INTRODUCCIÓN

El magnetismo es uno de los aspectos del electromagnetismo, que es una de las

fuerzas fundamentales de la naturaleza. Las fuerzas magnéticas son producidas por el

movimiento de partículas cargadas, como por ejemplo electrones, lo que indica la

estrecha relación.

Entre la electricidad y el magnetismo. El marco que enlaza ambas fuerzas, es el tema

de este curso, se denomina teoría electromagnética. La manifestación más conocida

del magnetismo es la fuerza de atracción o repulsión que actúa entre los materiales

magnéticos como el hierro.

MARCO TEÓRICO

Efecto Oersted

La experiencia fundamental fue realizada en 1820 por el físico danés Hans Christian Oested descubrió de manera casual que al hacer circular una corriente lograba desviar la aguja imantada de una brújula, lo que demostraba que el movimiento de cargas eléctricas genera alrededor de estas un campo magnético.

“Toda corriente eléctrica genera a su alrededor un campo magnético”

La dirección y sentido del campo magnético, igual que la dirección que toma a aguja depende del sentido de la corriente.

Las líneas de fuerza que representan al campo magnético envuelven al alambre conductor y el sentido de estas viene dado por la regla de la “mano derecha o de Amperé”,Se nota el conductor con la mano derecha de modo que el pulgar indique el sentido de la corriente “I” entonces el sentido de las líneas de fuerza estará representado por los demás dedos.

Líneas de Fuerza

“El sentido de las líneas de fuerza (horario o anti horario) depende del sentido de la corriente I”, Hay también que recordar que : “toda corriente eléctrica genera a su alrededor un campo magnético”.

La inducción electromagnética

La inducción electromagnética fue descubierta casi simultáneamente y de forma independiente por Michael Faraday y Joseph Henry en 1930. La inducción electromagnética es el principio sobre el que se basa el funcionamiento del generador eléctrico, el transformador y muchos otros dispositivos.

Supongamos que se coloca un conductor eléctrico en forma de circuito en una región en la que hay un campo magnético. Si el flujo F a través del circuito varía con el tiempo, se puede observar una corriente en el circuito (mientras el flujo está variando). Midiendo la fem inducida se encuentra que depende de la rapidez de variación del flujo del campo magnético con el tiempo.

El significado del signo menos, es decir, el sentido de la corriente inducida se muestra en la figura.

PROCEDIMIENTO

Experimento: Campo magnético de un conductor 1

¿Cómo se comporta la aguja imantada cuando se cierra el circuito eléctrico?

La aguja se mueve hacia la dirección aproximada de las líneas de campo concéntricas al conductor

¿Qué sucede cuando la aguja de la brújula no se coloca debajo sino por encima del cable por el que circula la corriente?

La aguja se desplaza claramente hacia la otra dirección.

Experimento: Campo magnético de un conductor 2

Juzgue la intensidad del campo magnético en el interior de un bucle conductor, comparada con la intensidad del campo en  un conductor, si por ambos circula la corriente:

a) En el caso del bucle conductor la deflexión de la aguja: es la más fuerte.b) El campo magnético del conductor sin bucle es: la más débil.

¿Qué efecto ejerce este cambio sobre el campo magnético?

El campo magnético al interior del bucle conductor cambia de polaridad

1. Campo magnético de una bobina

En muchos equipos eléctricos y electrónicos se utilizan componentes que constan de conductores eléctricos arrollados. Estos arrollamientos se conocen como bobinas.

Como todo conductor por el circula la corriente, las bobinas con corriente también presentan un campo magnético:

2. Verificación del campo magnético de una bobina

Con una brújula se analizará una bobina mientras por ella circula una corriente al igual que cuando no se aplica ninguna corriente. En este caso, se determinarán ciertas propiedades magnéticas y la forma de las líneas de campo.

¿Qué se puede afirmar acerca de la orientación de la aguja de la brújula cuando se la coloca en diferentes posiciones alrededor de la bobina sin corriente?

La aguja magnética mantiene la dirección de norte a sur

¿Qué se puede afirmar acerca de la orientación de la aguja de la brújula cuando se la coloca en diferentes posiciones alrededor de la bobina por la que circula corriente?

