Campos magnéticos

Introducción

El magnetismo está muy relacionado
con la electricidad. El Electromagnetismo es la parte de la
Física que estudia la relación entre corrientes
eléctricas y campos magnéticos. Una carga
eléctrica crea a su alrededor un campo eléctrico.
El movimiento de la carga eléctrica produce un campo
magnético. Toda carga eléctrica que se mueve en el
entorno de un campo magnético experimenta una fuerza. Dos
cargas eléctricas móviles, no sólo
están sometidas a las fuerzas electrostáticas que
se ejercen mutuamente debidas a su carga, sino que además
entre ellas actúan otras fuerzas electromagnéticas
que dependen de los valores de las cargas y de las velocidades de
éstas.

Campo
magnético

 Un campo magnético es un campo
de fuerza creado como consecuencia del movimiento de cargas
eléctricas (flujo de la electricidad). Una barra imantada
o un cable que transporta corriente pueden influir en otros
materiales magnéticos sin tocarlos físicamente
porque los objetos magnéticos producen un "campo
magnético" . Los campos magnéticos suelen
representarse mediante "líneas de campo magnético"
o "líneas de fuerza". En cualquier punto, la
dirección del campo magnético es igual a la
dirección de las líneas de fuerza, y la intensidad
del campo es inversamente proporcional al espacio entre las
líneas. 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 un polo 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 mán, 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.

 Naturaleza del
magnetismo

 El magnetismo esta muy relacionado
con la electricidad. Una carga eléctrica esta rodeada de
un campo eléctrico, y si se esta moviendo, también
de un campo magnético. Esto se debe a las "distorsiones"
que sufre el campo eléctrico al moverse la
partícula.

El campo eléctrico es una
consecuencia relativista del campo magnético. El
movimiento de la carga produce un campo
magnético.

 En un imán de barra
común, que al parecer esta inmóvil, esta compuesto
de átomos cuyos electrones se encuentran en movimiento
(girando sobre su orbita. Esta carga en movimiento constituye una
minúscula corriente que produce un campo magnético.
Todos los electrones en rotación son imanes
diminutos.

 En principio se creyó que los
fenómenos magnéticos no tenían
relación con los fenómenos eléctricos. Sin
embargo, a comienzos del siglo XIX, el físico
danésHans Christian Oersted (1777-1851)
observó que un conductor por el que circula una corriente
ejerce una fuerza sobre un imán colocado en sus
proximidades. Experimentos subsiguientes realizados
por Andre Marie Ampère y otros
físicos demostraron que las corrientes eléctricas
atraen trocitos o limaduras de Hierro y que corrientes paralelas
se atraen entre sí.

 Ampère propuso la
teoría de que las corrientes eléctricas son las
fuentes de todos los fenómenos magnéticos. El
modelo de Ampere es la base de la teoría moderna del
magnetismo.

Posteriormente fueron estudiadas otras
conexiones que existen entre el magnetismo y la electricidad
realizada por Michael Faraday y Joseph Henry, que demostraron que
un campo magnético variable produce un campo
eléctrico no conservativo y mediante la teoría de
Maxwell que demostró que un campo eléctrico
variable produce un campo magnético.

En la actualidad, se sabe que cualquier
fenómeno de atracción o repulsión
magnética no es otra cosa que una fuerza de acción
a distancia ejercida por una carga en movimiento sobre otra carga
que también se encuentra en movimiento. Por ello, una
corriente eléctrica al ser una carga en movimiento, ejerce
una acción magnética sobre cualquier otra carga en
movimiento.

 Campo magnético de un
imán

  En el espacio que rodea a un
imán existe un campo magnético, que es originado
por el movimiento de los electrones alrededor de los
núcleos de los átomos y por un movimiento rotatorio
de los electrones sobre sí mismos que recibe el nombre de
spin.

 Un imán puede girar libremente
en un plano horizontal y se orienta aproximadamente en la
dirección Norte-Sur geográfica. En consecuencias,
si un imán en las condiciones citadas se coloca en una
determinada región del espacio y cambia de
posición, orientándose en otra dirección,
esto indica que sobre el imán actúa una fuerza y
por consiguiente se ha realizado una interacción. Se dice
entonces que en la región del espacio donde está
situado el imán existe un campo magnético. La
dirección del campo magnético es el eje
longitudinal del imán y el sentido, el que va dirigido del
polo Sur(S) al polo Norte (N).

 Campo magnético de una
corriente Experimento de Oersted

 Si por un conductor circula una
corriente eléctrica (cargas en movimiento) en el espacio
que rodea al conductor se origina un campo
magnético.

 Hans Christian Oersted
descubrió que una corriente eléctrica influye sobre
la orientación de la aguja de una brújula. Oersted
comprobó en 1820 la estrecha vinculación que existe
entre magnetismo y corriente eléctrica. Colocó por
encima de una brújula (aguja imantada) y paralelamente a
ella un alambre recto cuyos extremos van conectados a una fuente
de corriente continua.

