Profesor: Rafael González Farfán

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1 Profesor: Rafael González Farfán

2 · Ideas fundamentales ·
CAMPO MAGNÉTICO · Ideas fundamentales · El origen de todos los campos magnéticos está, en última instancia, en las Cargas eléctricas EN MOVIMIENTO. Al igual que los campos gravitatorio y eléctrico, el campo magnético viene representado por LÍNEAS DE FUERZA. Sin embargo, hay una diferencia importante respecto a los demás campos, y es que en el magnético, tales líneas de fuerza SON CERRADAS, ya que NO existe un elemento aislado que las genere (como es la masa o la carga individuales para los campos gravitatorio y eléctrico) sino que los ‘elementos’ generadores aparecen perfectamente localizadas en dos zonas del cuerpo que produce el campo y denominados POLOS MAGNÉTICOS, los cuales son inseparables (NO existen monopolos magnéticos, y aunque algunas teorías Físicas pronostican su existencia, aún no se han encontrado). Polos magnéticos del mismo signo se repelen entre sí. Los opuestos, se atraen. La mejor evidencia de esto lo constituye el funcionamiento de la brújula, que aunque ‘señale al Norte geográfico’ en realidad es el SUR magnético, dado que la Tierra se comporta como un enorme imán, con sus líneas de fuerza (y campo magnético) asociados. Profesor: Rafael González Farfán

3 · Ideas fundamentales ·
CAMPO MAGNÉTICO · Ideas fundamentales · El sentido de las líneas de fuerza del campo magnético es el señalado, y pueden visualizarse de forma fácil con ayuda de un imán y limaduras de hierro. Profesor: Rafael González Farfán

4 · Ideas fundamentales ·
CAMPO MAGNÉTICO · Ideas fundamentales · Profesor: Rafael González Farfán

5 · Ideas fundamentales ·
CAMPO MAGNÉTICO · Ideas fundamentales · Los polos geográficos y magnéticos terrestres NO están completamente alineados Profesor: Rafael González Farfán

6 · Ideas fundamentales ·
CAMPO MAGNÉTICO · Ideas fundamentales · A su vez, cuando una carga eléctrica EN MOVIMIENTO penetra en el interior de un campo magnético, experimenta una fuerza magnética. Tal fuerza depende: De la dirección de entrada de la carga respecto de las líneas de fuerza del campo. Del valor de la carga y de la intensidad del campo, B. De la rapidez de entrada. NO se observa fuerza magnética sobre la carga móvil si la dirección de entrada es paralela a las líneas de fuerza. Y tal fuerza es MÁXIMA si la dirección es perpendicular a las líneas de campo. Evidentemente, dado que el origen del campo está en el movimiento de las cargas, que a su vez las cargas móviles experimentan fuerza magnética en el interior de los campos, y puesto que (como se ha estudiado) el movimiento y el reposo dependen del punto de Referencia (son conceptos relativos), puede decirse que el campo magnético es un concepto igualmente relativo. La dependencia de la fuerza magnética para con los factores relacionados, queda recogida en la ECUACIÓN DE LORENTZ: F = q (v x B) (Se trata de un producto vectorial) Profesor: Rafael González Farfán

7 · Ideas fundamentales ·
CAMPO MAGNÉTICO · Ideas fundamentales · La fuerza de Lorentz, al actuar sobre una carga móvil, le proporciona una aceleración centrípeta, haciendo que la carga describa un MOVIMIENTO CIRCULAR con rapidez constante, si la dirección de entrada es perpendicular a las líneas de fuerza. El sentido del giro dependerá del signo de la carga móvil. Una aplicación práctica interesante de la ecuación de Lorentz es la separación de isótopos de un elemento (diferentes por su masa) La unidad para el campo magnético en el Sistema Internacional se la denomina TESLA (T) = N· s/C· m Si la dirección de entrada de la carga en el campo NO es perpendicular a las líneas de Fuerza, sucede una ‘composición de movimientos’ que puedes ver picando AQUÍ. ENCIENDE LOS ALTAVOCES. Profesor: Rafael González Farfán

8 · Ideas fundamentales ·
CAMPO MAGNÉTICO · Ideas fundamentales · El campo magnético terrestre nos protege del VIENTO SOLAR, haciendo desviar hacia los polos las partículas cargadas procedentes del sol. Una vez allí, al penetrar en la atmósfera, ionizan los gases de esas zonas polares, produciendo las AURORAS BORELAES y AUSTRALES. Este fenómeno NO es exclusivo de la Tierra, y han podido observarse auroras en la atmósfera de otros planetas como Júpiter o Saturno. Magnetosfera Profesor: Rafael González Farfán

9 · Ideas fundamentales ·
CAMPO MAGNÉTICO · Ideas fundamentales · Algunas auroras Aurora vista desde el espacio exterior Más sobre auroras AQUÍ Profesor: Rafael González Farfán

