CAMPO MAGNETICO Y EFECTO ELECTROMAGNETICO EXPERIENCIA N°10
GOMER DAVID GARCÍA
LAB DE FISICA ELECTRICA GRUPO AD
ING. LUIS CARLOS SIMANCAS
UNIVERSIDAD AUTONOMA DEL CARIBE FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BASICAS LABORATORIO DE FISICA BARRANQUILLA 10-05-2014
INTRODUCCION En el año de 1269 un francés de nombre Pierre de Maricourt descubrió que las direcciones a las que apuntaba una aguja al acercársele un imán natural esférico formaban líneas que rodeaban a la esfera y pasaban a través de ésta en dos puntos diametralmente opuestos uno del otro, a los que llamo polos del imán. Experimentos consecutivos demostraron que todo imán, cualquiera que fuera su forma tiene dos polos, uno norte (N) y otro sur (S), que ejercen fuerzas sobre otros polos magnéticos de manera similar como las cargas eléctricas ejercen fuerzas entre sí. Esto es, polos iguales (N-N o S-S) se repelen y polos opuestos (N-S) se atraen. Los polos son llamados así por la forma en que un imán, como el de una brújula, se comporta en presencia del campo magnético de la Tierra. Si a un imán en forma de barra se le suspende de su punto medio de manera que oscile con libertad en un plano horizontal, girara de forma que su polo norte apunte al Polo Norte geográfico de la Tierra y su polo sur señale al Polo Sur geográfico de la Tierra. Años más tarde se intuyó que la Tierra misma es un imán permanente gigantesco. Otros experimentos donde se utilizó la balanza de torsión se demostró que los polos magnéticos ejercen entre si fuerza de atracción o de repulsión y que estas fuerzas varían en función del inverso del cuadrado de la distancia entre los polos que inte ractúan. A pesar de que la fuerza entre polos magnéticos es de otro modo similar a la fuerza entre dos cargas eléctrica, estas últimas pueden aislarse (protón y electrón), considerando que no es posible aislar un solo magnético, es decir, los polos magnéticos siempre se encuentran en pares. A sabiendas que en la magna naturaleza nada se comporta de manera independiente y existen correlaciones entre los fenómenos físicos, se encontró la correspondencia entre la electricidad y el magnetismo mostrando que es posible crear una corriente eléctrica en un circuito ya sea moviendo un imán cerca de él o variando la corriente de algún circuito cercano. Dicho de otra manera “ Una variación en un campo magnético crea un campo eléctrico y en caso contrario un campo eléctrico que varía crea un campo magnético” . Este último enunciado da lugar a un campo de la física conocido como electromagnetismo.
OBJETIVOS GENERALES
Estudiar como varia el efecto magnético de dos imanes rectos sobre un cuerpo. Por me dio de limaduras de hierro hacer visible la forma delo campo magnético de un imán recto
Determinar los factores que aumentan o disminuyen la intensidad del campo magnético en una bobina
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Observar el comportamiento que tienen las líneas de cam po magnético ejercidas por los imanes.
Identificar las características de los campos magnéticos generados por imanes rectos.
Estudiar el efecto electromagnético y sus derivados.
CAMPOS Y FUERZAS MAGNETICAS Si bien en el estudio de electricidad, se describen las interacciones entre objetos con carga en función de campos eléctricos y que cualquier carga está rodeada por un campo eléctrico. Pues bien
además de contener un campo eléctrico, el espacio que rodea cualquier carga en
movimiento, también contiene un campo magnético. El campo magnético se trata de un campo que ejerce fuerzas (denominadas magnéticas) sobre los materiales. Al igual que el campo eléctrico también es un campo vectorial, pero que no produce ningún efecto sobre cargas en reposo (como sí lo hace el campo eléctrico en dónde las acelera a través de la fuerza eléctrica). Sin embargo el campo magnético tiene influencia sobre cargas eléctricas en movimiento. Como convección el campo se representa con el símbolo ⃗. Igual que en el caso del campo eléctrico, es posible representar el campo magnético gráficamente utilizando líneas de campo magnético.
