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Prof. Pedro Eche Querevalú CTA 5to de Secundaria 2010
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Presentación El electromagnetismo es una teoría de campos; es decir, las explicaciones y predicciones que provee se basan en magnitudes físicas vectoriales dependientes de la posición en el espacio y del tiempo. El electromagnetismo describe los fenómenos físicos macroscópicos en los cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, usando para ello campos eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre las sustancias sólidas, líquidas y gaseosas. Por ser una teoría macroscópica, es decir, aplicable sólo a un número muy grande de partículas y a distancias grandes respecto de las dimensiones de éstas, el Electromagnetismo no describe los fenómenos atómicos y moleculares, para los que es necesario usar la Mecánica Cuántica. El electromagnetismo considerado como fuerza es una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo actualmente conocido.
Ferrofluido que se agrupa cerca de los polos de un magneto poderoso.
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Contenido Temático ELECTROMAGNETISMO LA EXPEERIENCIA OERSTED LÍNEAS DE FUERZA DE UN CONDUCTOR RECTO DE CORRIENTE CAMPO MAGNÉTICO GENERADO POR UN CONDUCTOR RECTILÍNEO INFINITO
CAMPO MAGNÉTICO GENERADO EN EL CENTRO DE UNA ESPIRA CIRCULAR CAMPO MAGNÉTICO GENERADO EN EL INTERIOR DE UN SOLENOIDE O BOBINA
PROBLEMA
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ELECTROMAGNETISMO El electromagnetismo estudia la interacción entre cargas eléctricas, a través del concepto de campo electromagnético. La importancia de la teoría electromagnética hoy en día es incuestionable, dada la gran cantidad de aplicaciones en nuestro mundo cotidiano. En 1819 el físico danés Hans Christian Oersted (1777-1851) decubrió que un conductor con corriente era capaz de perturbar una brújula magnética. Con su descubrimiento Oersted logró unir dos ramas de la física que parecían independientes: la electricidad y el magnetismo.
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LA EXPERIENCIA DE OERSTED Sin embargo, no fue hasta 1820 cuando este fenómeno fue reproducido por primera vez por el danés Hans Christian Oersted (1777-1851) mientras realizaba experiencias en clase con sus alumnos en la Universidad de Copenhague. Hans Oersted estaba preparando su clase de física en la Universidad de Copenhague, una tarde del mes de abril, cuando al mover una brújula cerca de un cable que conducía corriente eléctrica notó que la aguja se deflectaba hasta quedar en una posición perpendicular a la dirección del cable. Más tarde repitió el experimento una gran cantidad de veces, confirmando el fenómeno. Por primera vez se había hallado una conexión entre la electricidad y el magnetismo, en un accidente que puede considerarse como el nacimiento del electromagnetismo.
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LÍNEAS DE FUERZA DE UN CONDUCTOR RECTO DE CORRIENTE Para saber cómo son la líneas de fuerza magnética en las cercanías de un conductor recto, se esparcen limaduras de hierro sobre un papel que es atravesado perpendicularmente por un conductor de corriente. Se observa que: Las líneas de fuerza forman circunferencias concéntricas alrededor del conductor. Para determinar la orientación de las líneas de fuerza colocamos una brújula en una de las líneas. Cuando la corriente circula hacia arriba, la brújula indica que las líneas de fuerza tienen sentido antihorario y cuando la corriente circula hacia abajo, tienen sentido horario. Para recordar este hecho podemos usar la regla del pulgar derecho. La regla del pulgar derecho Con la mano derecha se envuelve el conductor de tal manera que el pulgar indique el sentido de la corriente. La dirección de las líneas de fuerza está dada por la dirección de los dedos que envuelven el conductor.
