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Electricidad y Magnetismo
Campos electromagnéticos
Introducción
Cargas eléctricas
Campo eléctrico
Campo magnético
Campo electromagnético
Joan Ligarreto O.
G11 NL16
Introducción

El concepto de campo
Surge ante la necesidad de
explicar como interactúan las
partículas
en
ausencia
de
contacto
físico
y
medios
materiales para influir entre ellas
(acción a distancia), interacción
que se explica mediante los
efectos provocados por la entidad
causante de la interacción, sobre
el espacio que la rodea,
permitiendo asignar a dicho
espacio propiedades medibles.
Figura 1: El concepto de campo facilita la
comprensión de la acción a distancia en la
interacción de una o más partículas
Introducción
Campos de fuerzas en física clásica
Los campos más conocidos en física clásica son:
Campo gravitatorio: Es el que hace referencia a la fuerza de gravedad y a las
leyes que se rigen por las interacciones entre todo objeto que experimenta
esta fuerza en las cercanías de un planeta o satélite, ya sea con una visión
newtoniana o relativista.
Campo electromagnético: Que se puede descomponer en dos campos
sumamente importantes para describir los fenómenos físicos que actúan en
las partículas con carga eléctrica: el campo eléctrico y el campo magnético.

Figura 2: Campos magnético y eléctrico
Figura 3: Campo gravitatorio
Cargas eléctricas
Propiedades de las cargas eléctricas
 En la naturaleza existen 2 tipos de cargas eléctricas:
Positivas: Constituido por los cuerpos cuyo comportamiento es igual al
de una barra de vidrio que se frota con seda.
Negativas: Constituido por los cuerpos que se comportan como una
barra de goma (o resina) frotada con un trozo de tela de lana.
 Los cuerpos electrizados cuya carga o electricidad es de signo
contrario se atraen, y los que tienen electricidad de la misma carga
se repelen.

Figura 4: Interacción entre cargas eléctricas
Campo eléctrico



Es el campo de fuerza que describe la interacción entre
cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica.
Siendo F la magnitud de la fuerza eléctrica que actúa sobre la
carga de prueba q colocada en un punto del espacio, el vector
campo eléctrico E en tal punto tiene una intensidad que se
obtiene por la relación
Las líneas de fuerza que describen el campo de una carga
puntual positiva y negativa respectivamente son
Figura 5: Línea de fuerza del campo eléctrico descrito
por una carga puntual positiva y negativa
Campo eléctrico


Las líneas de fuerza del campo eléctrico producido por dos cargas del
mismo signo, salen de las cargas y se van al infinito sin llegar hasta la otra
carga si ambas son positivas, o bien llegan del infinito si ambas son negativas
(dipolo eléctrico), mientras que las líneas de fuerza del campo eléctrico
producido por dos cargas de signo contrario salen de la carga positiva y
entran a la carga negativa.
Dos placas planas y paralelas, electrizadas uniformemente con cargas de
signos contrarios, crean un campo uniforme en el espacio que hay entre
ellas y por fuera de ellas se empieza a comportar como un dipolo eléctrico.
Figura 6: Líneas de fuerza del campo eléctrico
producido por dos cargas de signos contrarios y por
dos cargas de signos iguales respectivamente
Figura 7: Línea de fuerza del campo
eléctrico entre dos placas paralelas
electrizadas uniformemente
Campo eléctrico

Algunas fórmulas importantes:
La ley de Coulomb describe la fuerza entre dos cargas electrizadas
separadas una distancia r

El campo eléctrico generado por una carga electrizada en el espacio está
dado por

El flujo es una propiedad importante de un campo eléctrico Φ y se
obtiene de la siguiente manera (Ley de Gauss)
Donde
es la constante de permitividad y la integral cerrada es la
superficie de la que deseamos obtener el flujo.
Campo magnético
Es una región del espacio en la
cual una carga eléctrica puntual
de valor q que se desplaza a
cierta velocidad, sufre los efectos
de
una
fuerza
que
es
perpendicular y proporcional
tanto a la velocidad como al
campo.
 El campo que representa esta
región
del
espacio
tiene
propiedades muy particulares,
tales como el fenómeno físico de
que ciertos materiales se
atraigan o se repelan y el hecho
de que no existen monopolos
magnéticos .

