Teoria electromagnética (página 3)

La integral del segundo miembro es la circulación
del vector E. Recordemos que en electrostática la
circulación de E vale cero (E es un
campo vectorial conservativo), por lo que concluimos que el
campo eléctrico inducido no es conservativo. Por
ejemplo si tuviésemos una densidad de flujo
magnético B uniforme en el espacio pero variable
en con el tiempo, perpendicular al plano del papel penetrando en
él, el campo eléctrico inducido en los puntos de
una circunferencia contenida en dicho plano tendría el
mismo módulo E por simetría, su dirección
sería tangente a la circunferencia en cada punto y su
sentido el determinado por la regla del sacacorchos (Fig.
9.10).

El beatrón

El betatrón es un aparato para acelerar
electrones (conocidos también como partículas beta)
a altas velocidades usando campos eléctricos inducidos
producidos por campos magnéticos cambiantes.

Teles electrones de alta energía pueden emplearse
para investigación básica en física
así como para producir rayos X en investigación
aplicada a la industria y con fines médicos como la
terapia contra el cáncer. El betatrón proporciona
una ilustración excelente de la "realidad" de los campos
eléctricos inducidos. Típicamente los betatrones
pueden producir energías de 100 MeV, en cuyo caso los
electrones son altamente relativistas (v= 0.999987c). Los
betatrones pueden producir corrientes enormes, en la gama de 103
a 105 A. Sin embargo, son máquinas pulsantes, que producen
pulsaciones de una anchura típica _s o menos separados por
intervalos de tiempo de entre 0.01 y 1 s.

La inducción y el movimiento reactivo

Lo que parece ser un campo magnético en un marco
de referencia puede parecer una mezcla de campos
eléctricos y magnéticos en otro marco de
referencia. Puesto que la fem está determinada por la
velocidad del objeto que se mueve a través del campo
magnético, está claro que depende del marco de
referencia del observador. Otros observadores de marcos
inerciales diferentes mediaran velocidades diferentes e
intensidades del campo magnético diferentes. Por lo tanto,
es necesario especificar el marco de referencia del observador al
calcular las fem y las corrientes inducidas.

Si una figura muestra una espira a la que un agente
externo causa que se mueva a velocidad v con respecto a un
imán que proporciona un campo uniforme B sobre una
región. Un observador S está en reposo con respecto
con respecto al imán empleado para crear al campo B. La
fem inducida en este caso es una fuerza electromotriz de
movimiento o cinética por que la espira de
conducción se está moviendo con respecto a este
observador.

Consideremos un portador de carga positiva en el centro
del extremo izquierdo de la espira. Para el observador S, esta
carga q está obligada a moverse a través del campo
B a velocidad v hacia la derecha junto con la espira, y
experimenta una fuerza magnética dada por F = qv x B. Esta
fuerza provoca que los portadores se muevan hacia arriba (en la
dirección y) a lo largo del conductor; finalmente, llegan
a adquirir la velocidad de arrastre vd.

La velocidad de equilibrio de los portadores resultante
es ahora V, la suma vectorial de v y vd. En esta situation la
fuerza magnética FB es

actuando (como siempre) en ángulo recto con la
velocidad resultante V del portador.Al actuar sola, FB
tendería a empujar a los portadores a través de la
pared izquierda del conductor. Ya que esto no sucede, la pared
del conductor debe ejercer una fuerza normal N sobre los
portadores de magnitud tal que vd se encuentre paralela al eje
del alambre; en otras palabras, N cancela exactamente a la
componente horizontal de FB, dejando únicamente a la
componente FB cos _ que se encuentra a lo largo de la
dirección del conductor. Esta última componente de
la fuerza sobre el portador también se cancela, en este
caso, por la fuerza impulsora de promedio Fi asociada a las
colisiones internas que experimenta el portador cuando se mueve a
velocidad (constante) vd por el alambre.

