Tipos corrientes magnéticas

Introducción

 La presente experiencia trata sobre
los tipos corrientes magnéticas, los cuales son los campos
magnéticos como electromagnetismo e inductancia. Su
objetivo principal es facilitar información para
así conocer cómo actúan estos en movimiento
y los métodos que se utilizan para calcular cada una de
ellas, hay que mencionar que existen distintas leyes que nos
ayuda a entenderlas mejor como es la ley de ampere de Gauss, y la
ley de Lenz para el campo electromagnético entre
otras.

Es importante saber que los campos magnéticos
actúan sobre materiales magnéticos y sobre las
partículas en movimiento, es decir cuando estos se
desplazan una sobre la otra hacen una fuerza formando
ángulos rectos con la velocidad de la partícula y
la misma dirección del ángulo. Ósea que
estás se atraen.

Para seguir entendiendo acerca del tema es necesario
hablar acerca de los transformadores que son fenómenos de
inducción son un dispositivo electromagnético que
permiten aumentar la electricidad.

El campo
magnético

DEFINICIÓN DEL VECTOR
INDUCCIÓN:

Para definir cualquier campo magnético primero
tenemos que definir la fuerza magnética que actúa
sobre una carga. Esta fuerza de origen magnético, no
electrostática ni mecánica se le denomina
frecuentemente la fuerza de lorentz. Si esta fuerza la
denominamos F y al vector de inducción
magnética B, este se define como el vector que
satisface a todas las velocidades V de la carga,
quedándose el producto vectorial que se muestra a
continuación:

F=q (VxB)

La dirección y el sentido de la fuerza se obtiene
según las fuerzas del producto vectorial. Esta magnitud
vectorial llamada B (inducción magnética),
caracteriza el campo magnético del mismo modo del vector
E caracteriza el campo eléctrico. Tenemos que el
valor del módulo del vector de inducción
magnética en un punto se define de la siguiente
manera:

Ahora si F se expresa en newton q en
colombios y V en metros/segundos, B se
mediría en Weber/metro^2. Esto sería la
inducción magnética de un campo en el cual carga de
un culombio que se mueva con una componente de velocidad
perpendicular al campo igual a un metro/segundo, está
sometida a una fuerza de un newton.

Definición del
campo magnético

En el caso de una barra imantada, las líneas de
fuerza salen de un extremo y se curvan para llegar al otro
extremo; estas líneas pueden considerarse como bucles
cerrados, con una parte del bucle dentro del imán y otra
fuera. En los extremos del imán, donde las líneas
de fuerza están más próximas, el campo
magnético es más intenso; en los lados del
imán, donde las líneas de fuerza están
más separadas, el campo magnético es más
débil. Según su forma y su fuerza magnética,
los distintos tipos de imán producen diferentes esquemas
de líneas de fuerza.

La estructura de las líneas de fuerza creadas por
un imán o por cualquier objeto que genere un campo
magnético puede visualizarse utilizando una brújula
o limaduras de hierro. Los imanes tienden a orientarse siguiendo
las líneas de campo magnético. Por tanto, una
brújula, que es un pequeño imán que puede
rotar libremente, se orientará en la dirección de
las líneas. Marcando la dirección que señala
la brújula al colocarla en diferentes puntos alrededor de
la fuente del campo magnético, puede deducirse el esquema
de líneas de fuerza.

Igualmente, si se agitan limaduras de hierro sobre una
hoja de papel o un plástico por encima de un objeto que
crea un campo magnético, las limaduras se orientan
siguiendo las líneas de fuerza y permiten así
visualizar su estructura.

Los campos magnéticos influyen sobre los
materiales magnéticos y sobre las partículas
cargadas en movimiento. En términos generales, cuando una
partícula cargada se desplaza a través de un campo
magnético, experimenta una fuerza que forma ángulos
rectos con la velocidad de la partícula y con la
dirección del campo. Como la fuerza siempre es
perpendicular a la velocidad, las partículas se mueven en
trayectorias curvas. Los campos magnéticos se emplean para
controlar las trayectorias de partículas cargadas en
dispositivos como los aceleradores de partículas o los
espectrógrafos de masas.

Fuerza
magnética sobre una carga en movimiento

Sobre una carga eléctrica en movimiento que
atraviese un campo magnético aparece una fuerza denominada
Fuerza Magnética. Ésta modifica la dirección
de la velocidad, sin modificar su módulo. El sentido se
calcula por la regla de la mano derecha (índice =
velocidad, mayor = campo, pulgar = fuerza, formando 90 grados
entre cada uno de los tres dedos). El sentido de la fuerza es
para cargas positivas. Si las cargas son negativas el sentido es
el opuesto al obtenido con la regla de la mano
derecha.