10 CAMPO MAGNÉTICO · Ideas fundamentales · Hans Christian Ørsted
En 1820 descubrió la relación entre la electricidad y el magnetismo en un experimento que hoy se nos presenta como muy sencillo, y que llevó a cabo ante sus alumnos. Demostró empíricamente que un hilo conductor de corriente podía mover la aguja imantada de una brújula. Podía pues, haber interacción entre las fuerzas eléctricas por un lado y las fuerzas magnéticas por otro, lo que en aquella época resultó revolucionario. A Ørsted no se le ocurrió ninguna explicación satisfactoria del fenómeno, y tampoco trató de representar el fenómeno en un cuadro matemático. Sin embargo, publicó enseguida el resultado de sus experimentos en un pequeño artículo. Sus escritos se tradujeron enseguida y tuvieron gran difusión en el seno de la comunidad científica europea. Los resultados fueron criticados con dureza. Hans Christian Ørsted (Rudkøbing 14 de agosto de 1777 – Copenhague, 9 de marzo de 1851) . Profesor: Rafael González Farfán

11 · Ideas fundamentales ·
CAMPO MAGNÉTICO · Ideas fundamentales · Una consecuencia directa del hecho de saber que el origen de los campos magnéticos es el de las cargas en movimiento, es comprobar (como Orsted) que las líneas de corriente, producen CAMPOS MAGNÉTICOS, cuyas características vienen determinadas por la LEY DE BIOT-SAVART: El valor del campo magnético generado por un elemento de corriente se debilita con la distancia. El valor del campo varía según el medio en el que se encuentre el hilo de corriente y el punto. El valor del campo depende de la intensidad de la corriente y de su sentido de circulación El vector campo magnético es tangente a la línea de fuerza (circular) que crea el hilo y que pasa por el punto. Profesor: Rafael González Farfán

12 · Ideas fundamentales ·
CAMPO MAGNÉTICO · Ideas fundamentales · Un modo de incrementar el valor del campo magnético generado por el hilo conductor es variar ‘la geometría’ y conseguir una mayor densidad de líneas de fuerza, que son representativas del valor del campo magnético. ‘Torciendo’ el cable conductor fabricamos espiras y bobinas (SOLENOIDES) Si en lugar del vacío introducimos una barra de hierro dulce en el interior, conseguimos un mayor campo, pues modificamos el dato de la permeabilidad magnética (ELECTROIMÁN) Los ‘polos norte y sur’ de una bobina dependen del sentido de circulación de la corriente Profesor: Rafael González Farfán

13 · Ideas fundamentales ·
CAMPO MAGNÉTICO · Ideas fundamentales · Del mismo modo, las cargas eléctricas que forman una corriente eléctrica, padecen la fuerza magnética cuando se los introduce en el interior de otros campos magnéticos, por ‘extensión’ de la ley de Lorentz. (Ley de Laplace) APLICACIONES DE INTERÉS. Fuerzas entre hilos conductores. El que la fuerza entre los hilos sea de naturaleza atractiva o repulsiva depende de los sentidos relativos de las corrientes: igual sentido se atraen, y se repelen si tienen sentidos opuestos. DEFINICIÓN INTERNACIONAL DE AMPERIO: Amperio es la intensidad de una corriente eléctrica rectilínea e indefinida que ejerce una fuerza de N sobre cada metro de otra corriente igual y paralela, situadas ambas en el vacío y separadas 1 metro. Profesor: Rafael González Farfán

14 · Ideas fundamentales ·
CAMPO MAGNÉTICO · Ideas fundamentales · APLICACIONES DE INTERÉS. B) Fuerzas sobre una espira de corriente en el interior de un campo magnético. Según las orientaciones respectivas del plano de la espira respecto de las líneas del campo, aparecerá sobre ésta un PAR DE FUERZAS que tenderá a hacerla girar. Ese par de fuerzas viene caracterizado por el vector MOMENTO del PAR que ‘medirá’ la facilidad de giro. Se ha definido el vector superficie, S, mediante un vector perpendicular a la superficie, de módulo su valor y sentido dado por la regla de la mano derecha aplicada a la corriente circulante. Profesor: Rafael González Farfán

15 · Ideas fundamentales ·
CAMPO MAGNÉTICO · Ideas fundamentales · FLUJO MAGNÉTICO, F: un concepto muy importante. Al igual que en los campos eléctrico y gravitatorio, el flujo es una magnitud que nos permite medir valores de campo a través de la densidad de líneas de fuerza en una determinada región del espacio. Viene a representar, por tanto, el nº de líneas de fuerza que cruzan una superficie y se define de modo similar a como se hizo para el campo eléctrico, con la diferencia de que ahora el flujo total va a ser siempre NULO, ya que al ser cerradas las líneas del campo, el mismo nº de líneas de fuerza salen por un polo y entran en el otro. La unidad de flujo magnético es el weber (wb). Un weber es el flujo de un campo magnético uniforme de un Tesla a través de una Superficie de un metro cuadrado colocada perpendicularmente a la dirección de las líneas del campo Profesor: Rafael González Farfán

