INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TOLUCA  

INGENÍERIA QUÍMICA Y BIOQUÍMICA

 ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO 

 

“CAMPO MAGNÉTICO” 

PROFESOR: JIMÉNEZ FIGUEROA EDGAR

 

PRESENTA: 

MARTINEZ TERRAZAS DAVID 

 TOLUCA, ESTADO DE MÉXICO, NOVIEMBRE 2015

S.E.P. S.E.S.T.N.M. T.N.M.

INTRODUCCION

EL TÉRMINO MAGNETISMO TIENE SU ORIGEN EN EL NOMBRE QUE EN GRECIA CLÁSICA RECIBÍA UNA REGIÓN DEL ASIA MENOR, ENTONCES DENOMINADA MAGNESIA (ABUNDABA UNA PIEDRA NEGRA O PIEDRA IMÁN CAPAZ DE ATRAER OBJETOS DE HIERRO Y DE COMUNICARLES POR CONTACTO UN PODER SIMILAR).

A PESAR DE QUE YA EN EL SIGLO VI A. DE C. SE CONOCÍA UN CIERTO NÚMERO DE FENÓMENOS MAGNÉTICOS, EL MAGNETISMO NO SE DESARROLLA HASTA MÁS DE VEINTE SIGLOS DESPUÉS (GILBERT (1544-1603), AMPÉRE (1775-1836), OERSTED (1777-1851), FARADAY (1791-1867) Y MAXWELL (1831-1879))

CAMPO MAGNETICO

LAS FUENTES DE CAMPOS MAGNÉTICOS SON ESENCIALMENTE DE NATURALEZA DIPOLAR, TENIENDO UN POLO NORTE Y UN POLO SUR MAGNÉTICOS. LA UNIDAD SI PARA EL CAMPO MAGNÉTICO ES EL TESLA, QUE SE PUEDE VER DESDE LA PARTE MAGNÉTICA DE LA LEY DE FUERZA DE LORENTZ, FMAGNÉTICA = QVB, QUE ESTÁ COMPUESTA DE (NEWTON X SEGUNDO)/(CULOMBIO X METRO). EL GAUSS (1 TESLA = 10.000 GAUSS) ES UNA UNIDAD DE CAMPO MAGNÉTICO MAS PEQUEÑA

LEY DE LA FUERZA DE LORENTZSE PUEDEN DEFINIR AMBOS CAMPOS MAGNÉTICOS Y ELÉCTRICOS A PARTIR DE LA LEY DE LA FUERZA DE LORENTZ:

INTENSIDAD DE CAMPONOS INDICA LO INTENSO QUE ES EL CAMPO MAGNÉTICO. LA INTENSIDAD DE CAMPO EN UNA BOBINA DEPENDE DE LA FUERZA MAGNETOMOTRIZ (N • I). AHORA BIEN, CUANTO MÁS LARGA SEA LA BOBINA, MÁS SE DISPERSAN LAS LÍNEAS DE CAMPO, DANDO COMO RESULTADO UNA INTENSIDAD DE CAMPO MÁS DÉBIL; POR LO QUE SE PUEDE DECIR QUE, PARA UNA FUERZA MAGNETOMOTRIZ CONSTANTE, LA INTENSIDAD DE CAMPO (H) ES INVERSAMENTE PROPORCIONAL A LA LONGITUD MEDIA DE LAS LÍNEAS DE CAMPO, TAL COMO SE EXPRESA EN LA SIGUIENTE ECUACIÓN:

Reluctancia (R )LA RELUCTANCIA DE UN MATERIAL NOS INDICA SI ÉSTE DEJA ESTABLECER LAS LÍNEAS DE FUERZA EN MAYOR O MENOR GRADO. LOS MATERIALES NO FERROMAGNÉTICOS, COMO EL AIRE, POSEEN UNA RELUCTANCIA MUY ELEVADA. EN CIERTA FORMA LA RELUCTANCIA ES UN CONCEPTO SIMILAR AL DE RESISTENCIA EN UN CIRCUITO ELÉCTRICO, HASTA TAL PUNTO QUE PODEMOS ESTABLECER UNA LEY DE OHM PARA LOS CIRCUITOS MAGNÉTICOS EL FLUJO QUE SE ESTABLECE EN UN CIRCUITO MAGNÉTICO ES PROPORCIONAL A LA FUERZA MAGNETO MOTRIZ PROPORCIONADA POR LA BOBINA E INVERSAMENTE PROPORCIONAL A LA RELUCTANCIA DEL MEDIO POR DONDE SE ESTABLECEN LAS LÍNEAS DE FUERZA DEL CAMPO MAGNÉTICO:

ESTA EXPRESIÓN TAMBIÉN SE CONOCE POR LEY DE HOPKINSON

LA RELUCTANCIA ES UNA CARACTERÍSTICA PROPIA DE CADA MATERIAL MAGNÉTICO, Y DE LA LEY DE HOPKINSON SE DEDUCE QUE:

Campo magnético generado por una corriente

UNA CORRIENTE QUE CIRCULA POR UN CONDUCTOR GENERA UN CAMPO MAGNÉTICO ALREDEDOR DEL MISMO. LA DIRECCIÓN Y EL SENTIDO DEL CAMPO MAGNÉTICO ALREDEDOR DE UN CONDUCTOR SE DETERMINA POR LA REGLA DEL TIRABUZÓN. LA MISMA CONSISTE EN IMAGINAR UN TIRABUZÓN QUE AVANZA REPRESENTANDO A LA CORRIENTE. PARA HACERLO DEBE MOVERSE GIRANDO EN UN DETERMINADO SENTIDO. ESE ES EL SENTIDO DEL CAMPO MAGNÉTICO ALREDEDOR DEL CONDUCTOR.

Dipolo Magnetico Un dipolo magnético es un elemento puntual que produce un

campo magnético dipolar

(situando el origen de coordenadas en el elemento). Este campo corresponde a un potencial vector

Aunque lo habitual es definir el dipolo magnético como una pequeña espira o distribución de corriente, realmente lo que lo define es el campo que produce. Una partícula elemental, como el electrón, produce un campo magnético dipolar y por tanto es un dipolo magnético aunque no sea una corriente eléctrica.

La ley de Biot-Savart

La ley de Biot-Savart calcula el campo producido por un elemento dl de la corriente de intensidad I en un punto P distante r de dicho elemento

El campo producido por el elemento tiene la dirección perpendicular al plano determinado por los vectores unitarios ut y ur, y sentido el que resulta de la aplicación de la regla del sacacorchos. ut es un vector unitario que señala la dirección de la corriente, mientras que ur señala la posición del punto P desde el elemento de corriente dl.

Salvo en el caso de espira circular o de una corriente rectilínea, la aplicación de la ley de Biot-Savart es muy complicada.

La ley de Ampère Si suponemos que el solenoide es muy largo y estrecho, el

campo es aproximadamente uniforme y paralelo al eje en el interior del solenoide, y es nulo fuera del solenoide. En esta aproximación es aplicable la ley de Ampère.

El primer miembro, es la circulación del campo magnético a lo largo de un camino cerrado, y en el segundo miembro el término I se refiere a la intensidad que atraviesa dicho camino cerrado.

Para determinar el campo magnético, aplicando la ley de Ampère, tomamos un camino cerrado ABCD que sea atravesado por corrientes. La circulación es la suma de cuatro contribuciones, una por cada lado.

Inducción magnética (B)La inducción magnética se define como la cantidad de líneas de fuerza que atraviesan perpendicularmente la unidad de superficie. En cierta forma, nos indica lo densas que son las líneas de fuerza, o lo concentradas que están, en una parte del campo magnético. Se representa por la letra griega B; sus unidades son:- La tesla (T), en el sistema internacional.- El gaus (Gs), en el sistema cgs.La relación que existe entre ambas unidades es 1 T = 10^4Gs.Se dice que existe una inducción de una tesla cuando el flujo de un weber atraviesa perpendicularmente una superficie de un metro cuadrado.

ley de FaradayPara una espira de conductor en un campo magnético, si varía el flujo magnético a través de un área rodeada por la espira, se induce una fem en la misma que se detecta usualmente observando una corriente eléctrica en la espira.Esta fem es igual en magnitud a la variación por unidad de tiempo del flujo magnético inducido en el circuito

El signo menos está relacionado con la dirección de la fem inducida (se verá después).

dtdd

Cm lE

Ley de Lenz. El signo negativo de la ley de Faraday está relacionado con la

dirección y sentido de la fem y corriente inducidas. Estos pueden determinarse a partir de la ley de Lenz, que dice:La fem y la corriente inducidas tienen una dirección y sentido

tal que tienden a oponerse a la variación que las produce. En esta figura el movimiento del imán hacia la espira aumenta el

flujo que pasa por ella. La corriente inducida en la espira produce un campo magnético

propio. El sentido de esta corriente es aquel que produce un flujo

magnético que se opone al del imán. El campo magnético inducido tiende a disminuir el flujo que atraviesa la espira.

inducido

inducida inducida

aumentando

aumentando

disminuyendo

disminuyendo

Generador Consistente en una espira que penentra en un campo magnético.