FUERZA MAGNÉTICA SOBRE UNA
CORRIENTE:

Una corriente eléctrica es un conjunto de cargas
en movimiento. Conocida ya la fuerza que el campo B ejerce
sobre una única carga, calculamos ahora la fuerza sobre un
conductor por el que circula una corriente.

FUERZA SOBRE UN CODUCTOR
RECTILÍNEO:

Imaginemos un conductor rectilíneo de
sección A por el que circula una corriente
eléctrica I. La fuerza a la que se ve sometido cuando se
encuentra en un campo B uniforme será la suma de la
fuerza sobre todas las cargas.

Si n es el número de cargas q
por unidad de volumen, y vd la velocidad de
desplazamiento de las mismas, el número de cargas en un
elemento de volumen de longitud l es:

Definimos el vector l como un vector de
módulo la longitud del conductor y dirección y
sentido el que indica la intensidad de corriente. Recordando la
expresión de la intensidad I podemos escribir la
fuerza como:

Por las propiedades del producto vectorial se deduce
que:

Cuando el campo B es paralelo al conductor, la fuerza
magnética ejercida sobre el conductor es nula.

Fuerza sobre un
conductor de forma arbitraria

Si el conductor tiene sección constante pero una
forma arbitraria y el campo no es uniforme, la fuerza se calcula
mediante la integral, tomando un elemento diferencial de
corriente según el sentido de la intensidad:

Aunque el conductor no sea rectilíneo, si el
campo B es uniforme la expresión anterior se
simplifica ya que se puede sacar B fuera de la integral.
Entonces, según se aprecia en el dibujo, la fuerza total
que B ejerce sobre el conductor de longitud l no
rectilíneo es la misma que ejercería en caso de que
el conductor fuera rectilíneo y uniera los puntos inicial
(a) y final (b) del conductor (l´).

Flujo del campo
magnético. Ley de ampere

El flujo del campo magnético se define de manera
análoga al flujo del campo eléctrico.

Electromagnetismo

El electromagnetismo es la parte de la electricidad que
estudia la relación entre los fenómenos
eléctricos y los fenómenos
magnéticos. Los fenómenos eléctricos
y magnéticos fueron considerados como independientes hasta
1820, cuando su relación fue descubierta por
casualidad.

Así, hasta esa fecha el magnetismo y la
electricidad habían sido tratados como fenómenos
distintos y eran estudiados por ciencias diferentes. Sin embargo,
esto cambió a partir del descubrimiento que realizó
Hans Chirstian Oersted , observando que la aguja de una
brújula variaba su orientación al pasar corriente a
través de un conductor próximo a ella. Los estudios
de Oersted  sugerían que la electricidad y el
magnetismo eran manifestaciones de un mismo fenómeno: las
fuerzas magnéticas proceden de las fuerzas originadas
entre cargas eléctricas en movimiento.

El electromagnetismo es la base de funcionamiento de
todos los motores eléctricos y generadores
eléctricos.

LEY DE BIOT Y
SARVART:

En la que la integral se extiende a todo el recinto que
contiene las fuentes del campo.

La ley de Biot-Savart es fundamental en
magnetostática tanto como la ley de Coulomb lo es en
electrostática.

LEY DE AMPERE:

La ley de Ampere tiene una analogía con el
teorema de Gauss aplicado al campo eléctrico. De la misma
forma que el teorema de Gauss es útil para el
cálculo del campo eléctrico creado por determinadas
distribuciones de carga, la ley de Ampere también es
útil para el cálculo de campos magnéticos
creados por determinadas distribuciones de corriente.

Tenemos que tener en cuenta que esto se cumple siempre y
cuando las corrientes sean continuas, es decir, que no comiencen
o terminen en algún punto finito.

Apliquemos la ley de Ampere a algunas distribuciones de
corriente para poder comprender mejor su utilidad.

LÍNEAS DE INDUCCIÓN
MAGNÉTICA:

Si cogemos un alambre de cobre o conductor de cobre, ya
sea con forro aislante o sin éste, y lo movemos de un lado
a otro entre los polos diferentes de dos imanes, de forma tal que
atraviese y corte sus líneas de fuerza magnéticas,
en dicho alambre se generará por inducción una
pequeña fuerza electromotriz (FEM), que es posible medir
con un galvanómetro, instrumento semejante a un
voltímetro, que se utiliza para detectar pequeñas
tensiones o voltajes.

