la cantidad de magnetismo del polo

→ F

H = ð

m

Estas definiciones implican la exposición de un fenómeno ya conocido en la Grecia clásica, aunque poco estudiado en términos físicos hasta tiempos relativamente recientes: el magnetismo. En la naturaleza existe un óxido de hierro, la magnetita, que presenta la propiedad de atraer la limadura de hierro. Dicha sustancia es un imán natural, y las partes del cuerpo sobre las que se deposita la limadura reciben la denominación de polos magnéticos del imán.

Si se dispone un imán sobre un soporte puntual, de forma que pueda desplazarse libremente, se observa que uno de sus extremos se orienta hacia el norte geográfico; este extremo se designa como polo norte y al punto opuesto se le denomina polo sur.

Existen una serie de procedimientos, que se analizarán a continuación, por medio de los cuales pueden obtenerse imanes artificiales, cuyos caracteres físicos les dotan de una mayor utilidad, desde el punto de vista de su aplicación tecnológica.

En 1820 el danés Oersted inició la observación de ciertos fenómenos en los que se manifestaba la relación del magnetismo y la electricidad. A partir de estas investigaciones, y de otras posteriores que llevaron a cabo Ampère, Faraday, Maxwell y otros científicos, se desarrolló una rama de la física, el electromagnetismo, que analiza las relaciones que existen entre los fenómenos magnéticos y los eléctricos.

Efectos de un campo magnético sobre una carga puntual.

Las cargas con masas pequeñas son desviadas de su trayectoria cuando se mueven dentro de una campo magnético.

Este principio es utilizado en el espectrógrafo de masas que consiste en hacer pasar una fuente de iones por varias rendijas, los iones son acelerados debido a la diferencia de potencial existente entre ellas, situándose un campo magnético en la región inferior de las rendijas, los iones describen curvas en su recorrido y dependiendo de su carga se realizará en un sentido u otro, estas desviaciones son recogidas por una placa fotográfica acoplada al espectrógrafo. De las impresiones recogidas en la placa se puede calcular la carga y masa de las partículas, y por lo tanto separar isótopos debido a que el radio de la trayectoria de cada ion cambia según el valor q / m del mismo.

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