INTRODUCCION

Los fenómenos magnéticos fueron conocidos por los antiguos griegos. Se dice que por primera vez se observaron en la ciudad de Magnesia del Meandro en Asia Menor, de ahí el término magnetismo. Sabían que ciertas piedras atraían el hierro, y que los trocitos de hierro atraídos atraían a su vez a otros. Estas se denominaron imanes naturales.

El primer filósofo que estudió el fenómeno del magnetismo fue Tales de Mileto, filósofo griego que vivió entre 625 a. C. y 54a.C.

En China, la primera referencia a este fenómeno se encuentra en un manuscrito del siglo IV a.C.: “La magnetita atrae al hierro hacia sí o es atraída por éste”. La primera mención sobre la atracción de una aguja aparece en un trabajo realizado entre los años 20 y 100 de nuestra era: “La magnetita atrae a la aguja”.

El científico Shen Kua (1031-1095) escribió sobre la brújula de aguja magnética y mejoró la precisión en la navegación empleando el concepto astronómico del norte absoluto. Hacia el siglo XII los chinos ya habían desarrollado la técnica lo suficiente como para utilizar la brújula para mejorar la navegación. Alexander Neckham fue el primer europeo en conseguir desarrollar esta técnica en 1187. Los imanes alteran a las sustancias con las que interaccionan a distancia, por tanto se manifiesta a distancia. La interacción magnética resulta ser mucho más intensa en los extremos del imán, llamados polos (norte y sur). Se comprueba fácilmente que polos de distinto nombre se atraen y que los de igual nombre se repelen.

Un sencillo experimento, nos permite “ver” los polos de un imán: espolvorear limaduras de hierro en una cartulina bajo la que se ha colocado un imán. Esto permite ver una serie de líneas de fuerza. Existe el convenio de admitir que las líneas de fuerza salen del polo norte del imán y se introducen por el polo sur. Si por casualidad no cae un imán y se parte, se puede comprobar que cada trozo pasa a tener sus propios polos, de manera que se puede concluir que es imposible separar los polos de un imán (no existen los monopolos magnéticos).

Este comportamiento además nos hace intuir que el magnetismo tiene su fundamento en la estructura básica de la materia. El conocimiento del magnetismo se mantuvo limitado a los imanes, hasta que en1820, Hans Christian Oersted, profesor de la Universidad de Copenhague, descubrió que un hilo conductor sobre el que circulaba una corriente ejercía una perturbación magnética a su alrededor, que llegaba a poder mover una aguja magnética situada en ese entorno.

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INDUCCION ELECTROMAGNETICA

La inducción electromagnética constituye una pieza destacada en el sistema de relaciones mutuas entre electricidad y magnetismo que se conoce con el nombre de electromagnetismo.

ANTECEDENTES HISTORICOS

El descubrimiento por Faraday y Henry de este fenómeno introdujo una cierta simetría en el mundo del electromagnetismo. Maxwell consiguió reunir en una sola teoría los conocimientos básicos sobre la electricidad y el magnetismo. Su teoría electromagnética predijo, antes de ser observadas experimentalmente, la existencia de ondas electromagnéticas. Hertz comprobó su existencia e inició para la humanidad la era de las telecomunicaciones.

En el año 1819 Hans Christian Oersted, profesor de física de la Universidad de Copenhague, descubrió que al acercar una brújula a un conductor por el que circulaba corriente eléctrica la aguja de ésta se movía disponiéndose perpendicularmente a la dirección del conductor.

Este descubrimiento de que una corriente eléctrica produce un campo magnético estimuló la imaginación de los físicos de la época y multiplicó el número de experimentos en busca de relaciones nuevas entre la electricidad y el magnetismo.

También era conocido a través de los estudios de Ampere que algunos materiales como la magnetita, imanes y brújulas, debían sus propiedades magnéticas a la existencia de unas corrientes microscópicas.

En ese ambiente científico pronto surgiría la idea inversa de producir corrientes eléctricas mediante campos magnéticos.

Algunos físicos famosos y otros menos conocidos estuvieron cerca de demostrar experimentalmente que también la naturaleza apostaba por tan atractiva idea, de hecho Joseph Henry, físico norteamericano descubrió un año antes que Faraday la inducción electromagnética pero hizo público su descubrimiento unos meses más tarde que Faraday y por eso se le atribuye el descubrimiento a este último.

A las corrientes eléctricas producidas mediante campos magnéticos Faraday las llamó corrientes inducidas. Desde entonces al fenómeno consistente en generar campos eléctricos a partir de campos magnéticos variables se denomina inducción electromagnética.