La aguja cambia de orientación cada vez que se la coloca en una nueva posición sobre la bobina

Observe el comportamiento de la aguja de la brújula en diferentes posiciones con respecto a la bobina por la que circula corriente. Por favor, ordene las siguientes afirmaciones:

A) La aguja de la brújula se orienta en sentido paralelo a las líneas.B) Las líneas de campo describen un arco del polo norte al polo sur de la bobina.

3. Efecto del Núcleo de Hierro

Con una brújula se analizará una bobina con núcleo de hierro, por la que circula corriente. Se compararán las propiedades magnéticas de la bobina con y sin núcleo de hierro.

¿Qué puede afirmar acerca del comportamiento de la brújula frente a una bobina con núcleo de hierro si se realiza una comparación con lo que sucede cuando el núcleo se encuentra ausente?

La aguja se desvía más fuertemente, pues el campo magnético se refuerza con el núcleo de hierro y las líneas de campos salen por los polos.

Existen innumerables posibilidades de aplicación para el magnetismo y el electromagnetismo.

Un ejemplo sencillo, en el caso de los electroimanes, lo constituye una grúa para chatarra de hierro. El imán se puede activar y desactivar, lo cual permite elevar el hierro para dejarlo caer después.

 

Efecto dinámico magnético

Se verificará si una fuerza actúa sobre un imán que se introduce en una bobina.

Introduzca y saque repetidamente el imán del devanado de la bobina con corriente. ¿Qué se siente?

Dependiendo de la polaridad del imán permanente, éste es empujado al interior de la bobina o expelido del mismo.

Se siente la presencia de fuerzas.

Histéresis

En los materiales ferromagnéticos no existe una relación lineal entre la densidad de flujo magnético B y la intensidad del campo magnético H. En la animación, se muestra la curva de magnetización.

Si la intensidad de campo H actúa sobre un material ferromagnético, la primera vez, éste se comporta de una manera distinta que durante magnetizaciones posteriores.

Pulse el botón 1 y podrá observar la nueva curva de magnetización:

La intensidad de campo y la densidad de flujo empiezan en cero. La densidad de flujo B crece en una nueva curva. Si la intensidad de campo H asciende, se produce una saturación de la

densidad magnética B.

Pulse el botón 2 para observar lo que ocurre si la intensidad de campo disminuye:

Después de que la intensidad de campo H disminuye a cero, sigue presente un magnetismo residual (remanencia).

El material ferromagnético es ahora un imán permanente.

Pulse el botón 3 para observar la manera en que la densidad de flujo B puede llegar a cero:

Para hacer desaparecer la densidad de flujo B, se necesita la presencia del campo coercitivo Hcoercitivo de sentido inverso.

Pulse el botón 4 para observar el bucle completo de histéresis:

La oscilación de la intensidad de campo H conduce a una siempre nueva des magnetización del material ferromagnético.

Ya no se llega a la nueva curva. En lugar de ello, el flujo B permanece en el bucle de histéresis.

4. Experimento de Remanencia

Se someterá un núcleo de hierro a la influencia de un campo magnético y, a continuación, se verificará su campo magnético residual. Luego se repetirá el experimento con la polaridad invertida.

A) ¿Conserva el núcleo de hierro propiedades magnéticas después de que el campo ha actuado sobre él?

El núcleo de hierro desvía ostensiblemente la aguja imantada; por tanto, posee un campo magnético.

B) ¿Cuál polo queda en el extremo marcado con el punto rojo?

El polo sur, puesto que el extremo azul de la aguja de la brújula se ve atraído.

C) ¿Cuál polo queda ahora en el extremo marcado con el punto rojo?

El polo norte, puesto que el extremo plateado de la aguja de la brújula se ve atraído.

5. Experimento 1 de Inducción

En una bobina sin núcleo se generará una tensión con el movimiento de un imán permanente. Dicha tensión se medirá con un voltímetro.

Conecte la bobina a un voltímetro. Introduzca y retire varias veces el  imán permanente del devanado de la bobina.

¿Qué se puede observar en el voltímetro?

