La electricidad

¿Qué es la
electricidad?

La electricidad es un fenómeno físico que
se manifiesta naturalmente en los rayos, las descargas
eléctricas producidas por el rozamiento "electricidad
estática" en el funcionamiento de los sistemas nerviosos
de los animales, incluidos los seres humanos. También se
denomina electricidad a la rama de la ciencia que la
estudia, la rama de la tecnología que la aplica. Desde que
en 1831, Faraday descubriera la forma de producir corrientes
eléctricas por inducción, se ha convertido en una
de las formas de energía más importantes para el
desarrollo tecnológico debido a su facilidad de
generación, distribución y al gran número de
aplicaciones.

El origen de la electricidad son las cargas
eléctricas, estáticas o en movimiento, su
interacción. Una carga eléctrica en reposo produce
fuerzas sobre otras cargas. Si la carga eléctrica
está en movimiento, produce también fuerzas
magnéticas. Hay sólo dos tipos de cargas
eléctricas, las positivas y las negativas. Las cargas
eléctricas elementales son los protones, los electrones,
responsables de la formación de los átomos,
moléculas, pero también hay otras partículas
elementales cargadas.

Electricidad y magnetismo son sólo dos aspectos
diferentes del mismo fenómeno electromagnético
descrito por las ecuaciones de Maxwell. El movimiento de una
carga eléctrica con velocidad constante produce un campo
magnético, la variación de un campo
magnético produce un campo eléctrico, el movimiento
acelerado de cargas eléctricas genera ondas
electromagnéticas (como en las descargas de rayos que
pueden escucharse en los receptores de radio AM-FM,
Televisión). Debido a las crecientes aplicaciones de la
electricidad en la generación de potencia, las
telecomunicaciones, el procesamiento de información, uno
de los principales desafíos contemporáneos es
generarla de modo más eficiente con el mínimo de
perjuicios para el medio ambiente.

Explique
cómo está estructurada la materia

Para tener una comprensión de los
fenómenos eléctricos es necesario comenzar el
estudio de la estructura de la materia, puesto que el
electrón, partícula contribuyente del átomo,
está íntimamente relacionado con fenómenos
eléctricos. Los cuerpos materiales están
constituidos, básicamente, por moléculas. Estas a
su vez, están constituidas por partículas
más pequeñas llamadas átomos, los cuales a
su vez están constituidos por tres partículas
fundamentales: electrones, protones y neutrones.

Explique la
electrización por frotamiento

Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros
(número de electrones = número de protones), ambos
se cargan, uno con carga positiva, el otro con carga negativa. Si
se frota una barra de vidrio con un paño de seda, hay un
traspaso de electrones del vidrio a la seda. Si se frota un
lápiz de pasta con un paño de lana, hay un traspaso
de electrones del paño. Ej. : un globo lo frotas en
la cabeza de un amigo compañero o tú mismo cabello
o cabeza luego lo pones cerca de la cabeza de otro
compañero o amigo y veras que el cabello se
levanta.

¿Qué es el
electroscopio?

El electroscopio es un instrumento que permite
determinar la presencia de cargas eléctricas.

El electroscopio sencillo consiste en una varilla
metálica vertical que tiene una bolita en la parte
superior en el extremo opuesto dos láminas de oro muy
delgadas. La varilla está sostenida en la parte superior
de una caja de vidrio transparente con un armazón de metal
en contacto con tierra. Al acercar un objeto electrizado a la
esfera, la varilla se electrifica, las laminillas cargadas con
igual signo que el objeto se repele, siendo su divergencia una
medida de la cantidad de carga que han recibido. La fuerza de
repulsión electrostática se equilibra con el peso
de las hojas. Si se aleja el objeto de la esfera, las
láminas, al perder la polarización, vuelven a su
posición normal. Cuando un electroscopio se carga con un
signo conocido, puede determinarse el tipo de carga
eléctrica de un objeto aproximándolo a la esfera.
Si las laminillas se separan significa que el objeto está
cargado con el mismo tipo de carga que el electroscopio. De lo
contrario, si se juntan, el objeto y el electroscopio tienen
signos opuestos. Un electroscopio cargado pierde gradualmente su
carga debido a la conductividad eléctrica del aire
producida por su contenido en iones. Por ello la velocidad con la
que se carga un electroscopio en presencia de un campo
eléctrico se descarga puede ser utilizada para medir la
densidad de iones en el aire ambiente. Por este motivo, el
electroscopio se puede utilizar para medir la radiación de
fondo en presencia de materiales radioactivos.

