Electromagnetismo
Fuerza electromotriz inducida- Tensiones
e intensidad variables en función del
tiempo
1.
MAGNETISMO
DESCUBRIMIENTO DEL MAGNETISMO.
Desde la más remota antigüedad se
tenía conocimiento
de que un mineral, la magnetita (óxido
ferroso-férrico), tenía la propiedad de
atraer al hierro.
A esta propiedad se le llama magnetismo, e imanes a los
cuerpos que la poseen. Gracias al conocimiento del imán
natural (magnetita), pudo construirse la brújula.
Se observó que un cuerpo magnético puede comunicar
su propiedad al hierro (imantar). En el caso del hierro, la
imantación cesa cuando se vuelve a separar del imán
que la causó; en cambio, el
acero, una vez
imantado mantiene el magnetismo. Todos estos fenómenos
encuentran su explicación en la teoría
eléctrica del magnetismo.
1.1 INTRODUCCION AL CONOCIMIENTO DE LOS
IMANES
TEORIA ELECTRICA DEL MAGNETISMO.
Las experiencias de Oersted demostraron que una corriente
eléctrica (cargas eléctricas en movimiento),
producen efectos magnéticos (por ejemplo, es capaz de
desviar una brújula). Experiencias posteriores vinieron a
demostrar que, efectivamente, una corriente crea un campo
magnético, y un campo magnético puede crear una
corriente, de tal manera que existe una interacción entre campo magnético y
campo
eléctrico. En el caso de los imanes naturales, o de
los cuerpos imantados, la corriente que origina el magnetismo es
el conjunto de todas las corrientes elementales que son los
electrones girando alrededor de sus núcleos. En la
mayoría de las sustancias, estos imanes elementales
están desordenados, cada uno orientado en una dirección del espacio, por lo que su
resultante es nula, y no presentan magnetismo. En ciertas
sustancias, estos pequeños dominios magnéticos
pueden orientarse muy fácilmente, debido a influencias
externas (puede ser el mismo magnetismo terrestre); cuando varios
dominios elementales magnéticos se orientan en una misma
dirección espacial, su resultante ya no es nula, y el
cuerpo resulta imantado.
Los cuerpos cuyos dominios magnéticos son
fácilmente orientables (son fáciles de magnetizar)
se llaman PARAMAGNETICOS. Aquellos otros que, por el contrario,
resultan difícilmente o nada imantables, se llaman
DIAMAGNETICOS.
Existe un grupo de
materiales
(hierro, cobalto, níquel y compuestos especiales) que son
extremadamente paramagnéticos. Dado que el hierro es el
primero que se descubrió con tal comportamiento, estos materiales reciben el nombre
de FERROMAGNETICOS.
1.1.2 TIPOS DE IMANES (MAGNETISMO
TERRESTTRE)
El magnetismo de los imanes
El estudio del comportamiento de los imanes pone de
manifiesto la existencia en cualquier imán de dos zonas
extremas o polos en donde la acción
magnética es más intensa. Los polos
magnéticos de un imán no son equivalentes, como lo
prueba el hecho de que enfrentando dos imanes idénticos se
observen atracciones o repulsiones mutuas según se
aproxime el primero al segundo por uno o por otro
polo.
Tipos de imanes.
ALNICO: Fabricados por fusión
/ sinterización, compuesto por un 8% de Aluminio, un
14% de Níquel, un 24% de Cobalto, un 51% de Hierro y un 3%
de Cobre. Son lo
que presentan mejor comportamiento a temperaturas elevadas,
aunque son susceptibles de desmagnetización. Tienen la
ventaja de poseer un buen precio, aunque
no tienen mucha fuerza.
DE FERRITA: Fabricados con Bario y Estroncio.
Están compuestos de aproximadamente un 80 % de
Óxido de Hierro y de un 20% de Óxido de Estroncio
(óxidos cerámicos). Son resistentes a muchas
sustancias químicas, disolventes y ácidos.
Pueden trabajar a temperaturas de -40 º C a 260º C. Las
materias primas son de fácil adquisición y de bajo
coste. Son resistentes a muchas sustancias químicas, como
por ejemplo a los disolventes, lejías, y ácidos
débiles.
DE TIERRAS RARAS: Son metálicos, con una
fuerza de 6 a 10 veces superior a los materiales
magnéticos tradicionales, y con temperaturas de trabajo
varían según el material. En Neodimio, su temperatura de
trabajo puede llegar de 90ºC hasta 150ºC, en
Samario-Cobalto, pueden llegar hasta 350ºC. La
utilización de estos imanes está condicionada por
la temperatura. Para evitar problemas de
oxidación en los Neodimio, se recubren según
necesidades, los imanes de Samario no presentan problemas de
oxidación.