Figura 8: Líneas del campo magnético
terrestre; el norte magnético queda cerca
del sur geográfico y viceversa
Campo magnético




Polos de un imán
Si tomamos un imán en forma de barra y distribuimos limaduras de fierro
sobre él, notaremos que se acumulan en los extremos de la barra, que
denominaremos polos.
El polo norte de un imán es aquel de sus extremos que, cuando el imán puede
girar libremente, apunta hacia en norte geográfico de la tierra. El extremo que
apunta hacia el sur geográfico terrestre es el polo sur del imán.
Los polos magnéticos del mismo nombre se repelen, y los de nombre
contrario se atraen.
Figura 9: Líneas del dipolo magnético
Figura 10: Atracción o repulsión de
polos magnéticos
.
Campo magnético

Campo magnético producido por una carga puntual
El campo magnético generado por una única carga en
movimiento (no por una corriente eléctrica) se
calcula a partir de la siguiente expresión:

Siendo

Todo campo eléctrico lleva consigo un campo
magnético asociado, el cual se genera circularmente
en un plano perpendicular a la corriente
(Independientemente de que la carga en movimiento
sea positiva o negativa, en el eje por donde circula la Figura 11: Campo magnético B
corriente nunca aparece campo magnético; sin asociado a una corriente I
embargo, en los puntos exteriores el campo
magnético invierte su sentido dependiendo de si la perpendicular a este campo.
carga es positiva o negativa, cuyo sentido viene dado
por la ley de la mano derecha.

.
Campo electromagnético

El físico escocés James Clerk Maxwell (1831-1879) observó que las electricidad y el
magnetismo eran conceptos íntimamente relacionados. Sus observaciones acerca de
la inducción magnética debido a una corriente eléctrica y la aparición de una
corriente eléctrica por un campo magnético asociado valieron para el desarrollo de
lo que hoy se conoce como la teoría electromagnética clásica, la cual fue
desarrollada por medio de cuatro ecuaciones fundamentales denominadas
ecuaciones de Maxwell en honor a ese físico que logró reunir en estas ecuaciones
largos años de resultados experimentales, debidos a Coulomb, Gauss, Ampere,
Faraday y otros, introduciendo los conceptos de campo y corriente de
desplazamiento, y unificando los campos eléctricos y magnéticos en un solo
concepto: el campo electromagnético.
James Clerk Maxwell
Campo electromagnético

El campo electromagnético se encuentra regido por las
ecuaciones de Maxwell:
Forma integral
Forma diferencial
Campo electromagnético
 1.Ley

de Gauss para el campo eléctrico
Esta ley explica la relación entre el flujo de campo
eléctrico (Líneas de fuerza que atraviesan una superficie) y
una superficie cerrada.
Figura 12: Flujo eléctrico de una carga
puntual en una superficie cerrada
Figura 13: Líneas de campo eléctrico uniforme
que atraviesan un área perpendicular al
campo y diferencial d campo ds
Campo electromagnético

2. Ley de Gauss para el campo magnético

La ley de Gauss para el campo magnético establece que no
existen monopolos magnéticos, estableciendo así que las
líneas de campo magnético deben ser cerradas, es decir que
estas deben partir y llegar al mismo punto como es el caso
del dipolo magnético. Donde el flujo saliente en el polo norte
es siempre compensado por el flujo entrante en el polo sur.
Figura 14: Dipolo magnético, se
observa que las líneas de campo
que salen del polo norte llegan
todas al polo sur
Campo electromagnético