Este fenómeno físico, conocido como
"inducción magnética" se origina cuando el
conductor corta las líneas de fuerza magnéticas del
imán,  lo que provoca que las cargas
eléctricas contenidas en el metal del alambre de cobre
(que hasta ese momento se encontraban en reposo), se pongan en
movimiento creando un flujo de corriente eléctrica. Es
preciso aclarar que el fenómeno de inducción
magnética sólo se produce cada vez que movemos el
conductor a través de las líneas de fuerza
magnética. Sin embargo, si mantenemos sin mover el alambre
dentro del campo magnético procedente de los polos de los
dos imanes, no se inducirá corriente alguna.

En esa propiedad de inducir corriente eléctrica
cuando se mueve un conductor dentro de un campo magnético,
se basa el principio de funcionamiento de los generadores de
corriente eléctrica.

Ahora bien, si en vez de moverlo colocáramos el
mismo conductor de cobre dentro del campo magnético de los
dos imanes y aplicamos una diferencia de potencial,
tensión o voltaje en sus extremos, como una
batería, por ejemplo, el campo magnético que
produce la corriente eléctrica alrededor del conductor al
circular a través del mismo, provocará que las
líneas de fuerza o campo magnético de los imanes lo
rechacen. De esa forma el conductor se moverá hacia un
lado o hacia otro, en dependencia del sentido de
circulación que tenga la corriente, provocando que rechace
el campo magnético y trate de alejarse de su
influencia

Cuando aplicamos una diferencia de potencial,
tensión o voltaje a un conductor y lo situamos dentro de
las líneas de fuerza de un campo magnético, como el
de dos imanes, por ejemplo, éste será rechazado
hacia uno u otro lado, en dependencia del sentido de
dirección que tenga la corriente que fluye por el
conductor.

El campo magnético que se crea alrededor del
alambre de cobre o conductor cuando fluye  la corriente
eléctrica, hace que éste se comporte también
como si fuera un imán y en esa propiedad se basa el
principio de funcionamiento de los motores
eléctricos.

En la actualidad la magnetita no se emplea como
imán, pues se pueden fabricar imanes permanentes
artificiales de forma industrial a menor costo.

En la actualidad se fabrican imanes permanentes
artificiales, para su empleo, por ejemplo, en la
fabricación de altavoces para equipos de audio, dinamos
para el alumbrado en las bicicletas, pequeños motores para
uso de juguetes o en equipos electrónicos, en la junta
hermética de la puerta de los frigoríficos y, por
supuesto, en la fabricación de brújulas.

CONDUCTORES
PARALELOS:

Anteriormente se ha descrito la fuerza magnética
que actúa sobre un conductor que transporta corriente
cuando este se sitúa en un campo magnético externo.
Puesto que una corriente en un conductor establece su propio
campo magnético es sencillo entender que dos conductores
que lleva corriente ejerce fuerzas magnéticas entre
sí. Como se verá dichas fuerzas pueden utilizarse
como la base para definir el ampere y el Coulomb.

Considere dos largos alambres paralelos rectos separados
por una distancia a y que conduce las corrientes I1 y
I2 en la misma dirección como se muestra en la
figura 5.17. Se puede determinar la fuerza ejercida sobre un
alambré debido a un campo magnético establecido por
el otro alambré.

La dirección de F1 es hacia el alambre 2,
pues lxB2 está en dicha dirección. Si se calcula el
campo establecido en el alambre 2 por el alambre 1, la fuerza
F2 que actúa sobre el alambre 2 es igual en
magnitud y opuesta en dirección a F1. Esto es lo
que se esperaba porque la tercera ley de newton se debe
obedecer.

Cuando las corrientes están en direcciones
opuestas, las fuerzas se invierten y los alambres se repelen uno
a otro. Por tanto, se encuentra que conductores paralelos que
llevan corrientes en la misma dirección se atraen entre si
y conductores paralelos que portan corrientes en direcciones
opuestas se repelen entre sí.

Ya que las magnitudes de las fuerzas son las mismas en
ambos alambres la magnitud de la fuerza magnética entre
los alambres se denota simplemente FB. Esta magnitud se
puede describir en términos de la fuerza por unidad de
longitud:

Puesto que esta definición está basada en
una fuerza, es posible utilizar una medida mecánica para
estandarizar el ampere. Por ejemplo el Instituto Nacional de
Estándares y tecnología de estados unidos utiliza
un instrumento llamado balanza de corriente para mediciones de
corriente primaria . Estos resultados se utilizan luego para
estandarizar otros instrumentos más convencionales como
los amperímetros.