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Electromagnetismo

Definiciones

Rama de la física que estudia las relaciones entre la electricidad y el magnetismo, es decir, el campo magnético creado por la corriente eléctrica y el efecto de un campo magnético sobre una corriente eléctrica. Dentro de esta rama se hallan, por el hecho de basarse en las leyes del electromagnetismo, la electrodinámica y la inducción electromagnética, que tratan, respectivamente, de las acciones pondero motrices entre las corrientes eléctricas y de las fuerzas electromotrices inducidas en un circuito por la variación del flujo electromagnético. Las leyes del electromagnetismo son la base del funcionamiento de los electroimanes de los motores eléctricos, las dinamos y los alternadores.

El electromagnetismo es una rama de la física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos fueron sentados por Michael Faraday y formulados por primera vez de modo completo por James Clerk Maxwell. La formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales que relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales (corriente eléctrica, polarización eléctrica y polarización magnética), conocidas como ecuaciones de Maxwell.

El electromagnetismo es una teoría de campos; es decir, las explicaciones y predicciones que provee se basan en magnitudes físicas vectoriales o tensoriales dependientes de la posición en el espacio y del tiempo.

El electromagnetismo describe los fenómenos físicos macroscópicos en los cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, usando para ello campos eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre las sustancias sólidas, líquidas y gaseosas. Por ser una teoría macroscópica, es decir, aplicable sólo a un número muy grande de partículas y a distancias grandes respecto de las dimensiones de éstas, el electromagnetismo no describe los fenómenos atómicos y moleculares, para los que es necesario usar la mecánica cuántica.

El electromagnetismo considerado como fuerza es una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo actualmente conocido.

Campo Magnético Terrestre

El campo magnético de la Tierra (también conocido como el campo geomagnético) es el campo magnético que se extiende desde el núcleo interno de la Tierra hasta su confluencia con el viento solar, una corriente de partículas de alta energía que emana del Sol. Es aproximadamente el campo de un dipolo

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magnético inclinado en un ángulo de 11 grados con respecto a la rotación del eje, como si hubiera un imán colocado en ese ángulo en el centro de la Tierra.

Sin embargo, a diferencia del campo de un imán de barra, el campo de la Tierra cambia con el tiempo porque en realidad es generado por el movimiento de las aleaciones de hierro fundido en el núcleo externo de la Tierra (la geodinámica). El Polo Norte magnético se «pasea», por fortuna lo suficientemente lento como para que la brújula sea útil para la navegación. A intervalos aleatorios (un promedio de varios cientos de miles de años) el campo magnético terrestre se invierte (los polos geomagnéticos norte y sur cambian lugares con el otro) Estas inversiones dejan un registro en las rocas que permiten a los paleomagnetistas calcular los movimientos pasados de los continentes y los fondos oceánicos como consecuencia de la tectónica de placas. La región por encima de la ionosfera, y la ampliación de varias decenas de miles de kilómetros en el espacio, es llamada la magnetosfera. Esta región protege la Tierra de la dañina radiación ultravioleta y los rayos cósmicos.

La orientación de las rocas en las dorsales oceánicas, la magneto recepción de algunos animales y la orientación de las personas mediante brújulas son posibles gracias a la existencia del campo magnético terrestre.

El campo magnético tiene dos orígenes, uno interno y otro externo. El campo interno es semejante al producido por un dipolo magnético situado en el centro de la Tierra con una inclinación de 10,5º respecto al eje de rotación. Los polos geomagnéticos son los puntos en los que el eje del dipolo intersecta a la superficie terrestre, y el ecuador magnético es el plano perpendicular a dicho eje.

Esta componente presenta una variación secular en el tiempo, que al ser acumulativa en grandes períodos de tiempo se ha podido observar en algunos puntos.

La componente de origen externo es debida principalmente a la actividad del Sol sobre la ionosfera y magnetosfera, siendo la más importante la variación diaria con período de 24 horas.

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Otras variaciones de origen externo son: la lunar, undecenal, pulsaciones magnéticas, tormentas magnéticas, bahías, efectos cromosféricos, etc.

El campo magnético terrestre es una magnitud de carácter vectorial, por lo que para estudiar sus componentes se toma como referencia en un punto de la superficie de la Tierra un sistema trirrectangular de ejes vertical, N-S y E-O. De esta forma, la intensidad del campo (F) y sus proyecciones horizontal (H) y vertical (Z) están relacionadas a través de los ángulos de declinación (D), que forma H con el norte geográfico, y de inclinación magnética (I), que forman F y H. Así, para expresar el campo magnético en un punto bastan las tres cantidades F, I, D.

