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Electromagnetismo

IntegrantesMario MoraJos TovarLuis RodrguezJos Suarez 5to A

Junio, 2015Introduccin Las dos fuerzas fundamentales que son responsables del trabajo de todos los equipos elctricos y electrnicos son la fuerza elctrica y la magntica. Los imanes o los efectos magnticos, se utilizan hoy en da en casi la totalidad de los circuitos electrnicos. Aunque la mayora de los aparatos que utilizan las fuerzas magnticas son de origen relativamente reciente, los aspectos ms fundamentales del magnetismo son tan antiguos como la historia misma. La capacidad de algunas materias de atraer limaduras de hierro, es el efecto ms familiar del campo magntico. Esta propiedad se denomina magnetismo, y a la materia que la realiza imn. Las reglas y leyes del magnetismo, son muy semejantes a las de las cargas elctricas ya estudiadas anteriormente. Los materiales que son atrados por un imn se les denominan materiales magnticos. Ejemplos de materiales magnticos son: el hierro, nquel, acero y cobalto. Un imn puede atraer a un material magntico, por contacto a distancia o a travs de un material no magntico.

Electromagnetismo Rama de la fsica que estudia las relaciones entre la electricidad y el magnetismo, es decir, el campo magntico creado por la corriente elctrica y el efecto de un campo magntico sobre una corriente elctrica. Dentro de esta rama se hallan, por el hecho de basarse en las leyes del electromagnetismo, la electrodinmica y la induccin electromagntica, que tratan, respectivamente, de las acciones ponderomotrces entre las corrientes elctricas y de las fuerzas electromotrices inducidas en un circuito por la variacin del flujo electromagntico. Las leyes del electromagnetismo son la base del funcionamiento de los electroimanes de los motores elctricos, las dinamos y los alternadores.HISTORIA DEL ELECTROMAGNETISMO Una parte de la historia del electromagnetismo se monta a los chinos que sugieren que el electromagnetismo fue conocido a principios del ao 2000 A.C, otra parte de la historia se remonte a los antiguos griegos que observaron los fenmenos elctricos y magnticos posiblemente a principios del ao 700 A.C. Para ello descubrieron que un pedazo de mbar frotado se electrificaba y era capaz de atraer trozos de paja o plumas. La existencia de la fuerza magntica se conoci al observar que pedazos de roca natural llamada magnetita (Fe3 O4) atraen el hierro (la palabra elctrico proviene del vocablo griego para el mbar, elecktron. La palabra magntica viene del nombre de un distrito central al norte de Grecia donde se descubri, Magnesia. En 1600, William Gilbert descubre que la electrificacin no estaba limitada al ambarsino que este era un fenmeno general. As, cientficos electrificaron una variedad de objetos, incluyendo gallinas y personas. Experimentos realizados por charles Coulomb en 1785 confirmaron la ley inversa del cuadrado para la electricidad. Hasta principios del siglo XIX los cientficos establecieron que la electricidad y el magnetismo son, en efecto, fenmenos relacionado1820 Hans Oersted descubre que una brjula s deflecta cuando se coloc cerca de un circuito que lleve corriente elctrica. En 1831, Michael Faraday, y simultneamente, Joseph Heary, demuestran que, cuando un magneto o imn (o de manera equivalente, cuando el magneto se mueve cerca de un alambre), una corriente elctrica se observa en el alambre. En 1873, James Clerk Maxwell usa estas observaciones y otros factores experimentales como base, y formula leyes del electromagnetismo que se conocen actualmente. (Electromagnetismo es el nombre dado a la combinacin de los campos elctrico y magntico.) Poco tiempo despus (alrededor de 1888), Heinrich Hertz verifica las predicciones de Maxwell produciendo ondas electromagnticas en el laboratorio. Esto fue seguido por desarrollos prcticos como la radio y la televisin. Las