3. Ley de Faraday-Henry

Esta ley trata sobre la inducción electromagnética, la cual origina la fuerza
electromotriz o f.e.m. en un campo magnético determinado. Su nombre se
debe a que tanto Henry Lenz como Faraday descubrieron ésta inducción de
manera separada pero casi simultánea. Esta ley se puede deducir teniendo
en cuenta que si tenemos un campo magnético variable con el tiempo, se
genera un campo eléctrico capaz de inducir una fuerza electromotriz igual a
menos la derivada del flujo magnético con respecto al tiempo e igual a la
integral cerrada del campo eléctrico asociado con respecto a un diferencial
de dl.
Figura 15: La f.e.m. es la
causante de la corriente
eléctrica y la energía eléctrica de
esta se emplea en hacer que los
electrones se muevan
Campo electromagnético

4. Ley de Ampere generalizada

Donde es la permeabilidad magnética en el vacio.
La Ley de Ampere indica que la circulación en un campo
magnético ( ) a lo largo de una curva cerrada es igual a la
densidad de corriente ( ) sobre la superficie encerrada en
dicha curva

Figura 16: Campo magnético B
asociado a una corriente I
perpendicular al plano donde
se observa este campo
circularmente.
Campo electromagnético
Campo electromagnético terrestre
 Diariamente se dirigen hacia la tierra chorros gigantescos de
electrones y protones los cuales conforman una corriente
eléctrica que es desviada por el campo magnético de la tierra
siguiendo la ley de la mano derecha, desviando los protones
hacia el oriente y los electrones hacia el occidente.

Figura 17: la cantidad de cargas
enviadas por el sol son
desviadas por el campo
magnético terrestre.
Campo electromagnético


Relatividad eléctrica y magnética
Fijado un sistema de referencia podemos descomponer el
campo electromagnético en una parte eléctrica y en una
parte magnética. Sin embargo, un observador en movimiento
relativo respecto a la acción de estos campos como sistema
de referencia medirá efectos eléctricos y magnéticos
diferentes, lo cual ilustra la relatividad de la parte eléctrica y
magnética para un campo electromagnético.
Bibliografía
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
http://www.solociencia.com/fisica/carga-electrica-como-definecampo-electrico.htm. Introducción al campo eléctrico.
http://www.acienciasgalilei.com/videos/3electricidad-mag.htm.
Magnetismo.
http://www.windows.ucar.edu/tour/link=/physical_science/mag
netism/sw_e_and_m.sp.html. Acerca de la electricidad y
magnetismo.
http://es.wikipedia.org/wiki/Electromagnetismo.Teoría
electromagnética.
http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico. Campo
magnético.
http://images.google.com.co/imgres?imgurl=http://escuadrondel
averdad.files.wordpress.com/2009/06/campo-magnetico.
Campo magnético terrestre.
Bibliografía
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
http://vonneumannmachine.wordpress.com/2009/02/07/la-nocionde-campo-ha-de-sustituir-a-la-de-materia-o-en-contra-delmaterialismo-iii/ . La noción de campo.
Antonio Máximo - Beatriz Alvarenga. Física general con
experimentos sencillos. Editorial Oxford. Decimocuarta edición.
Enero de 2006.
http://www.cuentame.org/quieroser/trabajos/c-electr/camele.htm
.Líneas de campo eléctrico.
P. A. Tipler. Física II, Reverté, Barcelona, 1984. C. G. Bollini y J. J.
Giambiagi.Tercera edición. Páginas 762- 798.
http://www.historiasdelaciencia.com/?p=162.
Ecuaciones
de
Maxwell.
http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:Vg3ujgOq
XzgJ:www.monografias.com/trabajos26/electromagnetismo/electro
magnetismo.shtml+De+los+fen%C3%B3menos+el%C3%A9ctricos+
y+magn%C3%A9ticos+previos+a+las+leyes+f%C3%ADsicas+repres
entadas+por+la+...+lo&cd=1&hl=es&ct=clnk&gl=co.
Relatividad
asociada a los campos electromagnéticos.