El primer electroscopio fue creado por el médico
inglés William Gilbert para realizar sus experimentos con
cargas electrostáticas. Actualmente este instrumento no es
más que una curiosidad de museo, dando paso a mejores
instrumentos electrónicos. Un electroscopio es un
dispositivo que permite detectar la presencia de un objeto
cargado aprovechando el fenómeno de separación de
cargas por inducción. Explicaremos su funcionamiento
empezando por ver qué sucede con las cargas en los
materiales conductores. Si acercamos un cuerpo cargado con carga
positiva, por ejemplo una lapicera que ha sido frotada con un
paño, las cargas negativas del conductor experimentan una
fuerza atractiva hacia la lapicera. Por esta razón se
acumulan en la parte más cercana a ésta. Por el
contrario las cargas positivas del conductor experimentan una
fuerza de repulsión por esto se acumulan en la parte
más lejana a la lapicera. Lo que ha ocurrido es que las
cargas se han desplazado pero la suma de cargas positivas es
igual a la suma de cargas negativas. Por lo tanto la carga neta
del conductor sigue siendo nula.

Exprese cada una
de las propiedades de las cargas
eléctricas

Principio de conservación de la
carga

En concordancia con los resultados experimentales, el
principio de conservación de la carga establece
que no hay destrucción ni creación neta de carga
eléctrica, afirma que en todo proceso
electromagnético la carga total de un sistema aislado se
conserva. En un proceso de electrización, el número
total de protones, electrones no se altera, sólo hay una
separación de las cargas eléctricas. Por tanto, no
hay destrucción ni creación de carga
eléctrica, es decir, la carga total se conserva. Pueden
aparecer cargas eléctricas donde antes no había,
pero siempre lo harán de modo que la carga total del
sistema permanezca constante. Además está
conservación es local, ocurre en cualquier región
del espacio por pequeña que sea.

Al igual que las otras leyes de conservación, la
conservación de la carga eléctrica está
asociada a una simetría del lagrangiano, llamada en
física cuántica invariante gauge. Así por el
teorema de Noether a cada simetría del lagrangiano
asociada a un grupo uniparamétrico de transformaciones que
dejan el lagrangiano invariante le corresponde una magnitud
conservada.

La conservación de la carga eléctrica en un
circuito.

El principio de la conservación de
la carga nos dice que los electrones no pueden desaparecer en su
recorrido por el circuito. Todos los electrones que salen de un
borne del generador llegan al otro borne tras completar el
recorrido por el circuito. Este es el sentido real de
circulación de los electrones.

Para que esa corriente se mantenga, "el
circuito tiene que estar cerrado".

Cuantización de la
carga.

Gracias a los trabajos de Millikan al medir la carga
eléctrica del electrón, se demostró que la
carga eléctrica no es continua, o sea, no es posible que
tome valores arbitrarios, sino que los valores que puede adquirir
son múltiplos enteros de una cierta carga eléctrica
mínima. Esta propiedad se conoce como
cuantización de la carga, el valor fundamental
corresponde al valor de carga eléctrica que posee el
electrón y al cual se lo representa como e.
Cualquier carga q que exista físicamente, puede
escribirse como siendo N un número entero,
positivo o negativo.

Por convención se representa a la carga del
electrón como -e, para el protón
+e y para el neutrón, 0. La
física de partículas postula que la carga de los
quarks, partículas que componen a protones, neutrones,
toman valores fraccionarios de esta carga elemental. Sin embargo,
nunca se han observado quarks libres, el valor de su carga en
conjunto, en el caso del protón suma +e, en el
neutrón suma 0.