contribuciones de Maxwell a la ciencia del electromagnetismo fueron especialmente significativas debido a que las leyes formuladas por l son bsicas para todas las formas de los fenmenos electromagnticos. Su trabajo es comparable en importancia al descubrimiento de Newton con sus leyes del movimiento y la teora de la gravitacin. tra parte de la historia muestra a los antiguos griegos que no ignoraban la existencia de una piedra magntica capaz de atraer el hierro y haban comprobado que este metal se imantaba si se pona en contacto con un imn. Varios siglos antes de nuestra era parece ser que los chinos empleaban ya la brjula, instrumento basado en las propiedades de la aguja imantada, que no lleg, sin embargo, a Europa hasta el siglo XV, cuando empezaron a utilizarla los navegantes en sus viajes exploratorios. El descubrimiento cientfico bsico logrado por Edison (a pesar del hecho de que ese estableci casi 1100 patentes) mejor del desarrollo de los sistemas de comunicacin modernos (radio, telefona, radar y tv). Durante el periodo que Edison se dedicaba a preparar la luz elctrica, coloc un filamento metlico en una ampolla de vidrio e hizo el vaco en su interior (tubo vaco) con un segundo electrodo que estaba conectado al polo positivo de una batera. Descubri que cuando haca pasar una corriente a travs del filamento y ste se calentaba y se pona incandescente, un flujo de electricidad (electrones) pasaba a travs del espacio vaco en el tubo al electrodo cargado positivamente (la placa) y volva a la batera. Este fenmeno se llama efecto Edison, pero Edison no vio en su dispositivo posibilidades prcticas y no hizo nada con l excepto, patentarlo. Veinte aos despus, Fleming utiliz el efecto Edison para inventar un diodo rectificado, un dispositivo para convertir la corriente alterna en corriente directa. Este fue en esencia el tubo de vaco de dos elementos de Edison. Unos aos ms tarde, De forest agreg un tercer electrodo (una rejilla) al tubo de vaco de los electrodos de Edison. Este dispositivo hizo posible amplificar las energas de las ondas electromagnticas extremadamente dbiles (radiondas) que son emitidas por las sealas eran fortalecidas y reenviadas a mayor distancia, y pudieron entonces utilizarse los altavoces. Este fue el autntico meollo de los sistemas de comunicacin modernos y de la vasta industria electrnica que se ha desarrollado durante este siglo.TEORA ELECTROMAGNTICA: A finales del siglo XVIII y principios del XIX se investigaron simultneamente las teoras de la electricidad y el magnetismo. En 1819, el fsico dans Hans Christian Oersted llev a cabo un importante descubrimiento al observar que una aguja magntica poda ser desviada por una corriente elctrica. Este descubrimiento, que mostraba una conexin entre la electricidad y el magnetismo, fue desarrollado por el cientfico francs Andr Marie Ampre, que estudi las fuerzas entre cables por los que circulan corrientes elctricas, y por el fsico francs Dominique Franois Arago, que magnetiz un pedazo de hierro colocndolo cerca de un cable recorrido por una corriente. En 1831, el cientfico britnico Michael Faraday descubri que el movimiento de un imn en las proximidades de un cable induce en ste una corriente elctrica; este efecto era inverso al hallado por Oersted. As, Oersted demostr que una corriente elctrica crea un campo magntico, mientras que Faraday demostr que puede emplearse un campo magntico para crear una corriente elctrica. La unificacin plena de las teoras de la electricidad y el magnetismo se debi al fsico britnico James Clerk Maxwell, que predijo la existencia de ondas electromagnticas e identific la luz como un fenmeno electromagntico.EL EXPERIMENTO DE OERSTED: En 1982 mientras trabajaba en su laboratorio OERSTED monto un circuito elctrico y lo coloco cerca de una aguja magntica, al no haber corriente en el circuito (circuito abierto) la aguja se ubicaba en le direccin