Para distinguir los dos polos de un imán recto se
les denomina polo norte y
polo sur. Esta referencia geográfica está
relacionada con el hecho de que la Tierra se
comporte como un gran imán. Las experiencias con
brújulas indican que los polos del imán terrestre
se encuentran próximos a los polos Sur y Norte
geográficos respectivamente. Por tal motivo, el polo de la
brújula que se orienta aproximadamente hacia el Norte
terrestre se denomina polo Norte y el opuesto constituye el polo
Sur. Tal distinción entre polos magnéticos se puede
extender a cualquier tipo de imanes.
1.1.3 FENOMENOS FISICOS (ESPECTRO
MAGNETICO)
Cuando se espolvorea en una cartulina o en una
lámina de vidrio, situadas
sobre un imán, limaduras de hierro, éstas se
orientan de un modo regular a lo largo de líneas que unen
entre sí los dos polos del imán. Lo que sucede es
que cada limadura se comporta como una pequeña
brújula que se orienta en cada punto como consecuencia de
las fuerzas magnéticas que soporta. La imagen que forma
este conjunto de limaduras alineadas constituye el espectro
magnético del imán.
El espectro magnético de un imán permite
no sólo distinguir con claridad los polos
magnéticos, sino que además proporciona una
representación de la influencia magnética del
imán en el espacio que le rodea. Así una pareja de
imanes enfrentados por sus polos de igual tipo dará lugar
a un espectro magnético diferente al que se obtiene cuando
se colocan de modo que sean los polos opuestos los más
próximos. Esta imagen física de la
influencia de los imanes sobre el espacio que les rodea hace
posible una aproximación relativamente directa a la idea
de campo magnético.
1.1.3.1 LINEA DE FUERZA MAGNETICA
La línea de fuerza del campo magnético es
aquella que indica la dirección en la que se
orientará una pequeña brújula (considerada
como un elemento de prueba) situada en tal punto. Así las
limaduras de hierro espolvoreadas sobre un imán se
orientan a lo largo de las líneas de fuerza del campo
magnético correspondiente y el espectro magnético
resultante proporciona una representación espacial del
campo. Por convenio se admite que las líneas de fuerza
salen del polo Norte y se dirigen al polo Sur.
1.1.3.2 ATRACCION Y REPULSION
Las experiencias con imanes ponen de manifiesto que
polos del mismo tipo (N-N y S-S) se repelen y polos de distinto
tipo (N-S y S-N) se atraen. Esta característica del
magnetismo de los imanes fue explicada por los antiguos como la
consecuencia de una propiedad más general de la naturaleza
consistente en lo que ellos llamaron la «atracción
de los opuestos».
Otra propiedad característica del comportamiento
de los imanes consiste en la imposibilidad de aislar sus polos
magnéticos. Así, si se corta un imán recto
en dos mitades se reproducen otros dos imanes con sus respectivos
polos norte y sur. Y lo mismo sucederá si se repite el
procedimiento
nuevamente con cada uno de ellos. No es posible, entonces,
obtener un imán con un solo polo magnético
semejante a un cuerpo cargado con electricidad de
un solo signo. Dicha experiencia fue efectuada por primera vez
por Petrus Peregrinus, sabio francés que vivió
sobre 1270 y a quien se debe el perfeccionamiento de la
brújula, así como una importante aportación
al estudio de los imanes.
1.1.4 INDUCCION MAGNETICA
Como sucede en otros campos de fuerza, el campo
magnético queda definido matemáticamente si se
conoce el valor que toma
en cada punto una magnitud vectorial que recibe el nombre de
campo. La inducción magnética, se representa
por la letra B y es un vector tal que en cada punto coincide en
dirección y sentido con los de la línea de fuerza
magnética correspondiente. Las brújulas, al
alinearse a lo largo de las líneas de fuerza del campo
magnético, indican la dirección y el sentido de la
intensidad del campo B.
La obtención de una expresión para B se
deriva de la observación experimental de lo que le
sucede a una carga q en movimiento en presencia de un campo
magnético. Si la carga estuviera en reposo no se
apreciaría ninguna fuerza mutua; sin embargo, si la carga
q se mueve dentro del campo creado por un imán se observa
cómo su trayectoria se curva, lo cual indica que una
fuerza magnética Fm se está ejerciendo sobre
ella.
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