La unidad de carga del SI, el Coulomb se define en
términos del ampere:

Cuando un conductor lleva una corriente estable de 1A,
la cantidad de carga que fluye por la sección transversal
del conductor en 1 s es 1C.

Al derivar las ecuaciones 5.16 y 5.17 se supuso que
ambos alambres eran largos con su distancia de separación.
De hecho solo un alambre necesita ser largo. Las ecuaciones
describen con precisión las fuerzas ejercida mutuamente
por un alambre largo y un alambre paralelo recto de longitud
limitada l.

Ley de
Lenz

La ley de Lenz para el campo electromagnético
relaciona cambios producidos en el campo eléctrico en un
conductor con la variación de flujo magnético en
dicho conductor, y afirma que las tensiones o voltajes inducidos
sobre un conductor y los campos eléctricos asociados son
de un sentido tal que se oponen a la variación del flujo
magnético que las induce. Esta ley se llama así en
honor del físico germano-báltico Heinrich Lenz,
quien la formuló en el año 1834. En un contexto
más general que el usado por Lenz, se conoce que dicha ley
es una consecuencia más del principio de
conservación de la energía aplicado a la
energía del campo electromagnético

La Ley de Lenz nos va a dar el sentido de la corriente
eléctrica inducida. Ya has visto anteriormente la regla de
la mano izquierda, ahora vamos a ver la "regla de la mano
derecha". El siguiente esquema te ayudará.

La ley de Lenz es necesaria para la conservación
de energía. Si la corriente, en los experimentos
anteriores, tuviera dirección opuesta, el imán
sería atraído hacia la espira, ¡ganando
energía cinética! Se podría usar la mayor
energía cinética del imán para efectuar
trabajo y al mismo tiempo usar la fem inducida para hacer
trabajar maquinas eléctricas. La repetición del
proceso produciría una energía libre infinita, cosa
que es, imposible.

Puesto de otra manera, se debe efectuar un trabajo sobre
el sistema para producir energía. Si la espira tiene una
resistencia R, en ella se produce energía térmica a
una razón de I2R (efecto Joule). En consecuencia, se tiene
que empujar el imán hacia la espira venciendo la
fuerza que se opone, y se efectúa trabajo a una
razón.

LEY DE
FARADAY:

Experimento de Faraday que muestra la inducción
entre dos espiras de cable: La batería (derecha)
aporta la corriente eléctrica que fluye a través de
una pequeña espira (A), creando un campo
magnético. Cuando las espiras son estacionarias, no
aparece ninguna corriente inducida. Pero cuando la pequeña
espira se mueve dentro o fuera de la espira grande (B),
el flujo magnético a través de la espira mayor
cambia, induciéndose una corriente que es detectada por el
galvanómetro (G).1

La ley de inducción electromagnética de
Faraday (o simplemente ley de Faraday) establece que el voltaje
inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la
rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que
atraviesa una superficie cualquiera con el circuito como
borde:

Esta ley fue formulada a partir de los experimentos que
Michael Faraday realizó en 1831. Esta ley tiene
importantes aplicaciones en la generación de
electricidad.

FENÓMENO DE
INDUCCIÓN:

La inducción electromagnética es la
producción de corrientes eléctricas por campos
magnéticos variables con el tiempo. El descubrimiento por
Faraday y Henry de este fenómeno introdujo una cierta
simetría en el mundo del electromagnetismo. Maxwell
consiguió reunir en una sola teoría los
conocimientos básicos sobre la electricidad y el
magnetismo. Su teoría electromagnética predijo,
antes de ser observadas experimentalmente, la existencia de ondas
electromagnéticas. Hertz comprobó su existencia e
inició para la humanidad la era de las
telecomunicaciones.

El descubrimiento, debido a Oersted, de que una
corriente eléctrica produce un campo magnético
estimuló la imaginación de los físicos de la
época y multiplicó el número de experimentos
en busca de relaciones nuevas entre la electricidad y el
magnetismo. En ese ambiente científico pronto
surgiría la idea inversa de producir corrientes
eléctricas mediante campos magnéticos. Algunos
físicos famosos y otros menos conocidos estuvieron cerca
de demostrar experimentalmente que también la naturaleza
apostaba por tan atractiva idea. Pero fue Faraday el primero en
precisar en qué condiciones podía ser observado
semejante fenómeno.

En el presente laboratorio se quiere estudiar estos
descubrimientos realizados durante décadas y que hoy son
utilizados en la vida práctica.