El campo magnético de la Tierra está generado por los movimientos del fluido del manto fuera de su núcleo gracias a un efecto parecido al de una dinamo de un coche.

El Polo Norte Magnético se encuentra a 1800 kilómetros del Polo Norte Geográfico. En consecuencia, una brújula no apunta exactamente hacia el Norte geográfico; la diferencia, medida en grados, se denomina declinación magnética. La declinación magnética depende del lugar de observación, por ejemplo actualmente (2006) en Madrid (España) es aproximadamente 3º oeste. El polo Norte magnético está desplazándose desde la zona norte de Alaska en dirección hacia Siberia a unos 40 Km por año.

Variaciones del Campo Magnético

Las variaciones del campo terrestre orientación de los dominios magnéticos de las rocas y el ligero magnetismo resultante se puede medir. Midiendo el magnetismo de rocas situadas en estratos formados en periodos geológicos distintos se elaboraron mapas del campo magnético terrestre en diversas eras. Estos mapas muestran que ha habido épocas en que el campo magnético terrestre se ha reducido a cero para luego invertirse.

Durante los últimos cinco millones de años se han efectuado más de veinte inversiones, la más reciente hace 700.000 años. Otras inversiones ocurrieron hace 870.000 y 950.000 años. No se puede predecir cuándo ocurrirá la siguiente inversión porque la secuencia no es regular.

Ciertas mediciones recientes muestran una reducción del 5% en la intensidad del campo magnético en los últimos 100 años, hecho que ha estimado que el campo magnético terrestre prácticamente desaparecerá dentro de unos 1500 años aproximadamente. En la Anomalía del Atlántico Sur, la fuerza del campo magnético está disminuyendo diez veces más rápido que en otros lugares.

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Magnetismo planetario

El magnetismo es un fenómeno extendido a todos los átomos con desequilibrio magnético. La agrupación de dichos átomos produce los fenómenos magnéticos perceptibles, y los cuerpos estelares, los planetas entre ellos, son propicios a tener las condiciones para que se desarrolle un campo magnético de una cierta intensidad. En el interior de los planetas, la acumulación de materiales ferromagnéticos (como hierro) y su movimiento diferencial relativo respecto a otras capas del cuerpo inducen un campo magnético de intensidad dependiente de las condiciones de formación del planeta. En el mismo siempre se distinguen los dos polos, equivalentes a los de un imán normal.

En el caso de la Tierra, la zona en la que se mueve está influenciada por el campo magnético solar, pero el propio campo magnético terrestre crea como una burbuja, la magnetosfera terrestre, dentro del anterior. Dicha burbuja tiene una capa límite entre su influencia y la solar (magnetopausa) que es aproximadamente esférica hacia el Sol, y alargada hacia el sistema solar externo, acercándose a la superficie terrestre en los polos magnéticos terrestres.

La interacción en constante evolución entre ambos campos magnéticos y las partículas magnéticas provenientes del Sol produce fenómenos como las auroras (boreales o australes) y la interferencia en las comunicaciones radioeléctricas.

En la tierra, el polo magnético norte está actualmente cercano al sur geográfico, y el sur magnético, cercano al norte geográfico. Dichos polos se están moviendo, de forma que en años recientes el polo sur magnético está desplazándose por la zona norte canadiense moviéndose en dirección hacia el norte de Alaska.

Trayectoria de la carga en movimiento dentro de un campo magnético

Todo conductor por el cual circula una corriente eléctrica está rodeado de un campo magnético. En virtud de que una corriente eléctrica es un flujo de electrones, cada uno de ellos constituye una partícula cargada en movimiento generadora de un campo magnético a su alrededor. Por ello, cuando un electrón en movimiento con su propio campo magnético penetra en forma perpendicular dentro de otro campo producido por un imán o una corriente eléctrica, los dos campos magnéticos interactúan entre sí. En general, los campos magnéticos actúan sobre las partículas cargadas desviándolas de sus trayectorias a consecuencia del efecto de una fuerza magnética llamada fuerza de Ampere.

Cuando una partícula cargada se mueve perpendicularmente a un campo magnético, recibe una fuerza magnética cuya dirección es perpendicular tanto a la

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dirección de su movimiento, como a la dirección de la inducción magnética o densidad de flujo; por lo que la partícula se desvía siguiendo una trayectoria circular. Cuando una carga se mueve paralelamente a las líneas magnéticas del campo, no sufre ninguna desviación. Si la trayectoria de la partícula es en forma oblicua, es decir, con una cierta inclinación respecto a las líneas de fuerza de un campo magnético, la partícula se desviara describiendo una trayectoria de espiral.