Las formas de las líneas del campo magnético de un imán de barras son cerradas. Por convección, se toma la dirección del campo saliendo del polo norte entrando por el polo sur. Es posible mostrar los patrones de campo magnético de un imán de barra utilizando pequeñas limaduras de hierro, como se muestra a continuación.
PROPIEDADES DE LA FUERZA MAGNETICA SOBRE UNA CARGA QUE SE MUEVE EN UN CAMPO MAGNETICO. Si se define un campo magnético ⃗en algún punto en el espacio en función de la fuerza magnética
⃗ que ejerce el campo sobre una partícula con carga que se mueve con una velocidad ⃗ . Los experimentos efectuados en diferentes partículas con carga que se mueven en el campo magnético, nos dan a conocer las siguientes propiedades.
La magnitud ⃗ de la fuerza magnética ejercida sobre la partícula es proporcional a la ⃗ de dicha partícula. carga q y a la rapidez Cuando una partícula con carga se mueve paralela al vector de campo magnético, la fuerza magnética que actúa sobre ella es igual a cero.
Cuando el vector velocidad de la partícula forma un ángulo con el campo
⃗ ; ⃗ a magnético, la fuerza magnética actúa en dirección perpendicular tanto a como ⃗ es perpendicular al plano formado por ⃗ y ⃗.
La fuerza magnética ejercida sobre una carga positiva tiene dirección
opuesta a la
dirección de la fuerza magnética ejercida sobre una carga negativa que se mueva en la misma dirección.
La magnitud de la fuerza magnética que se ejerce sobre otra partícula en movimiento es proporcional a , donde es el ángulo que el vector de velocidad de la partícula forma con la dirección de B.
DIFERENCIAS ENTRE LAS FUERZAS ELECTRICAS Existen varias diferencias de importancia entre las fuerzas eléctr icas y magnéticas:
El vector fuerza eléctrica actúa a lo largo de la dirección del campo eléctrico, en tanto que el vector fuerza magnética acta perpendicularmente al campo magnético.
La fuerza eléctrica actúa sobre una partícula con carga sin importa si esta se encuentra en movimiento, en tanto que la fuerza magnética actúa sobre una partícula con carga solo cuando está en movimiento.
La fuerza eléctrica efectúa un trabajo al desplazar una partícula con carga, en tanto que la fuerza magnética asociada con un campo magnético estable no efectúa trabajo cuando se desplaza una partícula, debido a que la fuerza es perpendicular al desplazamiento.
UNIDADES DEL CAMPO MAGNETICO Las unidades del campo magnético es el tesla equivalente a newton por cada coulomb-metro sobre cada segundo:
⁄
Dado que un ampere se define como un coulomb por cada segundo,
Una unidad que no es del SI y que se usa comúnmente para el campo magnético, el gauss , se relaciona con el tesla mediante la conversión
CAMPO MAGNÉTICO CREADO POR UNA CORRIENTE ELÉCTRICA Una corriente que circula por un conductor genera un campo magnético alrededor del mismo. El valor del campo magnético creado en un punto dependerá de la intensidad del corriente eléctrico y de la distancia del punto respecto el hilo, así como de la forma que tenga el conductor por donde pasa la corriente eléctrica. El campo magnético creado por un elemento de corriente hace que alrededor de este elemento se creen líneas de fuerzas curvas y cerradas. Para determinar la dirección y sentido del campo magnético podemos usar la llamada regla de la mano derecha.
En el caso de un hilo conductor rectilíneo se crea un campo magnético circular alrededor del hilo y perpendicular a él. Cuando tenemos un hilo conductor en forma de espira, el campo magnético será circular. La dirección y el sentido del campo magnético dependen del sentido de la corriente e léctrica. Cuando tenemos un hilo conductor enrollado en forma de hélice tenemos una bobina o solenoide. El campo magnético en su interior se refuerza todavía más en existir más espiras: el campo magnético de cada espira se suma a la siguiente y se concentra en la región central.