CAMPO MAGNÉTICO VARIABLE
CON EL TIEMPO

Un campo electromagnético dependiente del
tiempo es un campo generado por una distribución no
estacionaria de cargas móviles. Para un campo de ese tipo,
es necesario contar con las contribuciones de las derivadas
parciales respecto al tiempo de todas las magnitudes en las
ecuaciones de comportamiento.

Otra peculiaridad de este tipo de campos, es que no
existen campos eléctricos puros o magnéticos puros,
sino que cualquier campo electromagnético variable
presentará los dos tipos de campo. Es decir, para un campo
electromagnético variable no es posible encontrar
un observador que sólo detecte uno de los dos
campos (excepto quizás en un instante dado). Una
consecuencia de esta coocurrencia de los dos campos es
la ley de Faraday que afirma que un campo
magnético variable induce un campo
eléctrico. E igualmente, Maxwell predijo que un campo
eléctrico variable induce un campo magnético. Este
apoyo mutuo del uno al otro, esto es, un campo magnético
que produce un campo eléctrico y un campo eléctrico
que produce un campo magnético, resultados en el
fenómeno de propagación de onda. La
predicción de ondas electromagnéticas y los
subsecuentes del uso exitoso de estas ondas en sistemas de la
comunicación sea un clímax excelente a los siglos
de exploración y experimentación que lo
precedieron.

MODIFICACIÓN DE LAS
ECUACIONES DE EL CAMPO ESTÁTICO BAJO CONDICIONES VARIANTES
EN EL TIEMPO:

Antes de presentar las ecuaciones generales para el
campo electromagnético que varía con el tiempo,
resumiremos las ecuaciones básicas que gobiernan la
eléctrica estática, campos magnéticos y el
campo de flujo de corriente estacionaria. Varias opciones
equivalentes son posibles, pero las ecuaciones siguientes son
escogidas porque muestran la propiedad del irrotational del campo
electrostático, la propiedad de la divergencia del
magnetostático y campos de flujo corrientes estacionarias
claramente.

MOVIMIENTO
RELATIVO:

El movimiento siempre es un concepto relativo porque
debe referirse a un sistema de
referencia o referencial particular escogido por
el observador. Puesto que diferentes observadores pueden utilizar
referenciales distintos, es importante relacionar las
observaciones realizadas por aquellos.

Una partícula se encuentra en movimiento en un
referencial si su posición con respecto a él cambia
en el transcurso del tiempo; en caso contrario, la
partícula está en reposo en dicho referencial. De
estas definiciones, vemos que tanto el concepto de movimiento
como el de reposo son relativos. Así, el pasajero que
está sentado en un vagón de ferrocarril se
encuentra en reposo con respecto al vagón; pero como el
tren se mueve con respecto a la Tierra, el pasajero se encuentra
en movimiento con respecto a los árboles que observa desde
el tren. A su vez, esos árboles están en reposo
respecto de la Tierra, pero en movimiento respecto del pasajero
del tren.

A efectos prácticos, podemos distinguir dos
modalidades de movimiento relativo:

MOVIMIENTO RELATIVO ENTRE DOS PARTÍCULAS
EN UN MISMO REFERENCIAL:

De modo que obtendremos la velocidad relativa entre las
dos partículas restando vectorialmente sus velocidades con
respecto a un mismo referencial.

Derivando de nuevo las expresiones (5) tenemos para las
aceleraciones relativas

Siguiéndose para las aceleraciones relativas la
misma regla que para las velocidades.

MOVIMIENTO RELATIVO DE UNA
PARTÍCULA EN DOS REFERENCIALES:

En este caso, el movimiento relativo hace
referencia al que presenta una partícula con respecto a un
sistema de referencia (xyz), llamado referencial
relativo o móvil por estar en movimiento con respecto
a otro sistema de referencia (XYZ) considerado
como absoluto  referencial o fijo.

El movimiento de un referencial respecto al otro puede
ser una traslación, una rotación o una
combinación de ambas (movimiento
rototraslatorio).

Velocidad

Que coincide con la velocidad
correspondiente un punto de un sólido rígido
en movimiento.

Podemos expresar la velocidad de la partícula en
el referencial fijo en la forma

Que coincide con la aceleración correspondiente
un punto de un sólido rígido en
movimiento.

Podemos expresar la aceleración de la
partícula en el referencial fijo en la forma

Inductancia

Llamaremos inductancia al campo magnético que
crea una corriente eléctrica al pasar a través de
una bobina de hilo conductor enrollado alrededor de la misma que
conforma un inductor. Un inductor puede utilizarse para
diferenciar señales cambiantes rápidas o lentas. Al
utilizar un inductor con un condensador, la tensión del
inductor alcanza su valor máximo a una frecuencia
dependiente de la capacitancia y de la inductancia.

