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ORIGENES DE LAS
LEYES DE MAXWELL
PRIMEROS PASOS
Las ecuaciones de Maxwell son un conjunto de cuatro ecuaciones que aparecieron
de manera separada en la publicación de 1861 On Physical Lines of Force por parte
del científico James Clerk Maxwell. El trabajo en sí no era obra sólo de Maxwell, en
las ecuaciones notamos la ley de Faraday (ecuación 54 en su trabajo), la ecuación 56,
div B = 0, de su autoría, la ley de Ampère con correcciones hechas por él (ecuación
112) y la ley de Gauss (ecuación 113). Éstas expresan respectivamente como el
cambio de los campos magnéticos producen campos eléctricos, la ausencia
experimental de monopolos magnéticos, cómo una corriente eléctrica y el cambio
en los campos eléctricos producen campos magnéticos y cómo cargas eléctricas
producen campos eléctricos. En el trabajo original de Maxwell se podían encontrar
muchas otras ecuaciones pero se llegó a simplificarlas a estas cuatro
ANTES DE INICIAR…….
CARGA ELECTRICA
Es la transferencia de una carga eléctrica a un objeto mediante fricciones, o corrientes
eléctricas, esto lo que hace es simplemente desplazamiento de electrones hasta ser
fijados en el objeto. Todos los objetos por naturaleza ya traen una carga específica pero
esta puede cambiar por estos medios.
Dependiendo de sus cargas tienen diferente efecto; si están dos objetos cargados con la
misma carga estos se repelen, pero al contrario, si estos tienen diferentes cargas estos
se atraen. La carga eléctrica suele representarse por el elemento q y es una cantidad
escalar, se mide en COULOMB C (esta es una cantidad muy grande por eso usamos
6x1018 electrones para obtener un coulomb).
ANTES DE INICIAR…….
Conductores y Aislantes:
Existen materiales aislantes, conductores y semiconductores:
Conductores son todos aquellos materiales o elementos que permiten
que los atraviese el flujo de la corriente o de cargas eléctricas en movimiento.
Por lo general son los metales.
Los materiales aislantes cuyos átomos ni ceden ni captan electrones.
Entre esos materiales se encuentran el plástico, la mica, el vidrio, la goma, la
cerámica, etc. Todos esos materiales y otros similares con iguales propiedades,
oponen total resistencia al paso de la corriente eléctrica.
Los materiales semiconductores también suelen llamarse metaloides, los
átomos de esos elementos son menos propensos a ceder electrones cuando
los atraviesa una corriente eléctrica y su característica principal es dejarla
pasar en un solo sentido e impedirlo en sentido contrario. Por lo general se
encuentran el silicio (Si), el galio (Ga) y el germanio (Ge).
LEY DE COULOMB
LEY DE COULOMB
Charles-Augustin de Coulomb, midió las atracciones y las repulsiones eléctricas
deduciendo la ley que las rige.
Henry Cavendish, otro descubridor, obtuvo la expresión correcta de la ley, con mayor
precisión que Coulomb.
Ambos determinaron que:
1) La fuerza de interacción entre dos cargas q1 y q2 duplica su magnitud si alguna de
las cargas dobla su valor, la triplica si alguna de las cargas aumenta su valor en un
factor de tres, y así sucesivamente.
2) Si la distancia entre las cargas es r, al duplicarla, la fuerza de interacción disminuye
en un factor de 4. En consecuencia, la fuerza de interacción entre dos cargas
puntuales, es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia
Por conclusión llegamos a estamos a esta formula general
CAMPO ELECTRICO
• Un campo eléctrico es un campo de fuerza creado por la atracción y
repulsión de cargas eléctricas, y se mide en Voltios por metro (V/m). El
flujo decrece con la distancia a la fuente que provoca el campo.
• Los campos eléctricos estáticos (también conocidos como campos
electrostáticos) son campos eléctricos que no varían con el tiempo
(frecuencia de 0 Hz). Los campos eléctricos estáticos se generan por
cargas eléctricas fijas en el espacio, y son distintos de los campos que
cambian con el tiempo.
PELICULA!!!!
LEY DE GAUSS
Ley de Gauss
•
•
Esta ley se refiere a un flujo que pasa por un superficie cerrada, así de limitamos el
volumen por medio de componentes, por eso mismo estos se suman para formar
un flujo de toda la superficie.
El flujo total es proporcional a la carga eléctrica en dicha superficie cerrada, asi
construimos en esta región una superficie imaginaria llamada superficie gaussiana.
CAPACITANCIA
• Es un dispositivo que almacena energía en un campo electrostático,
con relativa lentitud un capacitor puede extraer energía de dicha
batería y luego liberarla con mucha rapidez (estamos hablando de
milisegundos).
• Los capacitares se emplean para crear campos eléctricos, como un
dispositivo de placas en paralelo (que son las que producen un campo
eléctrico casi uniforme).
En algunos circuitos se utilizan los capacitares para suavizar y eliminar
las variaciones repentinas que da el voltaje para no dañar
computadoras y otras aplicaciones que no resisten las variaciones de
cargas.