norte - sur. Las ramas del circuito deben colocarse en forma paralela a la aguja. Quiere decir que se debe orientar en la direccin norte-sur.Al establecer una corriente en el circuito, OERSTED observo que la aguja magntica se desviaba, tendiendo a orientarse en direccin perpendicular al conductor AB, al interrumpir el paso de la corriente, la aguja volva a su posicin inicial en la direccin Norte-Sur. Estas observaciones realizadas por OERSTED demostraron que una corriente elctrica podia actuar como si fuese un imn, originando desviaciones en una aguja magntica. As se observo por primera vez que existe una relacin estrecha entre la electricidad y el magnetismo: una corriente elctrica es capaz de producir efectos magnticos.Al darse cuenta de la importancia de su descubrimiento, OERSTED divulgo el resultado de sus observaciones, que inmediatamente atrajo la atencin de varios cientficos de esa poca. Algunos de ellos comenzaron a trabajar en investigaciones relacionadas con dicho fenmeno, entre los cuales se destaca el trabajo de AMPERE.Poco despus se comprob que todo fenmeno magntico era producido por corrientes elctricas, es decir se lograba de manera definitiva, la unificacin de magnetismo y la electricidad, originado la rama de la fsica que actualmente se conoce como electromagnetismo. LEY DE FARADAY: Para algunas leyes fsicas, es difcil encontrar experimentos que conduzca de una manera directa y convincente a la formulacin de la ley de Gaus, por ejemplo fue esbozndose lentamente como el factor comn con cuya ayuda todos los experimentos electrostticos podan interpretarse y correlacionarse. La ley de induccin electromagntica de FARADAY, que es una de las ecuaciones fundamentales de electromagnetismo. Algunos de Los experimentos fueron llevados por MICHAEL FARADAY en Inglaterra en 1813 y por, JOSEPH HENRY en los Estados Unidos aproximadamente en la misma poca. Se tienen las terminales de una bobina conectada en un galvanmetro. Normalmente no sera de esperarse que este instrumento se desva debido a que no hay fuerza electromotriz en este circuito pero si se introduce un imn recto en la bobina con su polo norte dirigindose a ella, ocurre una cosa notable mientras que el imn se va moviendo, el galvanmetro se desva, poniendo de manifiesto que est pasando una corriente por la bobina. Si el imn se sostiene fijo con respecto a la bobina, el galvanmetro no se desva si el imn se mueve alejndose de la bobina el galvanmetro se desva pero en sentido contrario, lo cual hay que decir que la corriente en la bobina est en sentido contrario si se usa el extremo del polo sur de un imn en lugar de extremos norte el experimento resulta igual pero las desviaciones son exactamente al contrario.Otros experimentos muestran que lo que importa es el movimiento relativo del imn y de la bobina no importa que el imn se mueva hacia la bobina o la bobina hacia el imn.La corriente que aparece en este experimento se llama corriente inducida y se dice que es producida por una fuerza electromotriz inducida. FARADAY pudo deducir de experimentos como est la ley que da su magnitud y direccin. CORRIENTE ALTERNA Una de las ms importantes aplicaciones de los fenmenos de indiccin electromagntica es la produccin, en escala industrial, de energa elctrica la que se lleva a cabo mediante los generadores electromagnticos, fundados en la corriente inducida originaria en un conductor que se mueve, en el campo magntico de un inductor. En esta forma, la energa mecnica se transforma en energa elctrica. Un generador electromagntico produce una energa elctrica por transformacin de la energa mecnica aplicada a un conductor inducido que se mueve en el campo magntico de un inductor. Se trata de producir una variacin del flujo magntico, lo que se consigue moviendo con gran rapidez un conductor en un campo magntico de manera que corte un nmero de lneas de fuerza variable con el campo.