Aunque no tenemos una explicación suficientemente
completa de porqué la carga es una magnitud cuantizada,
que sólo puede aparecer en múltiplos de la carga
elemental, se han propuestos diversas ideas:

Según la quinta dimensión estaría
cuantizado de ahí se seguía la cuantización
de la carga.

La existencia de cargas fraccionarias en el modelo de
quarks, complica el panorama, ya que el modelo estándar no
aclara porqué las cargas fraccionarias no pueden ser
libres. Sólo pueden ser libres cargas que son
múltiplos enteros de la carga elemental.

En la teoría de Kaluza-Klein original a una
entidad geométrica de
dimensión d convencionales se les
asocia una entidad de dimensionalidad d+1: Un
"punto" de espacio-tiempo de cuatro dimensiones es una curva
cerrada

Invariante relativista

Otra propiedad de la carga eléctrica es que es
una invariante relativista. Eso quiere decir que todos los
observadores, sin importar su estado de movimiento su velocidad,
podrán siempre medir la misma cantidad de carga. La
diferencia de la masa o el tiempo, cuando un cuerpo o
partícula se mueve a velocidades comparables con la
velocidad de la luz, el valor de su carga no
variará de acuerdo a cuán rápido se mueva el
cuerpo que la posea.

Explique en
qué consiste la electrización por
contacto

Se puede cargar un cuerpo neutro con sólo tocarlo
con otro previamente cargado. En este caso, ambos quedan con el
mismo tipo de carga, es decir, si se toca un cuerpo neutro con
otro con carga positiva, el primero debe quedar con carga
positiva. Esto se debe a que habrá transferencia de
electrones libres desde el cuerpo que los posea en mayor cantidad
hacia el que los contenga en menor proporción
manteniéndose este flujo hasta que la magnitud de la carga
sea la misma en ambos cuerpos.

Explique en
qué consiste la electrización por
inducción

La inducción es un proceso de carga de un
objeto sin contacto directo. Un cuerpo cargado
eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que está
neutro. Cuando se acerca un cuerpo electrizado a un cuerpo
neutro, se establece una interacción eléctrica
entre las cargas del primero las del cuerpo neutro. Como
resultado de esta interacción, la distribución
inicial se altera: el cuerpo electrizado provoca el
desplazamiento de los electrones libres del cuerpo neutro. En
este proceso de redistribución de cargas, la carga neta
inicial no ha variado en el cuerpo neutro, pero en algunas zonas
se carga positivamente en cambio en otras negativamente. Se dice
que aparecen cargas eléctricas inducidas. Entonces el
cuerpo electrizado, denominado inductor, induce una carga con
signo contrario en el cuerpo neutro y por lo tanto lo
atrae.

¿Qué son los materiales
conductores aislantes y semiconductores?

Existen también otros elementos denominados
metaloides, que actúan como semiconductores de la
corriente eléctrica. Entre esos elementos o materiales se
encuentran el silicio (Si), el galio (Ga) y el germanio (Ge). Los
átomos de esos elementos son menos propensos a ceder
electrones cuando los atraviesa una corriente eléctrica,
su característica principal es dejarla pasar en un solo
sentido e impedirlo en sentido contrario. El cristal de silicio
es el elemento más utilizado en la actualidad  como
material semiconductor  para fabricar diodos, transistores,
circuitos integrados, los microprocesadores que utilizan los
ordenadores o computadoras personales, así como otros
dispositivos digitales. Se pueden ver las patillas de
conexión situadas en la parte inferior de un
microprocesador Pentium 4.

Por último están los materiales aislantes,
cuyos átomos ni ceden ni captan electrones. Entre esos
materiales se encuentran el plástico, la micra, el vidrio,
la goma, la cerámica, etc. Todos esos materiales otros
similares con iguales propiedades, oponen total resistencia al
paso de la corriente eléctrica. Si establecemos de nuevo
una analogía con un líquido que circule a
través del circuito hidráulico de una
tubería, como se hizo al principio de este tema con los
conductores, el aislador sería el equivalente al mismo
tubo del circuito hidráulico, pero en este caso
conteniendo líquido congelado, lo cual obstruiría
por completo el movimiento de los átomos del
líquido a través de la tubería. Esto
sería algo similar a lo que ocurre con las cargas
eléctricas cuando tropiezan con un material aislante que
le interrumpe el paso en un circuito
eléctrico. 