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CAMPO MAGNÉTICO GENERADO POR UN CONDUCTOR RECTILÍNEO INFINITO Las líneas de fuerza del campo magnético creado por un conductor rectilíneo son circunferencias concéntricas y perpendiculares al conductor eléctrico. Para saber la dirección que llevan dichas líneas de fuerza nos ayudaremos con la regla de la mano derecha. En 1820 los físicos franceses Jean B. Biot y Felix Savart demostraron que la intensidad de la inducción magnética en un punto dado que genera un conductor muy largo (teóricamente infinito) es directamente proporcional a la intensidad de la corriente I e inversamente proporcional al radio r de la línea de fuerza que pasa por dicho punto.
En el vacío: µo = 4 x 10-2
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Tesla A continuación una tabla de los múltiplos y submúltiplos del Sistema Internacional de Unidades.
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CAMPO MAGNÉTICO GENERADO EN EL CENTRO DE UNA ESPIRA CIRCULAR Campo magnético generado en el centro de una espira
Si un conductor con corriente es doblado para formar una espira circular de radio r, el campo magnético se hace muy intenso en el centro de la espira. Para calcular la intensidad del campo magnético en el centro de la espira usamos la fórmula:
Para un conjunto de N espiras la intensidad del campo se hace N veces más intenso.
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CAMPO MAGNÉTICO GENERADO EN EL INTERIOR DE UN SOLENOIDE O BOBINA Una bobina es un conjunto de espiras enrolladas en forma helicoidal alrededor de un núcleo de radio pequeño comparado con su longitud. El campo magnético que genera es muy semejante al de una barra magnética. Una bobina con núcleo de hierro o acero genera un campo magnético muy intenso; a este tipo de bobina se le llama ELECTROIMAN. Los electroimanes son muy útiles en la tecnología, los encontramos en los parlantes y hasta en las enormes grúas. Para calcular la intensidad del campo magnético en el interior de una bobina usamos la siguiente fórmula:
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PROBLEMA 1 Una alambre de conductor muy largo transporta una corriente de intensidad I = 2 A. Calcular la intensidad del campo magnético generado por el conductor a 2 cm de él. Solución: 1.- Calculamos la intensidad del campo magnético Datos: I= 2A R = 2 cm = 0,02 m B= ? Aplicamos la fórmula para un conductor rectilíneo muy largo
B B
4 .10
0 I 2r
Tm / A 2 A 2 0,02 m 7
B = 2.10 -5T=20 µT
Rpta.- La intensidad del campo magnético es de 2.10 -5T=20 µT
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PROBLEMA 2 Una espira circular tiene un radio de 10 cm y transporta una corriente de 5 A. Calcula la intensidad del campo magnético en el centro de la espira. Solución:
1.- Calculamos la intensidad del campo magnético en el centro de la espira. Datos: r = 10 cm = 0,10 m I= 5 A B= ?
Aplicamos la fórmula para una espira circular
B
4 .10 B
0 I 2r
Tm / A 5 A 20,10 m 7
Rpta.- La intensidad del campo magnético para una espira circular es de π.10 -5T=10 µT
B = π.10 -5T=10 µT CONTINUA>>
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PROBLEMA 3 Una bobina tiene 100 espiras en 5 cm de longitud. Calcular la intensidad del campo magnético en el interior de la bobina cuando circule por el conductor una intensidad de corriente de 4 A. Solución: 1.- Calculamos la intensidad del campo magnético para una bobina Datos: I=4A N = 100 espiras L = 5 cm = 0,05 m. B= ?
Aplicamos la fórmula para una bobina
B
0 NI
L 4 .10 7 Tm / A(100 )4 A B 0,05 m B = 0,01 µT
Rpta.- La intensidad del campo magnético para una bobina es de 0,01 µT
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Actividades interactivas
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CrĂŠditos Electromagnetismo http://www.quimicaweb.net/grupo_trabajo_fyq3/tema9/index9.htm Imagen Oersted http://www.phy6.org/earthmag/oersted.htm Unidades de Tesla http://es.wikipedia.org/wiki/Tesla_(unidad)