SOLENOIDES Es un sistema de corrientes circulares, aisladas, paralelas y equidistantes unas de otras. El solenoide as definido se materializa por medio de una serie de espiras de alambre enrolladas en forma helicoidal sobre un cilindro de material aislante. Haciendo pasar una corriente por las espiras, se establece en el interior del solenoide un campo magntico intenso y aproximadamente uniforme. Para lograr un campo magntico de mayor intensidad, se introduce en el interior del solenoide un ncleo de material ferromagntico. El solenoide as constituido, se comporta como un imn mostrando una polarizacin muy definida. Por tratarse de un imn debido al campo magntico de una corriente se le denomina electro-imn.Y tiene numerosas aplicaciones entre las cuales la ms casera es servir de base para un timbre.Aplicaciones del electromagnetismo Trenes de levitacin magntica. Estos trenes no se mueven en contacto con los rieles, sino que van flotando a unos centmetros sobre ellos debido a una fuerza de repulsin electromagntica. Esta fuerza es producida por la corriente elctrica que circula por unos electroimanes ubicados en la va de un tren, y es capaz de soportar el peso del tren completo y elevarlo. Timbres. Al pulsar el interruptor de un timbre, una corriente elctrica circula por un electroimn creado por un campo magntico que atrae a un pequeo martillo golpea una campanilla interrumpiendo el circuito, lo que hace que el campo magntico desaparezca y la barra vuelva a su posicin. Este proceso se repite rpidamente y se produce el sonido caracterstico del timbre. Motor elctrico. Un motor elctrico sirve para transformar electricidad en movimiento. Consta de dos partes bsicas: un rotor y un estator. El rotor es la parte mvil y est formado por varias bobinas. El estator es un imn fijo entre cuyos polos se ubica la bobina. Su funcionamiento se basa en que al pasar la corriente por las bobinas, ubicadas entre los polos del imn, se produce un movimiento de giro que se mantiene constante, mediante un conmutador, generndose una corriente alterna. Transformador. Es un dispositivo que permite aumentar o disminuir el voltaje de una corriente alterna. Est formado por dos bobinas enrolladas en torno a un ncleo o marco de hierro. Por la bobina llamada primario circula la corriente cuyo voltaje se desea transformar, produciendo un campo magntico variable en el ncleo del hierro. Esto induce una corriente alterna en la otra bobina, llamada secundario, desde donde la corriente sale transformada. Si el nmero de espiras del primario es menor que el del secundario, el voltaje de la corriente aumenta, mientras que, si es superior, el voltaje disminuye.Electroimn Es un dispositivo que consiste en un solenoide (una bobina cilndrica de alambre recubierta de una capa aislante y arrollado en forma de espiral), en cuyo interior se coloca un ncleo de hierro. Si una corriente elctrica recorre la bobina, se crea un fuerte campo magntico en su interior, paralelo a su eje. Al colocar el ncleo de hierro en este campo los dominios microscpicos que forman las partculas de hierro, que pueden considerarse pequeos imanes permanentes, se alinean en la direccin del campo, aumentando de forma notable la fuerza del campo magntico generado por el solenoide. La imantacin del ncleo alcanza la saturacin cuando todos los dominios estn alineados, por lo que el aumento de la corriente tiene poco efecto sobre el campo magntico. Si se interrumpe la corriente, los dominios se redistribuyen y slo se mantiene un dbil magnetismo residualEJERCICIOS DE ELECTROMAGNETICA1.