16 · Ideas fundamentales ·
CAMPO MAGNÉTICO · Ideas fundamentales · Hacia 1830, el inglés Michael Faraday ( )y el norteamericano Joseph Henry ( )descubrieron casi simultáneamente y de forma independiente el fenómeno de la inducción electromagnética: los campos magnéticos, bajo ciertas condiciones, son capaces de generar corrientes eléctricas, por lo tanto, campos eléctricos. Experimentalmente se observa que para la aparición de la corriente eléctrica, NO es suficiente la presencia del campo magnético y del elemento de corriente. La clave está en hacerlos mover; o dicho de otro modo: HACER VARIAR EL FLUJO MAGNÉTICO. Este fue el gran descubrimiento de Henry-Faraday, que posteriormente sería perfeccionado por Lenz. Un ejemplo de corriente Inducida, picando AQUÍ. Profesor: Rafael González Farfán

17 del flujo con respecto al tiempo”
CAMPO MAGNÉTICO · Ideas fundamentales · “En todo circuito cerrado atravesado por un flujo de campo magnético variable con el tiempo, se induce una fuerza electromotriz cuyo valor es igual y de signo opuesto a la derivada del flujo con respecto al tiempo” “El sentido de la corriente inducida es tal, que se opone a la causa que la produce” (Aportación de Lenz) Hay que tener presente que si el origen de la fem inducida está en la VARIACIÓN de flujo, esto puede conseguirse de formas muy diversas: variando el tamaño de la superficie, variando el valor del campo o variando la orientación entre ambos. Estas opciones dan como resultado una gran posibilidad de generar corrientes eléctricas. Veamos un ejemplo. Profesor: Rafael González Farfán

18 · Ideas fundamentales ·
CAMPO MAGNÉTICO · Ideas fundamentales · Profesor: Rafael González Farfán

19 · Ideas fundamentales ·
CAMPO MAGNÉTICO · Ideas fundamentales · En la figura se ha representado una espira rectangular con un lado móvil situada en el interior de un campo magnético uniforme como se ve en la figura. Comprueba que el sentido de la corriente inducida cuando se desplaza el lado móvil es el representado (HACER USO de la ley de LENZ-HERNRY-FARADAY. Es de suma importancia entender y aplicar bien esta ley) Al acercar por su polo Norte un imán a una espira ‘se introducen líneas de fuerza’ en su superficie, de modo que aparecerá una corriente eléctrica en la espira de tal modo que el campo a ella asociado ha de contrarrestar a esas líneas de fuerza ‘que se están introduciendo’, por tanto, esto determina el sentido de la corriente Inducida. (Ley de LHF) Profesor: Rafael González Farfán

20 · Ideas fundamentales ·
CAMPO MAGNÉTICO · Ideas fundamentales · Observa que para el caso de una espira con un imán, es importante el polo por el que se acerca el imán a la espira para decidir el sentido de la fem inducida. (¿Por qué?) Profesor: Rafael González Farfán

21 · Ideas fundamentales ·
Profesor: Rafael González Farfán CAMPO MAGNÉTICO · Ideas fundamentales · A modo de primer resumen

22 · Ideas fundamentales ·
Profesor: Rafael González Farfán CAMPO MAGNÉTICO · Ideas fundamentales · Otro modo de hacer variar el flujo (que es el origen de las corrientes Inducidas) es modificando la orientación del plano de la espira respecto de las líneas del campo. Esto se consigue, simplemente, Haciendo girar la espira en el seno del campo magnético.

23 · Ideas fundamentales ·
Profesor: Rafael González Farfán CAMPO MAGNÉTICO · Ideas fundamentales · En el caso de la espira giratoria, el ángulo (a) que forman los vectores S y B varía a un ritmo constante marcado por la rapidez angular a = w.t de modo que la expresión del flujo queda en función de (w.t), y al derivar (según la ley de HF) obtenemos la fem inducida. Tanto el flujo como la fem inducida van variando de modo periódico, con un ‘desfase’ de pi/2, por lo que sus valores máximos y mínimos se van alternando.

24 · Ideas fundamentales ·
CAMPO MAGNÉTICO · Ideas fundamentales · Otro modo interesante en que se consigue generar corrientes inducidas, es en el interior de un circuito eléctrico en los instantes de encendido y apagado del mismo, ya que justo en esos momentos (y solo en esos) existe variación del flujo magnético. Aparece así una corriente eléctrica ‘autoinducida’ en el propio circuito. Se trata por tanto del fenómeno conocido como AUTOINDUCCIÓN. Al cerrar el interruptor, aparece un campo B debido a la corriente I que circula. El cambio de flujo genera una corriente inducida I (en verde) que a su vez origina un campo B (en verde) para oponerse a ese cambio. El coeficiente de autoinducción (L) depende de las características del conductor. Unidades de L = Henrio [ H] Evidentemente, este fenómeno puede producirse entre dos circuitos, provocando su ‘inducción mutua’. B I x B I Profesor: Rafael González Farfán

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