  Si en el circuito se intercala
un interruptor S se observa que mientras el circuito está
abierto no hay movimiento definido de cargas eléctricas en
el alambre, por lo que el campo magnético no existe y la
aguja imantada mantiene su posición original. Cuando se
cierra el circuito, hay un movimiento definido de cargas
eléctricas en el alambre y se origina un campo
magnético a su alrededor.

Líneas de Campo
magnético.

las líneas de fuerzas de un campo
magnético son líneas continuas que no se cortan
entre sí.

Para representar y describir un campo
magnético se utilizan línea de campo
magnético o líneas de inducción. Al igual
que los campos eléctricos, los campos magnéticos se
pueden materializar mediante líneas de fuerzas, que pueden
presentar distintas formas, según sea el agente creador,
del campo. Distintas formas presentan las líneas de fuerza
del campo magnético creado por una corriente, según
que el conductor sea rectilíneo, circular o en forma de
bobina.

Cuando se trata del campo magnético
creado por un imán las líneas de fuerzas salen de
una zona del mismo denominado polo norte y
vuelven a otra zona que recibe el nombre de polo
sur y es en las proximidades de estos polos donde
más apretada se encuentran las líneas de fuerzas y,
como consecuencias, donde con mayor intensidad se manifiestan los
fenómenos magnéticos.

 Nocion de Induccion magnetica
:

  La inducción
magnética de un campo, en un punto del mismo, es la fuerza
que actúa sobre una unidad de carga positiva que se
desplaza, perpendicularmente a las líneas de fuerza, con
una unidad de velocidad. Se representa por ().

 Fuerza magnética sobre una
carga móvil :

 El módulo de la
inducción magnética o campo magnético en un
punto es una magnitud que se mide por el cociente entre el
módulo de la fuerza que actúa sobre una carga
móvil que pasa por el punto y el producto de dicha carga
por la componente de la velocidad perpendicular al vector
inducción. 

 Unidades inducción
magnética o campo magnético

La unidad de inducción
magnética en el Sistema Internacional o MKS se
denomina Tesla .

En el sistema cegesimal o CGS, la unidad de
inducción es el Gauss.

En el sistema cegesimal o CGS, la unidad de
inducción es el Gauss.

 Un Tesla es la inducción de un
campo magnético en el que una carga de un coulomb que se
desplaza perpendicularmente a las líneas de fuerzas con
una velocidad de 1 m/seg se ve sometida a una fuerza de un
newton.

 Existe un campo magnético
cuando al penetrar en una región del espacio, una carga
móvil experimenta una fuerza que depende de la velocidad
de la carga.

 Fuerza magnética sobre una
corriente rectilínea

 Una corriente eléctrica
consiste en un movimiento definido de cargas eléctricas en
un conductor. Un campo magnético ejerce una fuerza
magnética sobre una carga aislada en movimiento. Por
consiguiente, es de esperarse que un campo magnético
ejerza una fuerza magnética sobre un conductor
rectilíneo por el cual circula una corriente
eléctrica.

 La fuerza ejercida por un campo
magnético sobre un conductor rectilíneo situado
perpendicularmente a las líneas de fuerza es igual al
producto que resulta de multiplicar la inducción
magnética por la longitud del conductor y por la
intensidad de la corriente. 

Inducción de
Corriente Eléctrica

 La fuente fundamental de un campo
magnético es una carga eléctrica en movimiento.
Dado que una corriente eléctrica es un conjunto de cargas
eléctricas en movimiento se puede deducir que el campo
magnético de una corriente eléctrica es el
resultado de la superposición de los campos
magnéticos producidos por las cargas en movimiento que
constituyen la corriente. El cálculo del campo
magnético creado por una corriente de forma arbitraria es
un tanto complejo de ahí que se considerará algunos
casos sencillos. Las experiencias de Oersted y los ensayos de
Biot, Savart y Ampère condujeron a una relación que
puede utilizarse para calcular el campo magnético en
cualquier punto del espacio entorno a un circuito que tenga
corriente.

 La ley de Ampère, es
muy útil para calcular el campo magnético de
configuraciones altamente simétricas que conducen
corrientes estables. La ley de Ampère es una
relación entre la componente tangencial de B en los puntos
de una curva y la intensidad de corriente neta que atraviesa la
superficie limitada por dicha curva.

Es válida sólo para
corrientes estables y es útil exclusivamente para calcular
el campo magnético de configuraciones de corrientes que
tienen un alto grado de simetría.

 La ley de
Biot-Savart, se usa para calcular el campo
magnético producido en un punto por un elemento de
corriente. Para aplicar la ley de Biot-Savart a un circuito
completo se considera dicho circuito dividido en elementos l de
corriente, cada uno de los cuales origina en un punto determinado
P una inducción magnética elemental de
módulo B. Efectuando la sumatoria de estas inducciones
elementales se obtiene el módulo B de la inducción
magnética o campo magnético resultante.

Autor:

Flavio Alberti

Raúl Perfecto

Leonardo Mata

Ángel Díaz

Elmer Mortter

5to "U"

Profesora: Yanet Méndez

Republica Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Educación

U.E. "Republica de Chile"

Barcelona- Edo.
Anzoátegui

Bna. 21/06/11