La inductancia se representa por la letra L, que en un
elemento de circuito se define por:eL = L di/dt

La inductancia depende de las características
físicas del conductor y de la longitud del mismo. Si se
enrolla un conductor, la inductancia aumenta. Con muchas espiras
(vueltas) se tendrá más inductancia que con pocas.
Si a esto añadimos un núcleo de ferrita,
aumentaremos considerablemente la inductancia.

La energía almacenada en el campo
magnético de un inductor se calcula según la
siguiente formula: W = I² L/2…

Siendo:

W = energía (julios);

I = corriente (amperios;

L = inductancia (henrios) [1].

CÁLCULO DE
INDUCTANCIA:

El Cálculo de la inductancia: La inductancia de
una bobina con una sola capa bobinada al aire puede ser calculada
aproximadamente con la fórmula simplificada siguiente: L
(microH)=d².n²/18d+40 l

Siendo:

L = inductancia (microhenrios);

d = diámetro de la bobina (pulgadas);

l = longitud de la bobina (pulgadas);

n = número de espiras o vueltas.

Ejemplo:

Se tiene una bobina de 32 espiras, 13 vueltas por
centímetro y 25 mm de diámetro. ¿Cuál
será su inductancia?

- a = 25 mm / 2 = 1.25
centímetros

- b = 32 / 13 = 2.46

- n = 32

Entonces: L = (0.393 x 1.252 x 322) / (9 x 1.25 +
10 x 2.46) = 17.54 uHenrios [2]

CIRCUITO RL:

Los circuitos RL son aquellos que contienen una bobina
(inductor) que tiene autoinductancia, esto quiere decir que evita
cambios instantáneos en la corriente. Siempre se desprecia
la autoinductancia en el resto del circuito puesto que se
considera mucho menor a la del inductor. [4]

En un tiempo igual a cero, la carga en el condensador es
máxima y la energía almacenada en el campo
eléctrico entre las placas es U = Q2máx/(2C).
Después de un tiempo igual a cero, la corriente en el
circuito comienza a aumentar y parte de la energía en el
condensador se transfiere al inductor. Cuando la carga almacenada
en el condensador es cero, la corriente es máxima y toda
la energía está almacenada en el campo
eléctrico del inductor. Este proceso se repite de forma
inversa y así comienza a oscilar.En un tiempo determinado,
la energía total del sistema es igual a la suma de las dos
energías (inductor y condensador): U = Uc + UL

U = [ Q2/(2C)] + ( LI2/2 )

ENERGÍA Y CAMPO
MAGNÉTICO:

Las fuerzas características de los imanes se
denominan fuerzas magnéticas. El desarrollo de la
física amplió el tipo de objetos que sufren y
ejercen fuerzas magnéticas. Las corrientes
eléctricas y, en general, las cargas en movimiento se
comportan como imanes, es decir, producen campos
magnéticos. Siendo las cargas móviles las
últimas en llegar al panorama del magnetismo han
permitido, sin embargo, explicar el comportamiento de los imanes,
esos primeros objetos magnéticos conocidos desde la
antigüedad.

El campo magnético: no es más que la
región del espacio en la que se manifiestan los
fenómenos magnéticos. Estos actúan
según unas imaginarias "líneas de fuerza":
éstas son el camino que sigue la fuerza magnética
conocidas también como líneas de flujo
magnético (este campo se traduce en unas líneas de
fuerza y dos polos de los que parten estas líneas
conocidas como bipolar).La intensidad o dirección del
campo magnético en un determinado punto cercano al anillo
de corriente viene dado por H, una magnitud vectorial.La
evidencia más familiar de magnetismo es que la fuerza
atractiva o repulsiva observó para actuar entre los
materiales magnéticos como hierro. Se encuentran los
efectos más sutiles de magnetismo, sin embargo, en toda la
materia. Estos efectos han proporcionado las pistas importantes a
la estructura atómica de materia.

ENERGÍA DEL CAMPO
MAGNÉTICO:

Para mantener una corriente en un circuito es necesario
suministrar energía. La energía suministrada por la
batería en la unidad de tiempo es V0· i. Esta
energía se disipa, en la resistencia por efecto Joule y se
acumula en la autoinducción en forma de energía
magnética. De la ecuación del circuito

iR=V0+VLMultiplicando ambos miembros por la intensidad
i.