Esa es, precisamente, la función de los
aisladores que vemos colgando de las torres de
distribución eléctrica, para soportar los cables y
evitar que la corriente pase a la estructura metálica o de
cemento de la torre. Aislador empleado para soportar los cables
de aluminio, colgados de las torres de alta tensión,
transmiten la energía eléctrica hasta los lugares
que la requieren.

Explique en
qué consiste la conservación de la carga
eléctrica

Todo objeto cuyo número de electrones sea
distinto al de protones tiene carga eléctrica. Si tiene
más electrones que protones la carga es negativa. Si tiene
menos electrones que protones, la carga es positiva. Los
electrones no se crean ni se destruyen, sino que simplemente se
transfieren de un material a otro. Cuando un cuerpo es
electrizado por otro, la cantidad de electricidad que recibe uno
de los cuerpos es igual a la que cede el otro. La carga se
conserva. En todo proceso, ya sea en gran escala o en el nivel
atómico y nuclear, se aplica el concepto de
conservación de la carga.

"Jamás se ha observado caso alguno
de creación o destrucción de carga neta. La
conservación de la carga es una de las piedras angulares
de la física, a la par con la conservación de la
energía de la cantidad de movimiento".Todo objeto con
carga eléctrica tiene un exceso o una deficiencia de
cierto número entero de electrones: los electrones no se
pueden dividir en fracciones. Esto significa que la carga del
objeto es un múltiplo entero de la carga del
electrón. El objeto no puede poseer una carga igual a 1.5
o a 1000.5 electrones, por ejemplo. Todos los objetos cargados
que se han observado hasta ahora tienen una carga que es un
múltiplo entero de la carga de un solo
electrón.

Explique en
qué consiste la divisibilidad de la carga
eléctrica

Fueron los experimentos de Faraday sobre la
electrólisis, realizados hacia 1830, los que

Sugirieron que los átomos no eran tan simples e
indivisibles como Dalton supuso. El hecho de que la corriente
eléctrica produjera un cambio químico indicaba la
existencia de una relación entre electricidad, materia,
que los átomos debían poseer una estructura de
naturaleza eléctrica. Pero, ¿en qué
consistía la electricidad? ¿Por qué, aunque
sus propiedades eran conocidas, la electricidad seguía
considerándose, como desde el principio, un
fluido misterioso?

La clasificación periódica de los
elementos, conocida años más tarde, también
apuntaba a la complejidad del átomo. En efecto, si,
según Dalton, la propiedad más importante del
átomo era su peso, los elementos de peso atómico
parecido (que ocupan posiciones contiguas en la
clasificación) debían tener propiedades semejantes.
Cómo se explicaba entonces que después de cada
halógeno (fuertemente oxidante) viniera un gas noble
(totalmente inerte) que siguiera un metal alcalino (muy reductor)
está repetición periódica de las propiedades
de los elementos podía tener explicación en
función de un modelo de átomo no simple, cuya
estructura fuera la que se repitiese. Hasta los
últimos años del siglo XIX no se comprobó
que el átomo era divisible y poseía,
además, naturaleza eléctrica. Tales conclusiones
llegaron de un lugar inesperado: del estudio de las descargas
eléctricas en los tubos de vacío.

Explique en
qué consiste la ley de Coulomb y exprese su
ecuación

La Ley de Coulomb lleva su nombre en honor a
Charles-Agustín de coulomb, quien fue el primero en
describir en 1785 las características de las fuerzas entre
cargas eléctricas. Henry Cavendish también obtuvo
la relación inversa de la ley con la distancia, aunque
nunca publicó sus descubrimientos y no fue hasta 1879
cuando James Clerk Maxwell los publicó.

La ley puede expresarse como:

La magnitud de cada una de las fuerzas
eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales
en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud
de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la
distancia que las separa.

¿Qué son los
imanes?