Cuando una carga q se mueve perpendicularmente a un campo magnético con una inducción magnética con una inducción magnética B a una cierta velocidad V recibe una fuerza F y que se calcula con la siguiente expresión:

F= qvBDonde:F= fuerza que recibe una partícula cargada en movimiento (N)V= velocidad que lleva la carga (m/s).B= inducción magnética del campo (T)

Cuando la trayectoria del movimiento de la partícula forma un Angulo 0 con la inducción magnética B, la magnitud de la fuerza que recibe la partícula será proporcional la componente de la velocidad, que es perpendicular a B. por tanto, la fuerza F se determina con la expresión: F=qvBsenӨDonde:F= fuerza que recibe una partícula cargada en movimiento (N)V= velocidad que lleva la carga (m/s).B= inducción magnética del campo (T)Ө= Angulo formado por la dirección de la velocidad que lleva la fuerza

Para determinar la dirección de la fuerza magnética que recibe una carga que se mueve en forma perpendicular a las líneas de fuerza de un campo magnético, se emplea la regla de los tres dedos de la manera siguiente, los tres primeros dedos de la mano derecha se disponen extendidos perpendicularmente uno respecto del otro, según figura, el dedo índice indicara la dirección del campo magnético, el medio representara la dirección de la velocidad con que se mueve una carga negativa, o sea la corriente, y el dedo pulgar señalara la dirección de la fuerza magnética que recibe la carga.

Por definición: la inducción magnética o densidad de flujo en un punto de un campo magnético equivale a una tesla, cuando una carga de un coulomb penetra perpendicular al campo magnético con una velocidad igual a un metro por segundo recibe, en dicho punto, la fuerza magnética de un newton.

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Fuerzas magnéticas entre corrientes

Magnetismo

Los polos magnéticos iguales se repelen y los polos magnéticos diferentes se atraen.

Campos magnéticos

Todo imán está rodeado por un espacio en el que están presentes sus efectos magnéticos, a esta zona se le llama campo magnético, las líneas de flujo son útiles para visualizar los campos magnéticos, estas líneas del flujo magnético abandonan el polo norte y entran al polo sur.

Teoría moderna del magnetismo

Los átomos en un material magnético están agrupados en microscópicas regiones magnéticas llamadas dominios. Los dominios magnéticos están orientados en forma aleatoria en un material no magnético.

Densidad de flujo y permeabilidad

La densidad de flujo magnético es el número de líneas de flujo que pasan a través de una unidad de área perpendicular a esa región.

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Campo magnético y corriente eléctrica

La corriente que pasa a través de un alambre crea una fuerza giratoria en la aguja de la brújula hasta que ésta apunta en una dirección perpendicular al alambre. 

Fuerza sobre un conductor por el que circula una corriente

La fuerza sobre un conductor por el que fluye corriente depende del ángulo que forma la corriente con respecto a la densidad de flujo.

Campo magnético de un conductor largo y recto

Si el alambre se toma con la mano derecha de modo que el pulgar apunte en la dirección de la corriente convencional, los demás dedos que sujetan al conductor indicará la dirección del campo magnético.

Fuerza magnética

La fuerza magnética que actúa sobre un conductor recto de longitud e que lleva una intensidad de corriente I, al colocarle en el interior de un campo magnético B uniforme es:

F= I (e X B)

La dirección de e es la intensidad de corriente.

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E F

Fuerza sobre un elemento de corriente

Si un elemento de conductor de forma arbitraria por el que circula una corriente eléctrica se coloca en el interior de un campo magnético B uniforme, la fuerza que actúa sobre un elemento de corriente de longitud de es:

dF=I (d e x B)

Para determinar la fuerza magnética total sobre el conductor, se tiene que integrar la ecuación anterior.

La fuerza magnética resultante sobre un conductor cerrado que lleva una intensidad de corriente I, en el interior de un campo magnético uniforme es nula.

Momento magnético sobre una espira

El movimiento magnético de una espira por la que circula una corriente I es igual a:

µ= IADonde A es perpendicular al plano de la espira y |A| es igual al área de la espira.La unidad del momento magnético (µ) en el S.I. es A . m2

Para una boina con n espiras el momento magnético se calcula por:µ=nIA.

Leyes del electromagnetismo

1º.- Fuerza sobre una partícula cargada en un campo eléctrico.- De acuerdo con la definición de intensidad de campo eléctrico, la fuerza que actúa sobre una partícula cargada con una carga q en un campo eléctrico E, vendrá dada con un módulo, con una dirección y con un sentido igual al del campo si q es positiva y el contrario si es negativa.