La energía cinética del portador se carga
al moverse por el alambre permanece constante. Esto es
consistente con el hecho de que la fuerza resultante que
actúa sobre el portador de carga (=FB+Fi+N) es cero. El
trabajo efectuado por FB es cero por que las fuerzas
magnéticas, que actúan en ángulo recto con
la velocidad de una carga en movimiento, no pueden efectuar
ningún trabajo sobre esa carga. Entonces, el trabajo
(negativo) efectuado sobre el portador por la fuerza de
colisión interna promedio debe ser cancelado exactamente
por el trabajo (positivo) efectuado sobre el portador por la
fuerza N. Por último N, es suministrada por el agente que
tira de la espira a través del campo magnético, y
la energía mecánica gastada por este agente aparece
como energía interna en la espira.

Cuando un observador S fijo con respecto al imán
percibe únicamente un campo magnético. Para este
observador, la fuerza surge del movimiento de las cargas a
través de B. El observador S" fijo en el portador de una
carga advierte también un campo eléctrico E" y le
atribuye al campo eléctrico la fuerza sobre la carga
(inicialmente en reposo con respecto a S"). S dice que la fuerza
es puramente de origen magnético, mientras que S" dice que
la fuerza es de origen puramente eléctrico.

Para un tercer observador S"", en
relación con el cual se mueven tanto el imán como
la espira, la fuerza que tiende a mover a las cargas alrededor de
la espira, no es ni puramente eléctrica, ni puramente
magnética, sino un poco de cada una. En resumen, en la
ecuación

F/q = E + v x B

Diferentes observadores se forman diferentes juicios de
E, B y v pero, cuando estos están combinados, todos los
observadores se forman el mismo juicio con respecto a F/q, y
todos obtienen el mismo valor para la fem inducida en la espira
(que depende únicamente del movimiento relativo. Esto es,
la fuerza total(y, por tanto, la aceleración total) es la
misma para todos los observadores, pero cada observador se forma
una estimación diferente de las fuerzas eléctricas
y magnéticas por separado que contribuyen a la misma
fuerza total.

Características químicas de
imanes

Conclusión

Puesto que la corriente eléctrica siempre sale de
la terminal negativa de la fuente de energía, el flujo de
corriente en un circuito siempre tendrá la misma
dirección si la polaridad de la tensión de la
fuente permanece siempre invariable. Este tipo de flujo de
corriente recibe el nombre de corriente directa o continua y a la
fuente se le llama fuente de corriente directa. Todo circuito que
use una fuente de corriente directa es un circuito de corriente
continua. Los tres tipos de fuentes que se usan con más
frecuencia en circuitos de corriente continua son: la
batería, el generador de corriente continua y las fuentes
de electrones.

Como pudimos ver el campo magnético es producido
por la corriente eléctrica que circula por un
conductor.

También analizamos que este campo de fuerzas
está formado por cargas eléctricas en movimiento,
que se manifiestan por la fuerza que experimenta una carga
eléctrica al moverse en su interior.

Para determinar la expresión del campo
magnético producido por una corriente se emplean dos
leyes: la ley de Biot-Savart y la ley de
Ampère.

podemos afirmar que la ley de Ampère proporciona
una formulación alternativa de la relación de los
campos magnéticos con las corrientes. Es análoga a
la ley de Gauss en electrostática.

En cuanto a la ley de Biot-Savart decimos que nos da el
campo magnético producido por un pequeño elemento
de conductor por el que circula una corriente. Se puede utilizar
para encontrar el campo magnético creado por cualquier
configuración de conductores con corriente, resumiendo un
poco, esta ley describe la fuerza magnética entre dos
circuitos con corriente.

Es valioso conocer los experimentos realizados por
Faraday y el estudio de su ley, así como la de Lenz, pues
sientan las bases para el cálculo cinemático, el
movimiento relativo y la evaluación de los campos
eléctricos.

14 preguntas

• 1.  ¿que es corriente
  eléctrica?

