Download File

MAGNETISMO
La palabra magnetismo proviene del nombre de la antigua ciudad de Magnesia (ciudad antigua de
Turquía). En esta ciudad se encontraron fragmentos de piedras con características especiales, actualmente
conocidos como imanes naturales o magnetitas, constituidos por óxidos de hierro. Un imán es capaz de
atraer trozos de hierro, níquel y cobalto no magnetizados. A la fuerza de los imanes se le conoce como
magnetismo. Esta propiedad es de gran importancia, pues se utiliza en muchos aparatos, tales como: timbres,
alarmas, teléfonos, conmutadores, motores eléctricos, brújulas, etc.
Los imanes tienen dos regiones en los que se encuentra su fuerza de atracción, los polos
magnéticos. Es posible identificar los polos de un imán si lo suspendemos de un hilo y dejamos que se mueva
libremente, su ´polo norte se orientará al polo norte de la Tierra. Este es el principio con el que funcionan las
brújulas y los chinos lo aplicaron desde el año 121 a.C
William Gilbert demostró que la tierra se comporta como un imán enorme, por ello el extremo de una
brújula que apunta al norte geográfico se le denomina polo norte y el extremo que apunta al sur geográfico se
le llama polo sur. También demostró que no existen los polos magnéticos aislados, porque si un imán se
rompe en varios pedazos, cada pedazo se transforma en uno nuevo. Los polos de un imán no son iguales. En
dos imanes polos iguales se repelen y polos diferentes se atraen.
Michael Faraday imaginó que de un imán salían lineas de fuerza magnetica las cuales salen del
polo norte al polo sur como un trayecto cerrado. La zona que rodea a un iman y en la cual su influencia puede
detectarse recibe el nombre de campo magnético.
Los imanes se clasifican en naturales y artificiales, Los imanes naturales se encuentran en la
naturaleza como pequeñas piedras magneticas y los artificiales son producidos por los seres humanos. El
principio basico para producir un imán artificial consiste en reducir bruscamente la temperatura de un trozo de
hierro en prescencia de un campo magnético.
Se define la densidad del flujo magnético o simplemente campo magnético como el flujo
magnetico que atraviesa un area perpendicular a la región en la que está presente el campo magnético.
  
 Densidad del flujo magnético (Wb/m2 )
 Flujo magnético (weber = Wb)
  Área (m2 )
Un imán es más potente o tiene un campo magnético más intenso, si tiene un mayor número de
líneas de flujo magnético. Para cuantificar la interacción del campo magnetico independientemente de la
naturalezadel medio, definen otra cantidad que se llama intensidad del campo manético:
H = /
H = Intensidad del campo magnético (Tesla = T)
= Densidad del flujo magnetico (Wb/m2)
 = Permeabilidad del medio
r =  / o
r = Permeabilidad relativa
o = Permeabilidad en el vacio (4¶x10-7 Tm/A)
En base a su respuesta ante los campos magneticos los materiales se pueden clasificar en:
a) Ferromagnéticos. Son fuertemente atraidos por los imanes, porque poseen valores altos en su
permeabilidad relativa. Por ejemplo: Hierro, níquel, cobalto, gadolinio y permaloy.
b) Paramagnéticos. Son debilmente atraidos por los imanes. Su permeabilidad relativa es poco mayor a la
permeabilidad del vacío. Por ejemplo: aire, aluminio, madera, platino, magnesio y sulfato de cobre.
c) Diamagnéticos. Son repelidos por campos magnéticos intensos. Su permeabilidad relativa es menor que la
unidad. Por ejemplo el zinc y el mercurio.
Se realizan experimentos con nuevos materiales y aleaciones para fabricar imanes con mayor
intensidad a bajo costo. Hoy, los imanes de neodimio están disponibles en el mercado electrónico.