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F E

2º.- Aspectos energéticos del campo eléctrico.- Recordemos que, el campo eléctrico, lo mismo que el gravitatorio, es un campo conservativo, por lo que podremos hablar de valores de energía potencial eléctrica. El hecho de ser conservativo, nos permite escribir que:WF del campo eléctrico = - Epotencial eléctrica y, por tanto

o lo que es lo mismo

y, recordando las definiciones de intensidad de campo eléctrico y de potencial eléctrico. Podemos escribir la expresión anterior dividida por la unidad de carga eléctrica q:

De donde, la componente del campo eléctrico en la dirección de dr será

Si generalizamos, las componentes del vector campo eléctrico a lo largo de los tres ejes de coordenadas serán:

Si en determinados casos concretos el campo eléctrico es uniforme (como el que existe entre las placas de un condensador plano) y, se dirige a lo largo del eje x, podemos escribir:

o Si los puntos 1 y 2 están situados en las placas del condensador plano,

podemos escribir:

siendo d la distancia entre las placas.

Cuando tenemos un sistema de partículas cargadas y, deseamos razonar energéticamente, debemos delimitar el sistema y, especificar si existen o no

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eje x

V2V1

d

fuerzas exteriores, así como considerar si todas las fuerzas interiores son o no conservativas. Si se trata de un sistema AISLADO (no interacciona con el exterior) y, todas las fuerzas interiores son conservativas (eléctricas o gravitatorias) el principio de conservación de la energía podemos escribirlo:

Ec + Ep eléctrica + Ep gravit. = 0

Si sólo actúan las fuerzas eléctricas (o las gravitatorias son despreciables) la expresión anterior quedará:

Ec + Epe= 0 Ec = - Ep

que, teniendo en cuenta la definición de potencial eléctrico :

Ec = - (Ep2 – Ep1) = -q (V2 – V1)

Luego, la energía cinética que gana una carga eléctrica al ser acelerada entre dos puntos del campo eléctrico, es igual a q multiplicado por la diferencia de potencial entre esos dos puntos.

3º Fuerza magnética sobre carga móvil (Fuerza de Lorentz). Cuando una partícula cargada con una carga q penetra en un campo magnético B, dotada de una velocidad v sobre ella aparece una fuerza magnética que viene dada por la expresión:

de módulo

de sentido perpendicular al plano que contiene v y B.de sentido el de avance del tornillo que haga girar v sobre B ( si q es + y el contrario si es - ).

Como vemos, la fuerza magnética sobre una partícula cargada móvil, es siempre perpendicular a la velocidad, por lo que sólo actuará como centrípeta, no aumentando nunca de módulo del vector velocidad.

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F

v

B

4º.- Fuerza magnética sobre un hilo conductor por el que circula corriente. Si disponemos de un hilo conductor por el que circula la corriente I , situado en un campo magnético constante B, sobre dicho hilo aparece una fuerza de origen magnético, ya que la corriente supone el movimiento de cargas eléctricas en un determinado sentido. Esta fuerza vendrá dada por:

siendo l la longitud del hilo que, consideraremos un vector de módulo la longitud del hilo, de dirección la del conductor y de sentido el de la corriente. Por tanto, la fuerza magnética tendrá:

Módulo

dirección perpendicular al plano determinado por los vectores l y Bsentido el de avance del tornillo que gire l sobre B

Si, en lugar de tratarse de un tramo de hilo conductor, se trata de una espira rectangular por la que circula corriente (tal y como indica el dibujo) situada en un campo magnético constante, sobre los lados a y b de la espira, aparecerán fuerzas que constituyen un PAR, con un determinado momento que hará girar la espira de corriente hasta que, el flujo magnético a su través sea máximo.

M = F . r = I. la . B. lcEn general, para cualquier posición:

Ley de Ampere

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I

F

B

La ley de Ampere expresa que el campo magnético, a diferencia del electrostático, sí posee fuentes vectoriales. Por tanto, el campo magnético no deriva de un potencial escalar.

El que las densidades de corriente sean las fuentes vectoriales del campo magnético, esto es, proporcionales a su rotacional, es coherente con la propiedad conocida de que las líneas de campo de brotan en torno a las corrientes que lo crean.