• 2.  ¿Qué es
  resistencia?

• 3.  ¿Qué es un
  semiconductor?

• 4.  ¿Qué es una fem?

• 5.  ¿Cuáles son los diferentes
  instrumentos de medición?

• 6.  ¿que es un campo magnético
  B?

• 7.  ¿ cual es la fuerza de
  Lorentz?

• 8.  ¿que es el
  ciclotrón?

• 9.  ¿que es el
  sincrotón?

• 10.  ¿que dice el efecto
  hall?

• 11.  ¿ que es el solenoide?

• 12.  ¿ que es el toroides?

• 13.  ¿ quien dio origen ala ley de
  inducción?

• 14.  ¿ cual es el principio de la ley de
  lenz?

14 Respuestas

• 1. es el flujo de electrones en un
  conductor

• 2. La diferencia de potencial entre los
  extremos de un conductor es directamente proporcional a la
  intensidad que circula por él. A la constante de
  proporcionalidad se le llama resistencia del
  conductor.

• 3. Un semiconductor es un componente que no es
  directamente un conductor de corriente, pero tampoco es un
  aislante, porque tiene cierto límite de resistencia
  por el tipo de impureza que tiene.

• 4. es cualquier dispositivo(batería o
  generador) que produce un campo eléctrico y que por lo
  tanto puede originar un movimiento en las cargas por un
  circuito.

• 5. el amperímetro, el voltímetro,
  potenciómetro.

• 6. Describimos al espacio alrededor de un
  imán permanente o de un conductor que conduce
  corriente como el lugar ocupado por un campo
  magnético.

• 7. Si tanto un campo eléctrico E como un
  campo magnético B actúan sobre una
  partícula cargada, la fuerza total sobre ella puede
  expresarse como F = qe + qv x B

• 8. El ciclotrón es un acelerador que
  produce haces de partículas cargadas
  energéticamente, las que pueden emplearse en
  experimentos de reacciones nucleares.

• 9. Las energías más elevadas se
  logran usando un acelerador con un diseño diferente,
  llamado sincrotrón. Un ejemplo es el sincrotrón
  de protones de 1000GeV del Fermi National Accelerator
  Laboratory; en lugar de un solo imán, un
  sincrotón usa muchos imanes individuales a lo largo de
  la circunferencia de un circulo; cada imán
  desvía al haz en un Angulo pequeño
  (0.1¼).

• 10.  En 1879, Edwin H. Hall llevo a cabo un
  experimento que permitió la medición directa
  del signo y la densidad del numero ( numero por unidad de
  volumen ) de los portadores de carga en un conductor. El
  efecto Hall desempeña un papel crítico en
  nuestra comprensión de la conducción
  eléctrica en los metales y semiconductores.

• 11. El solenoide suele utilizarse para crear un
  campo magnético uniforme, al igual que el capacitor de
  placas paralelas crea un campo eléctrico
  uniforme.

• 12.  es un solenoide doblado en forma de rosca,
  también se emplea para crear campos
  grandes.

• 13.  Michael faraday en Inglaterra en 1831 y
  por Joseph henry en usa casi al mismo tiempo.

• 14.  La FEM y la corriente inducidas poseen una
  dirección y sentido tal que tienden a oponerse a la
  variación que las produce".

Bibliografía y
reseñas

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnetic/amplaw.html

http://www.lasalle.es/vina/contenidos/temasfisica/electromagnetismo/index.htm

http://www.physics.unomaha.edu/Sowell/Phys1120/Lectures/Chap20/FaradaysLaw/default.htmlhttp://physics.njit.edu/~cdenker/physics121_week12.pdf

(2) Física Re-Creativa, S. Gil y E. Rodriguez,
1ra. Ed., Argentina (2000).

Serway, R. Física. Tomo II. McGraw-Hill.
México D.F. 1996.p. 1423-1452.

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1992.

Enviado por:

Pablo Turmero