Un imán (del francés aimant) es
un cuerpo o dispositivo con un campo magnético
significativo, de forma que tiende a alinearse con otros imanes
(por ejemplo, con el campo magnético
terrestre).

Los imanes pueden ser: naturales o
artificiales, o bien, permanentes o
temporales. Un imán natural es un
mineral con propiedades magnéticas. Tal es el caso de la
magnetita, que es un óxido de hierro (Fe3O4). Un
imán artificial es un cuerpo de material
ferromagnético al que se ha comunicado la propiedad del
magnetismo, ya sea mediante frotamiento con un imán
natural o por la acción de corrientes eléctricas
aplicadas en forma conveniente (electro
imanación).

Un imán permanente está fabricado
en acero imanado (hierro con un alto contenido en carbono), lo
que hace que conserve su poder magnético. También
se emplea alnico en algunos casos. Sin embargo, una fuerte carga
eléctrica, un impacto de gran magnitud, o la
aplicación de una elevada cantidad de calor, pueden causar
que el imán pierda su fuerza actuante. Un imán
temporal, pierde sus propiedades una vez que cesa la causa
que provoca el magnetismo. Dichos imanes están fabricados
en hierro dulce (con un contenido muy bajo en carbono). Un
electroimán es una bobina (en el caso
mínimo, una espira) por la cual circula corriente
eléctrica. Esto genera un campo magnético
isomórfico al de un imán de barra que imanta el
metal. El electroimán es un caso particular de un
imán temporal.

Explique en
qué consiste el efecto magnético de la corriente
eléctrica

Electromagnetismo: Es el más importante desde el
punto de vista tecnológico. Una corriente eléctrica
tiene efectos magnéticos (es capaz de atraer o repeler un
imán). Por otra parte, el movimiento relativo entre un
imán, una bobina (un hilo metálico arrollado) se
aprovecha en las máquinas eléctricas para producir
movimiento o para generar electricidad.

¿A qué se llama campo
magnético?

El campo magnético es una propiedad de espacio
por la cual una carga eléctrica puntual de valor
q que se desplaza a una velocidad V, sufre los
efectos de una fuerza que es perpendicular proporcional tanto a
la velocidad como al campo, llamada inducción
magnética "según algunos autores, Densidad de
flujo magnético". Dicha carga percibirá una
fuerza descrita con la siguiente igualdad. Si bien algunos marcos
magnéticos han sido conocidos desde la antigüedad,
como por ejemplo el poder de atracción que sobre el hierro
ejerce la magnetita, no fue sino hasta el siglo XIX cuando la
relación entre la electricidad, el magnetismo quedó
plasmada, pasando ambos campos de ser diferenciados a formar el
cuerpo de lo que se conoce como electromagnetismo.

Antes de 1820, el único magnetismo conocido era
el del hierro. Esto cambió con un profesor de ciencias
poco conocido de la universidad de Copenhague, Dinamarca, Hans
Cristian oersted. En 1820 Oersted preparó en su casa una
demostración científica a sus amigos, estudiantes.
Planeó demostrar el calentamiento de un hilo por una
corriente eléctrica también llevar a cabo
demostraciones sobre el magnetismo, para lo cual dispuso de una
aguja de brújula montada sobre una peana de madera.
Mientras llevaba a cabo su demostración eléctrica,
Oersted notó para su sorpresa que cada vez que se
conectaba la corriente eléctrica, se movía la aguja
de la brújula. Se calló y finalizó las
demostraciones, pero en los meses siguientes trabajó duro
intentando explicarse el nuevo fenómeno. ¡Pero no
pudo! La aguja no atraía ni repelida por ella. En vez de
eso tendía a quedarse en ángulo recto. Hoy sabemos
que esto es una prueba fehaciente de la relación
intrínseca entre el campo magnético y el campo
eléctrico plasmada en las ecuaciones de
Maxwell.

Como ejemplo la naturaleza un poco distinta del campo
magnético basta considerar el intento de separar el polo
de un imán. Aunque rompamos un imán por la mitad
éste "reproduce" sus dos polos. Si ahora volvemos a partir
otra vez en dos, nuevamente tendremos cada trozo con dos polos
norte y sur diferenciados. En magnetismo no existen los monopolos
magnéticos.

