República Bolivariana de Venezuela

Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”

Extensión Barinas - SAIA

Integrantes:

Luis Martínez

Diana Lewis

Luis Alberto Añez

Paola Lewis

Enero, 2016

Magnetismo

Los fenómenos magnéticos fueron observados por primera vez al menos

hace 2500 años, con fragmentos de mineral de hierro magnetizado cerca de la

antigua ciudad de Magnesia (hoy Manisa, en Turquía occidental). Esos trozos

eran ejemplos de lo que ahora llamamos imanes permanentes.

El magnetismo o energía magnética es un fenómeno físico por el cual

los objetos ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Hay

algunos materiales conocidos que han presentado propiedades magnéticas

detectables fácilmente como el níquel, hierro, cobalto y sus aleaciones que

comúnmente se llaman imanes. Sin embargo todos los materiales son influidos,

de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético.

El magnetismo también tiene otras manifestaciones en física,

particularmente como uno de los 2 componentes de la radiación

electromagnética, como por ejemplo, la luz.

Campo Magnético

Un campo magnético es un campo de fuerza creado como consecuencia del

movimiento de cargas eléctricas (Flujo de electricidad), 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.

Si una carga en movimiento atraviesa un campo magnético, la misma sufre

la acción de una fuerza (denominada fuerza magnética). Esta fuerza no

modifica el módulo de la velocidad pero sí la trayectoria. Sobre un conductor

por el cual circula electricidad y que se encuentra en un campo también

aparece una fuerza magnética. El campo magnético está presente en los

imanes. Por otro lado, una corriente eléctrica también genera un campo

magnético. El campo magnético se denomina con la letra B y se mide en Tesla.

En el sistema cegesimal o CGS, la unidad de inducción es

el Gauss.

Un Tesla es la inducción de un campo magnético en el que una carga de

un Coulomb que se desplaza perpendicularmente a las líneas de fuerzas con

una velocidad d 1 m/seg se ve sometida a una fuerza de un newton.

Líneas de Campo magnético y flujo magnético

El flujo magnético se representa por la letra griega fi Φ, es una medida

de la cantidad de magnetismo, y se calcula a partir del campo magnético, la

superficie sobre la cual actúa y el ángulo de incidencia formado entre las líneas

de campo magnético y los diferentes elementos de dicha superficie. La unidad

de flujo magnético en el Sistema Internacional de Unidades es el weber y se

designa por Wb

Cualquier campo magnético se representa usando líneas de campo

magnético. Las líneas de campo magnético no son líneas de fuerzas. La fuerza

sobre una partícula cargada no se ejerce a lo largo de la dirección de una línea

de campo. La dirección de la fuerza magnética depende de la velocidad ,

según se expresa en la ley de la fuerza magnética.

Fuerza magnética sobre un conductor que transporta corriente.

La fuerza magnética es la parte de la fuerza electromagnética total o

fuerza de Lorentz que mide un observador sobre una distribución de cargas en

movimiento. Las fuerzas magnéticas son producidas por el movimiento de

partículas cargadas, como electrones, lo que indica la estrecha relación entre la

electricidad y el magnetismo.

Las fuerzas magnéticas entre imanes y/o electroimanes es un efecto

residual de la fuerza magnética entre cargas en movimiento. Esto sucede

porque en el interior de los imanes convencionales existen micro corrientes que

macroscópicamente dan lugar a líneas de campo magnético cerradas que

salen del material y vuelven a entrar en él. Los puntos de entrada forman un

polo y los de salida el otro polo.

Las fuerzas que hacen que gire son las que ejerce un campo magnético

sobre un conductor que lleva corriente. Las fuerzas magnéticas sobre las

cargas en movimiento en el interior del conductor se transmiten al material del

conductor, el cual en conjunto experimenta una fuerza distribuida en toda su

longitud.