La ley que nos permite calcular campos magnéticos a partir de las corrientes eléctricas. Fue descubierta por André - Marie Ampere en 1826 y se enuncia:

La integral del primer miembro es la circulación o integral de línea del campo magnético a lo largo de una trayectoria cerrada, y:

μ0 es la permeabilidad del vacío dl es un vector tangente a la trayectoria elegida en cada punto IT es la corriente neta que atraviesa la superficie delimitada por la

trayectoria, y será positiva o negativa según el sentido con el que atraviese a la superficie.

Campo magnético creado por un hilo infinito

Como aplicación de la ley de Ampere, a continuación se calcula el campo creado por un hilo infinito por el que circula una corriente I a una distancia r del mismo. Las líneas del campo magnético tendrán el sentido dado por la regla de la mano derecha para la expresión general del campo creado por una corriente, por lo que sus líneas de campo serán circunferencias centradas en el hilo, como se muestra en la parte izquierda de la siguiente figura.

Para aplicar la ley de Ampere se utiliza por tanto una circunferencia centrada en el hilo de radio r. Los vectores y dl son paralelos en todos los puntos de la

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misma, y el módulo del campo es el mismo en todos los puntos de la trayectoria. La integral de línea queda:

∮ B⃗ d⃗l=μ0 I T⇒∮Bdl=B∮dl=B2πr=μ0

B=μ0 I

2πr

Empleando la ley de Ampere puede calcularse el campo creado por distintos tipos de corriente. Dos ejemplos clásicos son el del toroide circular y el del solenoide ideal (*), cuyos campos se muestran en la siguiente tabla.

Toroide circular Solenoide ideal*

Un solenoide ideal es una bobina de longitud grande cuyas espiras están muy juntas. En la expresión del campo magnético que crea, n es el número de espiras por unidad de longitud.

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Inductancia magnética

La inductancia ( ) es la medida de la oposición a un cambio de la corriente de un conductor o bobina que almacena energía en presencia de un campo magnético y se define como la relación entre el flujo magnético ( ) y la intensidad de corriente eléctrica ( ) que circula por la bobina y el número de vueltas (N) del devanado:

La inductancia depende de las características físicas del conductor y la longitud del mismo. Si se enrolla un conductor la inductancia aumenta. Con muchas espiras se tendrá más inductancias que con pocas. Si a esto le añadimos un núcleo de ferrita, aumentaremos considerablemente la inductancia.

El flujo que aparece en esta definición es el flujo producido por la corriente eléctrica ( ) exclusivamente.

Se puede medir las variaciones de flujo y solo a través del voltaje inducido en el conductor por la variación del flujo. Con ello llegamos a una definición de inductancia equivalente pero hecha a base de cantidades que se puedan medir, esto es, la corriente, el tiempo y la tensión:

En el Sistema Internacional (SI) la unidad de la inductancia es el henrio (H) llamado así en honor del científico estadounidense Joseph Henry. 1 H = 1 Wb/A, donde el flujo se expresa en Weber y la intensidad en amperios.

El término “inductancia “fue empleado por primera vez por Oliver Heaviside en febrero de 1886, que el símbolo ( ) se utiliza en honor del físico Heinrich Lenz.

La inductancia siempre es positiva, salvo en ciertos circuitos electrónicos especialmente concebidos para simular inductancias negativas y los valores de inductancia prácticos, va de unos decimos de Nh, para un conductor de 1 milímetro de largo, hasta varias decenas de miles de Henrios para bobinas hechas de miles de vueltas alrededor de núcleos de ferromagnetismo.

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Energía asociada con un campo magnético

La energía necesaria para crear un campo magnético puede calcularse en dos formas: en función de las corrientes en las espiras de alambre o como una integral de la densidad de energía sobre el campo entero.

Si no se registran pérdidas (como las debidas a histéresis), la energía utilizada para crear el campo magnético puede recuperarse cuando sea apagado, de modo que representa la energía de él.

La potencia de las perdidas por histéresis es proporcionada a la superficie de la espira de las histéresis y a las frecuencias.

El concepto de energía de la auto inductancia indica que puede representarse como una suma de la energía asociada a campo extremo a la región con la corriente(inductancia externa), y de la relacionada con el campo dentro de la región de corrientes (inductancia interna).

En las espiras den corriente en el vacío, siempre es posible calcular la fuerza magnética, pero a veces es difícil. Podría ser más sencillo el método basado en la energía utilizada en tal caso.

En particular, si hay materiales magnéticos, puede calcularse mediante fórmulas basadas de conversión de la energía en el campo magnético.

La energía almacenada por un conductor puede expresarse por unidad de volumen, lo que nos da el concepto de densidad de energía en el campo magnético, es que es un concepto similar al de densidad de energía en el campo eléctrico, visto anteriormente. La fem inducida por un inductor impide a la batería establecer instantáneamente una corriente. Por lo tanto la batería tiene que realizar un trabajo contra el inductor para generar corriente.