Nombre y Explique
cada uno de los aspectos de medida basados sobre los efectos
electromagnéticos

En la historia de la Física se puede apreciar la
importancia que ha tenido el electromagnetismo, una de las
principales revoluciones del siglo XIX que ha dado paso a grandes
descubrimientos tecnológicos. Los primeros
fenómenos magnéticos observados estaban ligados a
los llamados imanes naturales, actualmente sabemos que los
fenómenos magnéticos se deben a fuerzas originadas
por cargas eléctricas en movimiento; en otras palabras,
toda carga además de crear un campo eléctrico,
cuando se desplaza origina en el espacio que le rodea una nueva
perturbación que constituye un campo
magnético.

El descubrimiento de las leyes de la electricidad en el
siglo XIX ha dado paso al desarrollo de la sociedad actual. Las
importantes aportaciones de físicos como Ampere y Faraday
fue James Clerk Maxwell quien con sus famosas cuatro
ecuaciones sistematizó todos los hallazgos en el campo de
la Electricidad, el Magnetismo. Maxwell pensó que las
ondas luminosas eran ondas electromagnéticas que se
podían elaborar en una teoría
electromagnética de la luz, obtuvo la primera
relación entre magnitudes ópticas y
eléctricas.

Leyes en el campo
magnético

El campo magnético es producido por la corriente
eléctrica que circula por un conductor. Para determinar la
expresión del campo magnético producido por una
corriente se emplean dos leyes: la ley de Biot-Savart y la ley de
Ampere.

La ley de Biot-Savart

La ley de Biot-Savart calcula el campo producido por un
elemento dl de la corriente de
intensidad I en un punto P
distante r de dicho elemento.

El campo producido por el elemento tiene la
dirección perpendicular al plano determinado por los
vectores unitarios ut y ur, en
sentido al que resulta de la aplicación de la regla del
sacacorchos. Ut es un vector unitario que
señala la dirección de la corriente, mientras
que ur señala la posición del
punto P desde el elemento de corriente dl. Salvo en
el caso de espira circular o de una corriente rectilínea,
la aplicación de la ley de Biot-Savart es muy complicada.
Para determinar el campo producido por un solenoide sumando los
campos producidos por cada una de las espiras que lo forman,
existen dos aproximaciones:

• 1. Mediante la ley de Biot-Savart se calcula el
  campo producido por una espira circular en un punto de su
  eje. Se supone que el solenoide de
  longitud L tiene N espiras
  muy apretadas.

• 2. se calcula la contribución de todas
  las espiras al campo en un punto del eje del
  solenoide.

La ley de Ampere

Si suponemos que el solenoide es muy largo
y estrecho, el campo es aproximadamente uniforme y paralelo al
eje en el interior del solenoide, y es nulo fuera del solenoide.
En esta aproximación es aplicable la ley de
Ampere.

El primer miembro, es la circulación
del campo magnético a lo largo de un camino cerrado, y en
el segundo miembro el término I se
refiere a la intensidad que atraviesa dicho camino
cerrado.

Para determinar el campo magnético, aplicando la
ley de Ampere tomamos un camino cerrado ABCD que sea atravesado
por corrientes. La circulación es la suma de cuatro
contribuciones, una por cada lado.

Examinaremos, ahora cada una de las contribuciones a la
circulación:

La corriente que atraviesa el camino cerrado ABCD se
puede calcular fácilmente:

Si hay N espiras en la
longitud L del solenoide en la
longitud x habrá Nx/L espiras
por las que circula una intensidad I. Por tanto, la
ley de Ampere se escribe para el solenoide.

En el laboratorio, se emplean limaduras de
hierro para hacer visibles las líneas en el
campo magnético, este procedimiento es muy limitado
requiere bastante cuidado por parte del
experimentador.

Aplicando la ley de Biot-Savart, el campo
magnético producido por cada espira en un punto de su
plano meridiano, mediante procedimientos numéricos.
Posteriormente, determina el campo magnético resultante,
sumando vectorialmente el campo producido por cada espira en
dicho punto. Posteriormente, se trazan las líneas del
campo magnético que pasan por puntos equidistantes a lo
largo del diámetro del solenoide.