CONDENSADOR
LEY DE AMPÈRE
LEY DE AMPÈRE
•
Ampere relaciono la concepción de campo magnético, este se genera cuando un
cumulo de cargas no es estático, el campo magnético es constante en presencia
de dicho flujo en una trayectoria lineal formando circunferencias alrededor de la
corriente
INDUCCION ELECTRICA
•
Es el fenómeno que origina la producción de una fuerza electromotriz (f.e.m. o
voltaje) en un medio o cuerpo expuesto a un campo magnético variable, o bien en
un medio móvil respecto a un campo magnético estático. Es así que, cuando dicho
cuerpo es un conductor, se produce una corriente inducida. Este fenómeno fue
descubierto por Michael Faraday quién lo expresó indicando que la magnitud del
voltaje inducido es proporcional a la variación del flujo magnético (Ley de
Faraday).
INDUCCION ELECTRICA
LEY DE OHM
•
El flujo de corriente en ampere que circula por un circuito eléctrico cerrado, es
directamente proporcional a la tensión o voltaje aplicado, e inversamente
proporcional a la resistencia en ohm de la carga que tiene conectada.
LEY DE OHM
LEY DE JOULE
•
•
Se conoce como Efecto Joule al fenómeno por el cual si en un conductor circula
corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en
calor debido a los choques que sufren con los átomos del material conductor por
el que circulan, elevando la temperatura del mismo
VIDEO:
LEY DE FARADAY
La Ley de Faraday está basada en los experimentos que hizo Michael Faraday en 1831 y establece
que el voltaje (FEM, Fuerza Electromotriz Inducida) inducido en una bobina es directamente
proporcional a la rapidez de cambio del flujo magnético por unidad de tiempo en una superficie
cualquiera con el circuito como borde:
•
Donde å es la FEM inducida, N es el número de vueltas de la bobina, y ÄÔ es la variación del flujo
magnético en un tiempo Ät. Cuando el flujo magnético se da en webers y el tiempo en segundos, la
fuerza electromotriz inducida resulta en volts. Un volt es igual a un weber-vuelta por segundo. El
signo negativo se debe a que el voltaje inducido tiene un sentido tal que establece una corriente
que se opone al cambio de flujo magnético. El cambio del número de líneas magnéticas que pasan
por un circuito induce una corriente en él, si el circuito está cerrado, pero el cambio siempre induce
una fuerza electromotriz, esté o no el circuito cerrado.
LEY DE LENZ
La Ley de Lenz explica que siempre que se induce una corriente, su campo magnético
se opone al cambio de flujo. Esto se ve claramente en el momento de realizar la
experiencia. Esta ley podría haberse predicho a partir de principio de la
conservación de la energía. Cuando se mueve un imán hacia una bobina,
induciéndose así una corriente en el enrollamiento, la corriente inducida calienta
el alambre. Para proporcionar la energía necesaria para ello, se tiene que hacer
trabajo venciendo una fuerza que se opone. Si la fuerza no se opusiera al
movimiento, se estaría creando energía; por lo tanto, el campo magnético de la
corriente inducida tiene que oponerse al cambio.
VIDEOS LEYES DE FARADAY--LENZ
TRABAJO DE MAXWELL
• El experimento de Oersted (1820) había demostrado la existencia
de efectos magnéticos debidos a cargas en movimiento. Los
descubrimientos de Faraday (1831) habían puesto de manifiesto
que campos magnéticos variables con el tiempo dan lugar a un
movimiento de cargas eléctricas en los conductores. Además, la
explicación de Faraday de estos fenómenos llamados de inducción
había introducido por primera vez en la historia de la física la noción
de campo magnético representado por un conjunto de líneas de
fuerza. Medio siglo antes, Charles Coulomb (1785) había descrito en
forma de ley el modo en que las cargas eléctricas se atraen entre sí.
Estos cuatro elementos fundamentales sirvieron de base a Maxwell
para iniciar la síntesis de los fenómenos eléctricos y de los
fenómenos magnéticos entonces conocidos y su explicación dentro
de una amplia teoría conocida como teoría del electromagnetismo.
• Apoyado en una enorme habilidad matemática, Maxwell empezó dando
forma de ecuaciones a las observaciones de Faraday y a su noción de
campo magnético.
Las fuerzas entre cargas en reposo se beneficiarían pronto de una
representación semejante en forma de campos eléctricos o
electrostáticos. Este proceso de elaboración teórica le permitió finalmente
describir lo esencial de los fenómenos electromagnéticos en cuatro
ecuaciones, que se denominan ecuaciones de Maxwell.
La primera describe cómo es el campo eléctrico debido a cargas en
reposo;
la segunda traduce en forma matemática la imposibilidad de separar los
polos magnéticos de un imán;
la tercera expresa en términos de campos magnéticos y corrientes
eléctricas el descubrimiento de Oersted.
la cuarta recoge la aportación de Faraday. La virtud de tales ecuaciones es
que en ellas aparecen a primera vista los campos eléctricos E y magnético
B y su forma simple y rica a la vez permite relacionarlas entre sí para
obtener nuevos resultados y predecir nuevas consecuencias.
FINALMENTE……..
GRACIAS POR SU TIEMPO!!!
Luis A. Figueroa C.
G12 NL10