Una aplicación muy común de las bobinas es utilizarlas como electroimanes. Este tipo de electroimanes consiste en una bobina, por donde circula una corriente eléctrica, y un núcleo ferromagnético, colocado en el interior de la bobina. Cuando por la bobina circula una corriente eléctrica, el núcleo de hierro se convierte en un imán temporal. Cuantas más espiras tenga la bobina, mayor será su campo magnético.
FUERZA ELECTROMAGNÉTICA Cuando una carga eléctrica está en movimiento crea un campo eléctrico y un campo magnético a su alrededor. Así pues, este campo magnético realiza una fuerza sobre cualquier otra carga eléctrica que esté situada dentro de su radio de acción. Esta fuerza que ejerce un campo magnético será la fuerza electromagnética. Si tenemos un hilo conductor rectilíneo por donde circula una corriente eléctrica y que atraviesa un campo magnético, se origina una fuerza electromagnética sobre el hilo. Esto es debido a que el campo magnético genera fuerzas sobre car gas eléctricas en movimiento. Si en lugar de tener un hilo conductor rectilíneo tenemos un espiral rectangular, aparecerán un par de fuerzas de igual valor pero de diferente sentido situadas sobre los dos lados perpendiculares al campo magnético. Esto no provocará un desplazamiento, sino que la espira girará sobre sí misma.
FARADAY-LENZ, LA INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Y LA FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA La inducción electromagnética es la producción de corrientes eléctricas por campos magnéticos variables con el tiempo.
LA LEY DE FARADAY-LENZ Basado en el principio de conservación de la energ ía, Michael Faraday pensaba que si una corriente eléctrica era capaz de generar un campo magnético, entonces un campo magnético debía también producir una corriente eléctrica. La Ley de Faraday nos dice que: "La fuerza electromotriz inducida en un circuito es igual y de signo opuesto a la rapidez con que varía el flujo magnético que atraviesa un circuito, por unidad de tiempo”. Para determinar el sentido de una co rriente inducida se utiliza la llamada Ley de Lenz, que formula que: "La corriente inducida crea un campo magnético que se opone siempre a la variación de flujo magnético que la ha producido”. Estas leyes se pueden resumir en la siguiente expresión:
Donde se establece que el cociente entre la variación de flujo respecto la variación del tiempo es igual a la fuerza electromotriz inducida . El signo negativo viene dado por la ley de Lenz, e indica el sentido de la fuerza electromotriz inducida, causa de la corriente inducida. La corriente inducida, pues, se debe al movimiento relativo que hay e ntre la bobina y el imán. La inducción electromagnética constituye un fenómeno destacado en el electromagnetismo. Se han desarrollado un sin número de aplicaciones prácticas de este fe nómeno físico:
El transformador, que se emplea para conect ar un teléfono móvil a la red.
La dinamo de una bicicleta.
El alternador de una gran central hidroeléctrica.
LA INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA EN UNA BOBINA Para entender correctamente qué es la inducción electromagnética analizaremos una bobina (componente del circuito eléctrico en forma de espiral que almacena energía eléctrica): Cuando el imán y la bobina están en reposo el galvanómetro no señala paso de corriente eléctrica a través de la bobina.
Si acercamos un imán a esta bobina, observamos que el galvanómetro marca el paso de una corriente eléctrica en la bobina.
Si alejamos el imán, el galvanómetro marcará el paso de la corriente eléctrica a través de la bobina, pero de sentido contrario a cuando lo acerc ábamos.
Si en vez de mover el imán movemos la bobina, podemos comprobar los mismos efectos a través del galvanómetro. De esta experiencia se puede deducir que el corriente dura mientras se realiza el movimiento del imán o de la bobina y es más intenso como más rápido se haga este movimiento. La corriente eléctrica que aparece a la bobina es la corriente inducida.