ACTIVIDAD
INSTRUCCIONES: Investiga y anota en tu cuaderno de apuntes:
1.- Las teorias del magnetismo
2.- Representa el campo magnetico de:
a) Polos diferentes
b) Polos iguales
3.- ¿Qué es la Declinación magnética?
4.- ¿Qué es la Inclinación Magnetica?
5.- Resuelva los siguientes ejercicios
a) Un flujo magnetico de 50x10-6 Wb atraviesa una espira de alambre que tiene un área de
0.78 m2 ¿Cuál es la densidad del flujo magnetico?
b) En una placa circular de 3 cm de radio existe una densidad de flujo magnético de 2 T.
Calcular el flujo magnetico total a través de la placa.
c) Una espira de 15 cm de ancho por 25 cm de largo forma un ángulo de 27° con
respecto al flujo magnético. Determinar el flujo magnético que penetra por la espira debido
a un campo magnético cuya densidad de flujo es de 0.2T
d) Una barra de hierro cuya permeabilidad relativa es de 12,500 se coloca en una región
de un campo magnético en el cual la densidad del flujo magnético es de 0.8 T. ¿Cuál es la
intensidad del campo magnético originada por la permeabilidad del hierro?
ELECTROMAGNETISMO
La parte de la Física que encargada de estudiar al conjunto de fenómenos que resulta de las
acciones mutuas entre las corrientes eléctricas y el magnetismo, recibe el nombre de Electromagnetismo.
Oersted fue el primero en descubrir que una corriente eléctrica produce a su alrededor un campo magnético
de proporciones similares a la del campo creado por un imán. Por tanto, si un conductor eléctrico es sometido
a la acción de un campo magnético, actuará sobre él una fuerza perpendicular al campo y a la corriente.
Faraday descubrió las corrientes eléctricas inducidas al realizar experimentos con una bobina y un
imán. Además demostró que se producen cuando se mueve un conductor en sentido transversal a las lineas
de flujo de un campo magnético, este fenómeno recibe el nombre de inducción electromagnética.
En 1831 Faraday descubrió las corrientes inducidas a realizar experimentos con una bobina y un
imán, y obtuvo las siguientes conclusiones: 1.- Las corrientes inducidas se producen al moverse un conductor
en sentido transversal a las lineas de flujo de un campo magnético. 2.- La indución electromagnética da origen
a la producción de una fuerza electromotriz (fem) y a una corriente elctrica inducida como resultado de la
variación del flujo magnético debido al movimiento relatvo entre un conductor y el campo magnético,
Actualmente, casi toda la energia eléctrica consumida en nuestros hogares y en la industria, se
obtiene gracias al fenómeno de la inducción electromagnética, pues en el se fundan los dinamos y los
alternadores que transforman la energía mecánica en eléctrica. El efecto magnético de la corriente eléctrica y
la inducción electromagnética han revolucionado la ciencia y han dado origen al electromagnetismo. La
aplicación de sus principios y leyes ha permitido la electrificación del mundo y con ello el progreso y un mejor
nivel de vida para la humanidad.
CAMPO MAGNÉTICO PRODUCIDO POR UNA CORRIENTE ELÉCTRICA.
El campo magnético producido por una corriente electrica puede analizarse para su estudio como si
se tratara del campo de un imán, de tal manera que sea posible obtener su espectro y sus efectos. Si el
conductor por el cual circula la corriente es recto, se observa que a su alrededor se forma un campo
magnetico en forma de circulos concéntricos con el alambre. La inducción magnética o densidad del flujo
magnético en un punto determinado, perpendicular a un conducto recto se determina con la siguiente
ecuación:
𝛃 =
𝛍𝐈
𝟐𝛑𝐝
El espectro del campo magnético de una espira está formado de líneas cerradas que rodean a la
corriente y de una línea recta que es el eje central del círculo seguido por la corriente. Para calcular el valor
de la inducción magnetica en el centro de la espira se usa la siguiente ecuación:
𝜷=
𝝁𝑰
𝟐𝒓
Si se trata de una bobina:
𝜷=
𝑵𝝁𝑰
𝟐𝒓
El campo magnético producido por un solenoide se asemeja al de un imán en forma de barra. La
inducción magnética en el interior de un solenoide se calcula con la expresión
𝜷=
𝑵𝝁𝑰
𝑳
ACTIVIDAD
INSTRUCCIONES.- Resuelve los siguientes ejercicios
1.- Calcular la inducción magnética o densidad de flujo en el aire, en un punto a 10 cm de un conducor recto
por el que circula una intensidad de corriente de 3 A.