El voltímetro indica tanto tensión positiva, como negativa, según el sentido del movimiento

Cuanto más rápido sea el movimiento, mayor será la amplitud de la tensión

6. Experimento 2 de Inducción

Se variará el campo magnético sin realizar ningún movimiento, encendiendo y apagando la corriente en una "bobina de campo". Se observará la tensión inducida en una segunda bobina y se medirá esta tensión con un voltímetro.

Dos bobinas se encuentran arrolladas alrededor del núcleo de hierro. La bobina 1 está conectada al voltímetro. En la bobina 2 se conecta y desconecta una corriente.

¿Qué se puede observar en el voltímetro?

El voltímetro indica tanto tensión negativa como positiva, dependiendo del estado de conexión

CONCLUSIONES

Al quedar la bobina cargada por una corriente inducida, tiende a descargarse,

por lo cual el voltímetro indicada una medición brevemente.

El campo sufre variación al abrir y cerrar el circuito.

La corriente inducida en una bobina dura solo el instante de la variación del

campo.

Cuando se cambia la dirección del movimiento del imán, se cambia también la

dirección de la corriente inducida por dicho movimiento.

El efecto de cambiar la polaridad del imán que se pone en movimiento al

interior de una bobina no interviene en la generación de la corriente inducida en

ésta.

CUESTIONARIO

1.- ¿Qué relación observa usted entre la conducta de un solenoide por el que pasa corriente eléctrica y un imán de una barra?

El campo magnético producido por la corriente eléctrica en la bobina de un solenoide es similar al de un imán de barra; ya que cuando el solenoide se conecta con una fuente de corriente, éste se polariza en sus extremos teniendo polo norte y polo sur.

2.- Mencione por lo menos dos de las reglas prácticas para determinar la polaridad de un solenoide que lleva corriente eléctrica

Según regla de ampere, cuando la corriente eléctrica produce un campo magnético.Usando la regla de mano derecha, sabiendo la dirección o sentido de la corriente eléctrica, se puede hallar la polaridad del solenoide

3.- ¿Qué efecto produce la inserción de una varilla metálica en el interior de una bobina que lleva corriente eléctrica?

Al conectar el solenoide a una batería, la corriente que circula por sus espiras establece un campo magnético. Al ingresar la varilla de metal dentro de la bobina por la cual pasa corriente, a su vez dentro del solenoide, la varilla de metal generará un campo de la misma polaridad del campo que genera el solenoide, es decir generará corriente en el mismo sentido que el solenoide, y a su vez aumentará su intensidad.El campo magnético de un solenoide muestra una configuración muy parecida a la de un imán en forma de barra es decir posee las mismas propiedades magnéticas de un imán.

4.-Usando la ley de Lenz, indique el sentido de la corriente eléctrica y la polaridad en el sentido de la figura 3 cuando el imán se aleja.

Observamos en el galvanómetro, que cuando nosotros acercamos y alejamos la barra imantada al electroimán, para el primer caso vemos que la corriente eléctrica registrada se dirige en sentido contrario (aguja del galvanómetro se mueve en sentido antihorario), de lo cual podemos concluir que el flujo inducido se opone a que ingresen más líneas, mientras que en el segundo caso el flujo inducido se opone a que entren menos líneas (aguja del galvanómetro se mueve en sentido horario).

5.- De la figura 4 con la llave cerrada y con la idea de que el flujo magnético en el secundario aumente o disminuya a medida que acerquemos o alejemos el primario, enuncie una regla practica para determinar la polaridad en el inducido. Como se observa de la figura, cuando se cierra la llave comienza a circular corriente a través del devanado de la espira del primario, ésta luego se induce hacia el secundario, la cual, de acuerdo a la Ley de Lenz, es de sentido opuesto al del primario. Entonces una forma simple de determinar esta polaridad, es aplicando la Ley de Lenz, Esto es, primero, determinamos el polo negativo de la fuente y su conexión con el primario, entonces, cuando se induce la corriente en el secundario, de acuerdo a la Ley de Lenz, podemos saber ya que la corriente inducida en el secundario es de polaridad opuesta a la del primario. Finalmente, con este dato, deducimos que la polaridad en el secundario (es decir, esta polaridad es opuesta a la del primario).