-Una televisin cuenta con un can de electrones de 10000V. La pantalla de dos puntos diferentes se separa 3 mm, y el arma es 20cm pantalla separada. Suponemos que la gua de electrones producidos por un campo elctrico transversal a lo largo de la brecha de 20 cm entre el tubo y la pantalla. a. Calcula el campo elctrico necesario para pasar de un punto a otro. b. Calcular la velocidad a la que los electrones llegan a la pantalla. Datos: masa del electrn: 9.10-31kg; la carga del electrn: -1'6.10-19C SOLUCIN a) Los electrones dejan impulsados por una diferencia de potencial de 10000V, a continuacin, la adquisicin de una velocidad de: CV = 1/2 (mv2) => 1'6.10-19.10000 = 9.10-31.v2 / 2 v = 5'96.107ms-1, que es la velocidad inicial con la que se cruzan los 20 cm de la pantalla. El tiempo que toma a impregnar ellos (movimiento rectilneo horizontal y uniforme) es: t = e / v; t = 0,2 / 5'96.107 3'53.10-9 = s. En ese momento, se debe lograr una desviacin en pantalla de 3 mm, de un movimiento acelerado debido al campo entre las placas: e = 1/2 (t2) = 1/2 (QE / m) t2 Borrar el campo, obtenemos: E = 2em / QT2 Sustitucin, E = 2.3.10-3.09.10-30 / [1'6.10-19. (3'53.10-9) 2] = 2989 V m-1 b) se resuelve el segundo prrafo de la misma manera que tenan que hacer para encontrar a su velocidad inicial dos electrones ... de hecho, deberamos encontrar a acelerar desviacin lateral y aplicarlo teorema de Pitgoras, sin embargo, la desviacin lateral es demasiado pequeo en comparacin con la longitud viaj a introducir ms de una pequea correccin en la velocidad ya calculado al principio: 5'96.107ms-1 Hemos encontrado: Fe = Fg => Ec = ma => a = 5'31. 10 14 ms-2 v = t = 1'8.106 m / s => Vtotal 5'96.107 = ms-1 Dos cargas elctricas de 2,10 a 5 y C - C 1'7.10-4 distancia entre ellos de 10 cm. a. Qu trabajo se llev a cabo en el segundo cargo de alejarse de los primeros 40 cm de otros en la misma direccin?. b. Qu fuerza es otro ejercicio de esa distancia?. SOLUCIN a) El trabajo, realizado por la fuerza del campo, para mover una carga Q a partir de un punto a otro valor potencial potencial V1 V2: W = Q (V1 - V2) Por lo tanto, hemos calculado el potencial generado por el primer cargo en los dos puntos en los que el segundo, que es lo que se mueve. El potencial generado por una carga Q a una distancia r vale: V = KQ / r Dann Q = C 2,10-5, r1 = 10 cm = 0,1 m, r2 = 50 cm = 0,5 m Sustitucin y funcionamiento, obtenemos: V1 = 1'8.106 V, V2 = V 3'6.105 Ahora podemos calcular que funcione es necesario para mover la carga Q '= - C 1'7.10-4 WFcampo1-2 = -WFext.1-2; W = Fext.1-2 - 1'7.10-4. (1'8.106 - 3'6.105) = J -2'45.102 El trabajo es negativo, lo que significa que tienen que hacer las fuerzas externas al campo, ya que las fuerzas entre estos dos cargos, siendo de diferentes signos, son atractivos. b) Para determinar la fuerza que se ejerce mutuamente dos cargas elctricas situadas a una cierta distancia unos de otros que usamos la ley de Coulomb, que nos dice que el mdulo de esta fuerza es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado la distancia que separa F = K Q1.Q2 / d2 Sustitucin de los datos que tenemos que tenemos F = 122'4 N (donde la fuerza entre las dos cargas es de tipo atractivo) Una carga elctrica de 2'5.10-8C colocado en una intensidad de campo elctrico uniforme de 5,104 N / dirigida hacia arriba. Cul es el trabajo que los efectos del campo elctrico sobre la carga cuando se mueve: a. 45 cm a la derecha?. b. 80 cm abajo?. SOLUCIN a) Cmo sabemos W = F cos r = F r ae F = Ec W = 90 = 0 5.104.2'5.10-8.0'45.cos b) W = 5.104.2'5.10-8.0'8.cos 1801 = - 0.001 J

Conclusin En conclusin podemos decir que el electromagnetismo es la ciencia en cargada del estudio de las manifestaciones del magnetismo y la energa simultneamente puesto que la corriente elctrica produce un campo magntico muy parecido al producido por un imn. Por tanto el estudio del magnetismo tiene sus inicios con Oersted que descubri la existencia del campo magntico alrededor de la corriente elctrica ejercida para poder realizar un estudio minucioso de lo que sera el campo magntico debemos aplicar nuestros conocimientos como si se tratara del producido por un imn ya que estos son muy parecidos y con ello podamos determinar el espectro del mismo. El estudio del magnetismo se remonta a la observacin de que piedras que se encuentras en la naturaleza y tienen la propiedad de atraer al hierro.