Este generador carece de utilidad práctica. Mucho más importante es el alternador presente en la mayoría

de las centrales eléctricas. En un alternador una turbina (movida por agua o vapor, por ejemplo) hace girar un imán (el rotor) estando rodeado por una serie de bobinas (el estator) en las que se induce una corriente eléctrica. Como el campo magnético se encuentra en rotación con velocidad angular ω el resultado es una corriente alterna de frecuencia angular ω. Cuando se usan 3 o 6 bobinas el resultado son tres corrientes alternas desfasadas un tercio de periodo, que es lo que se conoce como corriente alterna trifásica.

También puede construirse un generador mediante el sistema inverso de hacer girar una 4espira en un campo magnético estacionario. Empleando conexiones adecuadas puede conseguirse además que la corriente vaya siempre en el mismo sentido, lo que permite construir un generador de corriente continua.

Motor eléctrico

Relacionado con el generador está el motor eléctrico, en el cual lo que se hace es girar un electroimán (el rotor) en el interior del campo magnético creado por otros electroimanes (el estator). haciendo que por el rotor circule una corriente alterna se puede conseguir una rotación continuada.

Transformador Al estudiar los efectos de inducción de una bobina (primario)

sobre otra (secundario) se obtiene que en el caso ideal, el voltaje que resulta en el secundario es proporcional al voltaje del primario. De esta manera se puede elevar o reducir el voltaje a voluntad. El dispositivo formado por estas dos bobinas alrededor de un núcleo es un transformador

Propiedades magnéticas de la materia

Las línes de fuerza magnéticas que crea cualquier campo magnético atraviesan cualquier sustancia, aunque no todas se comportan de la misma manera. Por eso se puedo clasificar los materiales como paramagnéticos, diamagnéticos y ferromagnéticos

1. Materiales Paramagnéticos

Son sustancias que se convierten en imanes al ser colocadas en un campo magnético y además se orientan en la misma dirección que este campo. Una vez que cesa el campo magnético desaparece el magnetismo.

Cuando no existe campo magnético, los momentos magnéticos interaccionan entre ellos muy débilmente y se orientan al azar

Cuando existe un campo magnético externo, los momentos magnéticos quedan alineados paralelamente en el campo.

Esta propiedad disminuye al aumentar la temperatura.

Ejemplos de estos materiales son el magnesio, el aluminio, el estaño, el cromo, etc..

2. Materiales Diamagnéticos

Estas sustancias se magnetizan en sentido contrario al campo magnético al ser colocadas en su interior.

Las propiedades del diamagnétismo se observó por primera vez en 1846 por Faraday, y observó que un trozo de bismuto era repelido por cualquiera de los polos de un imán, ya que el imán inducía en la otra sustancia un dipolo magnético de sentido opuesto al campo.

Por este motivo, las sustancias diamagnéticas dificultan el paso de líneas de fuerza, lo que provoca que estas se separen.

Ejemplos de sustancias diamagnéticas son el cobrer, el sodio, el hidrógeno, el nitrógeno, el bismuto, etc..

3. Materiales ferromagnéticos

En estas sustancias los espines de los electrones tienden a alinearse por las fuerzas que existen entre ellos, por lo que forman pequeñas regiones, llamados dominios, que están magnetizados en diferentes direcciones, lo que da luegar a una superficie con diferentes polos.

Cuando a estas sustancias se les aplica un campo magnético los dominios se orientan ligeramente y crecen los que están en la misma dirección y si el campo es elevado todos los dominios se orientan en la misma dirección.

Al suprimirse el campo magnético los dominios mantienen su dirección por lo que el material queda magnetizado, por eso estos materiales son utilizados para fabricar imanes permanentes.

Ejemplos de estas sustancias son el hierro puro, el cobalto, el níquel y sus aleaciones

Inductancia magnética La inductancia es el campo magnético que crea una corriente

eléctrica al pasar a través de una bobina de hilo conductor enrollado alrededor de la misma que conforma un inductor. 

Un inductor puede utilizarse para diferenciar señales  cambiantes rápidas o lentas. Al utilizar un inductor con un condensador, la tensión del inductor alcanza su valor máximo a una frecuencia dependiente de la capacitancia y de la inductancia. 

Referencias