Parte de la energía suministrada por la batería se convierte en calor en la resistencia por el efecto de Joule, mientras que la energía restante se almacena en el campo magnético del inductor.

Si se multiplica cada término de la ecuación por la corriente eléctrica y se ordenan los términos de la expresión .quedando de la siguiente manera:

Esta ecuación dice que la razón por la que esta batería suministra energía,

IE , es igual a la suma del calor perdido en la resistencia por el efecto Joule, I2R y la razón por la cual se almacena energía en el inductor, LI (Di/dt). Por lo tanto la

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ecuación es una expresión de la conservación de la energía. Si Um designa energía almacenada en el inductor para cualquier tiempo, entonces la razón dUm/dt con la cual se amacena energía en el inductor se puede escribir en la forma:

Para encontrar la energía almacenada en e LLl inductor, se puede escribir esta ecuación como dUm = LI Di e integrar

Donde L es una constante y se le saco la integral.

La ecuación anterior representa la energía almacenada como energía magnética en el campo del inductor cuando la corriente es I. Nótese que la ecuación es similar en forma a la ecuación de la energía almacenada en el campo eléctrico de un capacitor, Q2/2C. En cualquier caso se puede ver que se realiza un trabajo para establecer un campo. También se puede determinar la energía por unidad de: Volumen o densidad de energía almacenada en un campo magnético.

Densidad de energía magnética

La energía almacenada por un inductor puede expresarse por unidad de volumen, lo que nos da el concepto de densidad de energía en el campo magnético, que es un concepto similar al de densidad de energía en el campo eléctrico visto anteriormente. Por simplicidad considere un solenoide cuya inductancia está dada por la ecuación.

L= μoN2A

El campo magnético de un solenoide está dado por la ecuación B=μoNI. Despejando I de esta ecuación obtenemos: I= B                       μoN

En general queda de la siguiente forma:UB=1/2LI2=1/2μoN2A/l(B/μoN)2=(B2/2μo)(AL)

Debido a que AL es el volumen del solenoide, la energía almacenada por unidad de volumen en un campo magnético es la siguiente:UB=UB =  B2.

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      AL    2μoDonde:UB = Densidad de energía magnética asociada a un inductor.UB = Energía almacenada en un inductor.B = Campo magnético.μo= Constante de permeabilidad del aire 12.56 x10-7 Tm/A.

Aplicaciones

Algunas de las aplicaciones de la electrostática incluyen los precipitadores electrostáticos, utilizados para reducir la contaminación atmosférica de las centrales carboeléctricas, y la xerografía, el método que ha revolucionado la tecnología del procesamiento de imágenes.

La relación entre la electricidad y el magnetismo tiene muchas aplicaciones interesantes: instrumentos de medida (galvanómetro, polímetro), transformadores, motores eléctricos...

Instrumentos de medidaEl principio básico de funcionamiento de estos aparatos es muy sencillo.

Están formados por una o varias espiras que llevan acoplada una aguja imantada. La espira está inmersa en el campo magnético creado por un imán:

Cuando el circuito está abierto, no pasa corriente por el aparato y la aguja imantada señala el cero de la escala.

Cuando hay corriente eléctrica, las cargas recorren una espira. En este caso, como la espira está inmersa en el campo magnético creado por el imán, gira, y la aguja imantada se desplaza sobre una escala. Si la corriente eléctrica es mayor, el desplazamiento de la aguja imantada será más acusado.

El transformador eléctricoLos circuitos electrónicos suelen utilizar tensión continua, con valores

comprendidos entre 3 y 25 V, para lo cual basta conectar a los mismos baterías o pilas que proporcionen dicho tipo de tensión.

La mayoría de los aparatos electrónicos disponen a menudo de la posibilidad de ser enchufados a la toma de corriente alterna cuyo valor eficaz es de 230 V. Esto significa que se necesita un dispositivo que reduzca este último valor a una magnitud de tensión inferior, semejante a la que nos proporcionaría una pila o batería.

El dispositivo encargado de esta conversión en los valores de la tensión es el transformador. Su funcionamiento se basa en las propiedades que presentan las bobinas.

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El transformador de tensión eléctrica consta de un núcleo ferromagnético, constituido por chapas de hierro que forman un bloque compacto, en el que se enrollan dos bobinas o devanados independientes:

Una de las bobinas es el devanado primario del transformador, que se conecta a la tensión alterna de la red eléctrica. Al pasar la corriente por el devanado formado por multitud de espiras de cable, se genera un campo magnético alrededor del núcleo de hierro.