Podemos ver el mapa de las líneas
del campo magnético de:

• Una espira circular

• Dos espiras, esta disposición
  simula las denominadas bobinas de Helmont, utilizadas en el
  laboratorio para producir campos magnéticos
  aproximadamente uniformes en la región entre las dos
  bobinas.

• Muchas espiras iguales y equidistantes,
  que simula el solenoide.

Ley de Faraday.

Concepto de flujo

La
inducción electromagnética

La inducción electromagnética fue
descubierta casi simultáneamente, de forma independiente
por Michael Faraday y Joseph Henry en 1930. La inducción
electromagnética es el principio sobre el que se basa el
funcionamiento del generador eléctrico, el transformador,
muchos otros dispositivos.

Supongamos que se coloca un conductor
eléctrico en forma de circuito en una región en la
que hay un campo magnético. Si el flujo ? a
través del circuito varía con el tiempo, se puede
observar una corriente en el circuito (mientras el flujo
está variando). Midiendo la fem inducida se encuentra que
depende de la rapidez de variación del flujo del campo
magnético con el tiempo.

El significado del signo menos, es decir,
el sentido de la corriente inducida se muestra en la
figura.

Campos
magnéticos y corrientes
eléctricas

Las fuerzas características de los imanes se
denominan fuerzas magnéticas el desarrollo de la
física amplió el tipo de objetos que sufren,
ejercen fuerzas magnéticas, Las corrientes
eléctricas en general, las cargas en movimiento se
comportan como imanes, es decir producen campos
magnéticos.

Algunas características de las
fuerzas magnéticas

A diferencia de lo que sucede con una barra de
ámbar electrizada por frotamiento la cual atrae hacia
sí todo tipo de objetos con la condición de que
sean ligeros, un imán ordinario sólo ejerce fuerzas
magnéticas sobre cierto tipo de materiales, en particular
sobre el hierro. Este fue uno de los obstáculos que
impidieron una aproximación más temprana entre el
estudio de la electricidad, el del magnetismo.

Las fuerzas magnéticas son fuerzas de
acción a distancia, es decir, se producen sin que exista
contacto físico entre los dos imanes. Esta circunstancia,
que excitó la imaginación de los filósofos
antiguos por su difícil explicación,
contribuyó más adelante al desarrollo del concepto
de campo de fuerzas.

Espectros
magnéticos

Cuando se espolvorea en una cartulina o en una
lámina de vidrio, situadas sobre un imán, limaduras
de hierro, éstas se orientan de un modo regular a lo largo
de líneas que unen entre sí los dos polos del
imán. Lo que sucede es que cada limadura se comporta como
una pequeña brújula que se orienta en cada punto
como consecuencia de las fuerzas magnéticas que soporta.
La imagen que forma este conjunto de limaduras alineadas
constituye el espectro magnético del
imán.

EL CAMPO
MAGNÉTICO

Las fuerzas magnéticas y la
idea física de campo

El hecho de las fuerzas magnéticas sean fuerzas
de acción a distancia permite recurrir a la idea
física del campo para describir la influencia de un
imán o de un conjunto de imanes sobre el espacio que los
rodea. Las líneas de fuerza del campo magnético
indican la dirección en la que se orientará una
pequeña brújula (considerada como un elemento de
prueba) situada en tal punto., las limaduras de hierro
espolvoreadas sobre un imán se orientan a lo largo de las
líneas de fuerza del campo magnético
correspondiente y el espectro magnético resultante
proporciona una representación espacial del campo
magnético.

La intensidad del campo
magnético

Como sucede en otros campos de fuerza, el campo
magnético queda definido matemáticamente si se
conoce el valor que toma en cada punto una magnitud vectorial que
recibe el nombre de intensidad del campo. La intensidad
del campo magnético, a veces denominada
inducción magnética, se representa por la
letra B y es un vector tal que en cada punto coincide en
dirección sentido con los de la línea de fuerza
magnética correspondiente. Las brújulas, al
alinearse a lo largo de las líneas de fuerza del campo
magnético, indican la dirección, el sentido de la
intensidad del campo B.