Propiedades magnéticas de la materia: El
número de líneas de campo eléctrico que
salen de la superficie depende sólo de la carga neta
dentro de ella. Esta propiedad se basa en parte en el hecho
de que las líneas de campo eléctrico se originan en
cargas eléctricas.

La situación es bastante diferente para campos
magnéticos, los cuales son continuos y forman lazos
cerrados. Las líneas de campo magnético creadas por
corrientes no empiezan o terminan en ningún punto. Las
líneas de campo magnético del imán de
barra, ilustran lo anterior. Advierta que para cualquier
superficie cerrada, el número de líneas que entran
en la superficie es igual al número que sale de la misma,
por lo que el flujo magnético neto es cero. Esto contrasta
con el caso de una superficie que rodea a una carga de un dipolo
eléctrico, donde el flujo eléctrico neto no es
cero.

La ley de gauss del magnetismo establece que "El flujo
magnético a través de cualquier superficie cerrada
siempre es cero"

Este enunciado se basa en el hecho experimental de que
polos magnéticos aislados (o monopolos) nunca se han
detectado e incluso no existan.

Propiedades
magnéticas de los materiales

Materiales Magnéticos: estos materiales son
aquellos que poseen una forma especializada de energía que
está relacionada con la radiación
electromagnética, y sus propiedades y estructura se
distinguen de los demás por las características
magnéticas que poseen.

Diamagnéticos: los materiales
diamagnéticos son `débilmente repelidos' por las
zonas de campo magnético elevado. Cuando se someten a un
campo, los dipolos se orientan produciendo campos
magnéticos negativos, contrarios al campo aplicado. Los
valores de susceptibilidad de estos materiales, es pequeña
y negativa y su permeabilidad próxima a la unidad.
También estos materiales son una forma muy débil de
magnetismo, la cual es no permanente y persiste no solamente
cuando se aplica un campo externo.

Paramagnéticos: los materiales
paramagnéticos son débilmente atraídos por
las zonas de campo magnético intenso. Se observa
frecuentemente en gases. Los momentos dipolares se orientan en
dirección al campo, y tiene permeabilidades
próximas a la unidad y su susceptibilidad es
pequeña pero positiva. Este efecto desaparece al dejar de
aplicar el campo magnético. Es decir que el paramagnetismo
se produce cuando las moléculas de una sustancia tienen un
momento magnético permanente. El campo magnético
externo produce un momento que tiende a alinear los dipolos
magnéticos en la dirección del campo. La
agitación térmica aumenta con la temperatura y
tiende a compensar el alineamiento del campo magnético. En
las sustancias paramagnéticas la susceptibilidad
magnética es muy pequeña comparada con la
unidad.

Ferromagnéticos: se caracterizan por
ser siempre metálicos, y su intenso magnetismo no es
debido a los dipolos. Este magnetismo puede ser conservado o
eliminado según se desee, los 3 materiales
ferromagnéticos son el hierro, el cobalto y el
níquel. La causa de este magnetismo son los electrones
desapareados de la capa 3d, que presentan estos elementos. Como
se ha indicado, los materiales ferromagnéticos afectan
drásticamente las características de los sistemas
en los que se los usa. Los materiales ferromagnéticos no
son `lineales'.

Ferrimagnéticos: es la base de la
mayoría de los imanes metálicos de utilidad, los
materiales magnéticos cerámicos se basan en un
fenómeno ligeramente diferente. En cuanto a la
histéresis, el comportamiento es básicamente el
mismo. Sin embargo, la estructura cristalina de la mayoría
de los materiales magnéticos cerámicos comunes
implica un emparejamiento antiparalelo de los spines de los
electrones, reduciendo por tanto el movimiento magnético
neto que es posible alcanzar en los metales. Este fenómeno
se distingue del ferromagnetismo mediante un nombre ligeramente
diferente denominándose ferrimagnetismo.

Introducción a
los circuitos en corriente alterna

Un circuito de corriente alterna consta de
una combinación de elementos (resistencias, capacidades y
autoinducciones) y un generador que suministra la corriente
alterna.Una fem alterna se produce mediante la
rotación de una bobina con velocidad angular constante
dentro de un campo magnético uniforme producida entre los
polos de un imán.v=V0 sen (w t)

Para analizar los circuitos de corriente
alterna, se emplean dos procedimientos, uno geométrico
denominado de vectores rotatorios y otro, que emplea los
números complejos.