El devanado secundario del transformador se enrolla también en el mismo núcleo de hierro y capta el campo magnético. Dicho campo magnético es variable, pues ha sido creado por una corriente alterna, y dará lugar a la generación de corrientes inducidas en las espiras que forman el devanado secundario.

Si se aplica una tensión eléctrica V1 al primario, que dispone de un número de vueltas o espiras N1 y se induce una tensión V2en el secundario, cuyo número de espiras es de N2, se cumple la siguiente relación:

V 1 N 1 = V 2 N 2 → V 2 = V 1 · N 2 N 1La expresión N2/N1 es conocida como relación de transformación:

Si el primario dispone de un número de vueltas mayor que el secundario, la relación de transformación toma un valor menor que 1, lo que da lugar a un transformador reductor, es decir, se inducirá en el secundario una tensión menor que la que se capta en el primario.

Por otra parte, un transformador elevador será aquel que disponga de un número de vueltas en el secundario mayor que en el primario, lo que da lugar a una relación de transformación de valor mayor que la unidad.

En general, los transformadores que usamos en casa son reductores: el voltaje de salida es menor que el de entrada (230 V). Además de transformadores, también son rectificadores, pues la corriente que se suministra en los enchufes de casa es alterna, mientras que la que se necesita para la mayoría de los pequeños electrodomésticos que requieren transformador es continua.

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Pero también lo podemos ver o encontrar en otras diferentes áreas como lo es en el campo de la medicina donde podemos ubicarlo en los hospitales dando terapias, entre otros.

Corriente eléctrica en los hospitales

La corriente eléctrica en los hospitales entra en el edificio y es transportada por él mediante cables aislados que van dentro de tubos de acero o recubiertos de una envoltura completa de cobre (Cu) o aluminio (Al) conectada a tierra, para asegurarse que no pueda producirse ningún efecto eléctrico.

La corriente que llega es alterna y normalmente uno de los conductores, llamado neutro, es conectado a tierra en el transformador por intermedio del cual llega el suministro eléctrico.

Magnetoterapia

Hoy en día, los imanes permanentes están expandiendo su rol dentro del mundo de la medicina y de la salud, ofreciendo un alivio a los dolores extremos.

Muchas personas lo han usado para calmar dolores, insomnios, artrosis, dolores musculares y muchos más dándoles energía vital para su cuerpo.

Se han encontrado en los imanes permanentes una herramienta segura y versátil para ayudar al organismo en su proceso de cura.

La Magnetoterapia como terapia natural segura, no perjudicial, barata, no produce adicción y no tiene efectos colaterales como en la mayoría de las drogas.

Electroterapia de Volta

Es una técnica terapéutica indolora, que consiste en la aplicación de un rodillo de masaje sobre la superficie de la piel en la zona a tratar, a través del cual pasan al interior del organismo impulsos eléctricos de baja frecuencia (indoloro) oscilantes.

El tipo de impulso eléctrico será específico para cada dolencia a tratar.

Electroterapia de alta frecuencia Neuralter (C)

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Es la radiación que utilizan los equipos electroterapéuticos de alta frecuencia para su funcionamiento, se encuentra dentro del espectro en la gama de radiaciones no ionizantes.

Efectos del campo electromagnético sobre órganos y sistemas

Relajación muscular, Vasodilatación local, Aumento de la presión parcial de oxígeno en los tejidos, Efecto sobre el metabolismo del calcio en hueso y sobre el colágeno, Efecto analgésico, Reumatismos periarticulares, Trastornos de la osificación, cirugía, Otorrinolaringología, Neurología, Medicina interna, entre otros más.

Conclusión

Podemos tener en cuenta que el electromagnetismo juega un papel muy importante en esta actualidad, podemos descubrirlo casi en todos los aspectos relacionados en accesorios con los que interactuamos en estos días, podemos verlo en las acciones realizadas naturalmente como lo es en el movimiento de la tierra y a las contribuciones que el sol hace también.

Está presente en la comunicación, la forma o medio que tenemos para llegar a un destino como lo son los barcos, los aviones, teniendo el medio para dirigirse mediante la brújula.

También podemos percatarnos de encontrarlo al ir a visitar algún vecino al tocarle el timbre, tenemos otra aplicación del electromagnetismo.

Y no nos podemos quedar atrás en las innovaciones tecnológicas direccionadas a la medicina enfocándose al cuerpo humano, combatiendo las enfermedades, y más.

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