2.- Determinar la inducción magnética en el centro de una espira cuyo radio es de 8 cm, por ella circula una
corriente de 6 A. La espira se encuentra en el aire.
3.- Una espira de 9 cm de radio se encuentra sumergida en un medio cuya permeabilidad relativa es de 15.
Calcular la inducción magnética en el centro de la esspira si a través de ella circula una corriente de 12 A
4.- Determina el radio de una bobina que tiene 200 espiras de alambre en el aire por la cual circula una
corriente de 5 A y se produce una inducción magnética en su centro de 0.008 T
5.- Un solenoide tiene una longitud de 15 cm y esta devanado con 300 vueltas de alambre sobre un núcleo de
hierro cuya permeabilidad relativa es de 12000. Calcular la inducción magnética en el centro del solenoide
cuando por el alambre circula una corriente de 7 mA.
6.- Calcular a que distancia de un conductor recto existe una inducción magnética de 0.000009 T, si se
encuentra en el aire y por él circula una corriente de 5 A.
FUERZA MAGNÉTICA SOBRE UNA CARGA EN MOVIMIENTO
Cuando un electrón en movimiento con su propio campo magnético penetra en forma perpendicular
dentro de otro campo , éstos dos interactúan entre sí. En general, los campos magnéticos actúan sobre las
partículas cargadas, desviandolas de sus trayectorias por el efecto de una fuerza magnética llamada de
Ampere. Cabe señalar que si una partícula cargada se mueve paralelamente a las líneas de un campo
magnético, ésta no sufre ninguna desviación. Cuando una carga penetra a un campo magnético en forma
perpendicular o con cierto ángulo respecto a las líneas de fuerza magnética, la fuerza de Ampere que recibe
se determina por la siguiente expresión:
F = qvBSenθ
Cuando un conductor por el cual circula una corriente se introduce perpendicularmente o con un
cierto ángulo en un campo magnético, recibe una fuerza lateral cuyo valor se determina con la siguiente
expresión:
F = BILSenθ
ACTIVIDAD
INSTRUCCIONES: Resuelve los siguientes ejercicios.
1.- Un protón penetra perpendicularmente en un campo magnético cuya inducción es de 0.3 T con una
velocidad de 500000 m/s. ¿Qué fuerza recibe el protón?
2.- Una carga de 6microcoulomb se mueve en forma perpendicular a un campo magnético con una velocidad
de 40000 m/s y recibe una fuerrza de 0.003 N. ¿Cuál es el valor de la inducción magnética?
3.- Una carga de 7 microcoulomb se desplaza con una velocidad de 600000 m/s y forma un angulo de 60°
con respecto a un campo cuya inducción magnética es de 0.32 T ¿Qué fuerza recibe la carga?
4.- Calcular la corriente que circcula por un alambre recto que recibe una fuerza de 0.0002 N al ser
introducido perpendicularmente a un campo magnético de 0.5 T,si se sumergen 9 cm del alambre.