APLICACIÓN: CAMPO
MAGNÉTICO DEBIDO A CORRIENTES
ELÉCTRICAS

Se trata de calcular la intensidad del
campo magnético B creado por una corriente de 4A
de intensidad en cada uno de los siguientes casos:

a) 4 cm de un hilo conductor
rectilíneo e indefinido

b) en el centro de una bobina formada por
20 espiras circulares de 10 cm de diámetro;

Fuerza magnética sobre una
corriente rectilínea.

Una carga en movimiento en presencia de un imán
experimenta una fuerza magnética Fm que desvía su
trayectoria. Dado que la corriente eléctrica supone un
movimiento continuado de cargas, un conductor por donde circula
corriente sufrirá, por la acción de un campo
magnético, el efecto conjunto de las fuerzas
magnéticas que se ejercen sobre las diferentes cargas
móviles de su interior. Si la corriente es
rectilínea y de longitud l, la expresión
de la fuerza magnética toma la forma:

En donde I es la intensidad de corriente,
B la intensidad de campo y el ángulo que forma la corriente con el
vector campo.

La anterior ecuación, que se conoce como ley
de Laplace, se puede obtener experimentalmente, pero
también puede deducirse de la expresión

de la fuerza magnética sobre una carga
móvil. Admitiendo que la corriente es estacionaria, esto
es, de intensidad constante considerando en tal circunstancia el
movimiento de avance de las cargas como uniforme, se cumple la
igualdad:

APLICACIÓN DE LA REGLA DE LA MANO
IZQUIERDA

Por un pequeño columpio de alambre
circula una corriente eléctrica, de tal forma que cuando
un tramo horizontal se introduce entre los polos de un
imán experimenta una fuerza magnética. Se trata de
determinar en cuáles de las posiciones a,
b o c de la figura adjunta, el columpio se
desplaza de su posición de equilibrio. (El punto y las
cruces representan sentidos opuestos de la intensidad de
corriente que atraviesa el alambre, cuando se mira la figura
frontalmente.)

El magnetismo de
la materia

El hierro es el material magnético por
excelencia, pues en contacto con un imán, en general,
cuando es sometido a la acción de un campo
magnético, adquiere propiedades magnéticas, esto e
se imana o magnetiza. El tipo de materiales que como el hierro
presentan un magnetismo fuerte reciben el nombre de sustancias
ferromagnéticas. Los materiales que por el
contrario poseen un magnetismo débil se denominan
paramagnéticos o diamagnéticos
según su comportamiento.

Conclusiones

Del anterior trabajo concluyo
que:

A) El campo magnético es la influencia de un
imán en los átomos de las fuerzas electromotrices.
La forma del campo magnético fue estudiada por Michael
Faraday quien espolvoreó limaduras de hierro sobre un
vidrio colocado encima de un imán. Esas limaduras se
disponen en hileras que irradian desde cada uno de los polos del
imán. Esas hileras se denominan líneas de fuerza e
indican la dirección de las fuerzas combinadas de los dos
polos.

B) Un campo eléctrico puede
representarse por líneas de fuerza, líneas que son
tangentes a la dirección del campo en cada uno de sus
puntos. En la figura, se representan las líneas de fuerza
de una carga puntual, que son líneas rectas que pasan por
la carga. Las superficies equipotenciales son superficies
esféricas concéntricas.

Bibliografía

Centro de teleinformática y
telecomunicaciones. Universidad nacional de Colombia

Electrónica avanzada. Universidad
del cauca

Electricidad, electrónica, manual
del radioaficionado moderno. Universidad de caracas,
Venezuela.

Resistividad a altas temperaturas.
Universidad de Cantabria.

Autor:

Cristian Jimenez

TRABAJO DE ELECTRICIDAD. ACTIVIDAD
3

Tutor virtual: Raul camacho.

SENA REGIONAL CUNDINAMARCA, CENTRO DE
BIOTECNOLOGÍA AGROPECUARIA