Un ejemplo del primer procedimiento, es la
interpretación geométrica del Movimiento
Armónico Simple como proyección sobre el eje X
de un vector rotatorio de longitud igual a la amplitud y que gira
con una velocidad angular igual a la frecuencia angular.Mediante
las representaciones vectoriales, la longitud del vector
representa la amplitud y su proyección sobre el eje
vertical representa el valor instantáneo de dicha
cantidad. Los vectores se hacen girar en sentido contrario a las
agujas del reloj.

Con letras mayúsculas
representaremos los valores de la amplitud y con letras
minúsculas los valores instantáneos.

CIRCUITOS LRC:

El circuito LRC serie reúne las
características de la mayoría de circuitos de
corriente alterna.

Dicho circuito está formado por una resistencia,
un condensador y una bobina conectados en serie a

Un generador de corriente alterna. En un circuito de
corriente alterna de este tipo, tanto la intensidad de corriente
como la diferencia de potencial entre bornes de sus elementos
evolucionan de forma oscilatoria, caracterizados por una amplitud
y una fase. De forma Análoga a como ocurre en corriente
continua con la ley de Ohm, se puede observar que la
tensión eficaz (magnitud proporcional a la amplitud, que
es la medida por un voltímetro) que suministra el
generador es proporcional a la intensidad eficaz de corriente
alterna que atraviesa el circuito, siendo la constante de
proporcionalidad la llamada impedancia del circuito. Se sabe que
para este circuito RCL serie la impedancia vale:

Por tanto, la impedancia de un circuito es
función de la pulsación de la señal alterna
aplicada enbornes del circuito.

Transformadores

Disminuir el voltaje y la intensidad de una corriente
alterna de forma tal que su producto permanezca constante (ya que
la potencia que se entrega a la entrada de un transformador
ideal, esto es, sin pérdidas, tiene que ser igual a la que
se obtiene a la salida).

Los fenómenos de la autoinducción y de la
inducción mutua constituyen el fundamento del Se denomina
transformador a un dispositivo electromagnético que
permite aumentar o transformador eléctrico, un aparato que
permite elevar o reducir tensiones alternas. Un transformador
consta, en esencia, de dos bobinas arrolladas a un mismo
núcleo de hierro. La bobina o arrollamiento donde se
aplica la f.e.m. alterna exterior recibe el nombre de primario y
la bobina en donde aquélla aparece ya transformada se
denomina secundario.

Cuando al primario se le aplica una fuerza electromotriz
alterna, el flujo magnético variable que produce atraviesa
tanto al primario como al secundario. Si N1 es el número
de espiras del primario y N2 el del secundario, de acuerdo con la
ley de Faraday-Henry, resultará para el primario la fuerza
electromotriz autoinducida:

La expresión (12.4) indica que
estando el circuito secundario abierto la relación entre
la tensión aplicada en el primario y la tensión
transformada disponible en los bornes del secundario, coincide
con el cociente de sus respectivos números de espiras.
Este cociente N1/N2recibe el nombre de relación de
transformación. Según sea la transformación
deseada, así habrá de ser la relación entre
el número de espiras de los dos arrollamientos. En los
elevadores (V1 <> V2) sucede lo contrario.En los
transformadores comerciales el rendimiento es muy elevado, lo que
significa que se pierde poca energía en el proceso de
transformación. En tal supuesto la potencia
eléctrica en el primario puede considerarse
aproximadamente igual que en el secundario, es decir:

V1/I1 = V2/I2

Esta propiedad de la transformación
eléctrica explica el hecho de que la energía
eléctrica se transporte en líneas de alta
tensión y baja intensidad de corriente. En las estaciones
transformadoras situadas cerca de los núcleos de consumo,
es posible convertirla, de acuerdo con la anterior
expresión, en otra de menor tensión y mayor
intensidad con poca pérdida de potencia. El transporte a
baja intensidad reduce considerablemente las pérdidas en
forma de calor (efecto Joule) a lo largo del trayecto que separa
las centrales eléctricas de las ciudades.

Conclusión

El vector que satisface a todas las velocidades de la
carga magnética es la fuerza de Lorentz. Se puede decir
que la mayor fuerza de un imán se encuentra en sus
extremos. Por ejemplo en un mapa terráqueo podemos notar
que su forma es un poco achatada esto se debe a que en sus
extremos se encuentra su mayor fuerza y está al girar sus
polos ejercen una fuerza de atracción que le dan esa
forma.

Si hablamos del electromagnetismo consideremos esta la
que estudia las relaciones entre la electricidad y el magnetismo,
aunque estos dos fenómenos son considerados distintos para
Oested su estudio a través de una aguja eran considerados
manifestaciones de un mismo origen.