5.- Calcular la velocidad que lleva una carga de 9 micro coulomb al penetrar un campo magnético de 0.1 T
con un ángulo de 50° por lo que recibe una fuerrza de 0.003 N
TRANSFORMADOR ELÉCTRICO
En muchos casos es necesario elevar o reducir la tensión eléctrica para poder alimentar un aparato
determinado, porque la tensión de que se dispone no es la apropiada para dicho aparato; el dispositivo que
permite elevar o reducir la tensión eléctrica se denomina transformador. Un transformador tiene dos bobinas
con un mismo núcleo metálico: es por tanto como dos electroimanes, pero con mismo núcleo, cada una de las
bobinas de un transformador recibe el nombre de primario y secundario.
La tensión eléctrica aplicada al primario hace que el secundario aparazca una tensión mayor o
menor que en el primario. Si es mayor, el transformador se denomina elevador, y si es menor, se denomina
reductor. El funcionamiento del transformador se debe al fenómeno de las corrientes inducidas. La corriente
eléctrica que se conecta al primario crea un campo magnético variable que induce sobre el secundario otra
corriente. Las partes fundamentales de un transformador son: primario, secundario y núcleo, que es de un
material ferromagnético, sobre el que se enrollan el primario y el secundario.
MOTOR ELÉCTRICO
El motor eléctrico es una máquina que transforma la energía electrica en energia mecanica. Los
motores eléctricos marcaron el inicio de una nueva era. Para la construcción de un motor se utiliza un
electroimán permanente para producir un campo magnético en una región en la que se monta una espira
rectangular de alambre, de modo que pueda girar alrededor de un eje. Si por la espira se hace pasar una
corriente, ésta fluye en direcciones opuestas, el lado superior y el inferior de la espira, haciendo que sobre el
alambre actúen fuerzas de direcciones opuestas. La parte superior del alambre se ve impulsada hacia la
izquierda, en tanto que la de abajo se fuerza hacia la derecha, lo que hace girar la espira. Con el fin de
mantener la rotación, por medio de contactos estacionarios situados en el eje se invierte la corriente al
terminar cada media revolución. De esta manera, la corriente que circula por la espira se alterna para que al
girar la espira no cambien las direcciones de las fuerzas que actúan en las regiones superior e inferior.
Así se fabrican los pequeños motores de corriente continua, los motores grandes, sean de corriente
continua o de corriente alterna. Éstos suelen construirse reemplazando el imán permanente por un
electroimán que es energizado por la fuente de potencia, por supuesto, se utiliza más de una espira, se
arrollan muchas espiras de alambre alrededor de un cilindro, el cual se hace girar al ser energizado con las
corrientes eléctricas; este cilindro, con muchos arrollameinetos llamados también devanados, se conoce como
inducido o armadura.
GENERADOR ELÉCTRICO
El generador eléctrico es un dispositivo que genera energía eléctrica debido al movimiento de una o
varias espiras dentro de un campo magnetico. Las partes fundamentales de un generador eléctrico son: el
estator o parte fija, que produce el campo magnético ya sea por medio de un imán fijo o mediante un imán y el
rotor o parte móvil, que tiene una serie de espiras sobre las que se induce una corriente eléctrica. Dicha
corriente eléctrica se saca del exterior por medio de unos contactos rozantes que se denominan escobillas.
Los generadores se utilizan donde sea necesaria la energía eléctrica. Un automóvil necesitará
energía eléctrica para encender sus faros y, por tanto, dispondrá de un generador elétrico o dínamo; en un
avión o un barco ocurrirá lo mismo, en las grandes centrales eléctricas existirán generadores para producir
enegía electrica y enviarlas a las ciudades.
BIBLIOGRAFÍA
FÍSICA 2, APLICADA A LA TECNOLOGÍA. HÉCTOR PÉREZ MONTIEL. ED. PATRIA 2012
FÍSICA GENERAL. HÉCTOR PÉREZ MONTIEL.ED. PUBLICACIONES CULTURAL.
FISICA III. EVELIA AGUILAR VIVAS, ARTURO PLATA VALENZUELA. COLECCIÓN DGETI
FISICA II. MARIA ESTELA ARANDA FLORES. COLECCIONA DGETI