Conductor rectilíneo

La figura muestra un tramo de alambre de longitud l que lleva una

corriente i y que está colocado en una campo magnético B Para simplificar se

ha orientado el vector densidad de corriente j de tal manera que sea

perpendicular a B. La corriente i en un conductor rectilíneo es transportada por

electrones libres, siendo n el número de estos electrones por unidad de

volumen del alambre. La magnitud de la fuerza media que obra en uno de

estos electrones está dada por;

F' = q v B sinӨ = e vd B

por ser Ө = 90º y siendo vd la velocidad de arrastre: (vd = j/n e). Por lo tanto,

F' = e (j/n e) B= j B/n

La longitud l del conductor contiene nAl electrones libres, siendo Al el

volumen de la sección de conductor de sección transversal A qué se está

considerando. La fuerza total sobre los electrones libres en el conductor y, por

consiguiente, en el conductor mismo, es:

F = e (n A l) F' = n A l (j B/n)

Ya que jA es la corriente i en el conductor, se tiene:

F = i l B

Las cargas negativas que se mueven hacia la derecha en el conductor

equivalen a cargas positivas moviéndose hacia la izquierda, esto es, en la

dirección de la flecha verde. Para una de estas cargas positivas, la velocidad v

apuntaría hacia la izquierda y la fuerza sobre el conductor (F = qv x B) apunta

hacia arriba saliendo del plano de la figura. Esta misma conclusión se deduce

si se consideran los portadores de carga negativos reales para los cuales v

apunta hacia la derecha, pero q tiene signo negativo. Así pues, midiendo la

fuerza magnética lateral que obra sobre un conductor con corriente y colocado

en un campo magnético, no es posible saber si los portadores de corriente son

cargas negativas moviéndose en una dirección o cargas positivas que se

mueven en dirección opuesta.

La ecuación anterior es válida solamente si el conductor es

perpendicular a B. Es posible expresar el caso más general en forma vectorial

así:

F = i l x B

siendo l un vector (recorrido) que apunta a lo largo del conductor en el sentido

de la corriente. Esta ecuación es equivalente a la relación (F = qv x B) y

cualquiera de las dos puede tomarse como ecuación de definición de B

Obsérvese que l (no representado en la figura) apunta hacia la izquierda

y que la fuerza magnética (F= i l x B) apunta hacia arriba saliendo del plano de

la figura.

Esto concuerda con la conclusión a que se llegó al analizar las fuerzas

que obran en los portadores de carga individuales

Conductor no rectilíneo

Si se considera solamente un elemento diferencial de un conductor de

longitud dl, la fuerza dF puede encontrarse mediante la expresión

dF = i dl x B

Integrando esta fórmula de la manera apropiada es posible encontrar la

fuerza F sobre un conductor no lineal.

Considérese, por ejemplo, un alambre de la forma mostrada en la figura,

que lleva una corriente i y se encuentra en el seno de un campo magnético

uniforme de inducción magnética B saliendo del plano de la figura tal como lo

muestran los puntos. La magnitud de la fuerza sobre cada tramo recto está

dada por:

F1 = F3 = i l B

y apunta hacia abajo tal como lo muestran los vectores coloreados de

verde. Un segmento de alambre de longitud dl en el arco experimenta una

fuerza dF cuya magnitud es:

dF = i B dl = i B (R dӨ)

y cuya dirección es radial hacia O, que es el centro del arco. Solamente la

componente hacia abajo de esa fuerza es efectiva, porque la componente

horizontal es anulada por una componente directamente opuesta proveniente

del correspondiente segmento de arco a la derecha de O. En consecuencia, la

fuerza total sobre el semicírculo de alambre alrededor de O apunta hacia abajo

y es:

Entonces, la fuerza total será:

F = F1 + F2+F3 = 2 i l B + 2 i B R = 2 i B (l+R)

Fuerza y par de torsión en una espira de corriente.

Los conductores que transportan corriente por lo general forman espiras

cerradas. Momento de Torsión es el trabajo que hace un dispositivo gire cierto

ángulo en su propio eje, oponiendo este una resistencia al cambio de posición.

La fuerza neta sobre una espira de corriente en un campo magnético

uniforme es igual a cero. Sin embargo, el par de torsión neto en general no es

igual a cero.