Bloque II: Describes los fenomenos electromagneticos

Todos hemos observado como un imán atrae objetos de hierro. La razón por la que ocurre este hecho es el magnetismo. Los imanes generan un campo magnético por su naturaleza. Este campo magnético es más intenso en dos zonas opuestas del imán, que son los polos norte y sur del imán. El polo norte de un imán se orienta hacia el norte geográfico, mientras que el polo sur lo hacer hacia el sur geográfico (gracias a esta propiedad funcionan las brújulas).

¿QUÉ ES EL IMÁN? 

Es un trozo de hierro, de acero de piedra imán, que tiene la propiedad de atraer ciertos metales, específicamente al hierro. A esta fuerza de atracción se le denomina magnetismo. El imán dispone de un campo magnético capaz de provocar atracción  o conseguir repeler otros cuerpos magnéticos. La materia presenta en su interior. Movimientos de los electrones almacenados en los átomos. Cuando este movimiento se orienta a direcciones  diferentes, en efecto se anula. En cambio, cuando todos esos pequeños imanes están en una misma línea la materia se magnetiza.

El iman siempre es cotidiano, a veces lo utilizamos sin darnos cuenta, otra veces si, es por eso que este elemento es importante para su estudio dentro de la electromagnetica.

El imán está compuesto por tres partes fundamentales:

                        

• La línea neutral: es la línea de la superficie de la barra que se encarga de separar las zonas polarizadas.
• El eje magnetico: barra de la linea que unira los dos polos.
• Los polos: son los extremos polo norte y sur, también conocidos como polo negativo y positivo.

PROPIEDADES DE UN IMÁN.

·       Se caracteriza principalmente para atraer objetos de hierro y acero.

·       Su atracción es mejor en los extremos disminuyendo hasta llegar a un punto medio del imán en la que la tracción es nula.

·       Existen imanes que atraen con más fuerza y a más distancia que otros. Esta depende del poder magnético de cada uno. La amplitud o espacio en que se ejerce esa fuerza se llama campo magnético.

·       La atracción magnética se manifiesta a través del agua, del papel, del vidrio y de otro cuerpo, siempre que o sean de mayor espesor.

·       Un polo norte y otro polo norte de un imán  se repelen, polo norte y polo sur se atraen.

·       Los imanes trasmiten sus propiedades al imantar con ellos el hierro y el acero, pero  o en iguales condiciones, pues la imantación del acero es permanente y la del hierro es momentánea.

     En cualquier objeto, existen dos cuotas, el negativo y el positivo. Polarización es la separación de estos cargos. Es decir, separar las cargas negativas de las cargas positivas. Que no implica la carga. 

APLICACIONES DE LOS IMANES

Los imanes tienen múltiples funciones por ejemplo en la fabricación de brújulas y los aparatos eléctricos (galvanómetros, amperímetros, voltímetros y magnetos etc.) los imanes permanentes se emplean en altoparlantes instrumentos para mediciones eléctricas.

También, existen diferentes tipos de imanes:

IMANES CERÁMICOS O FERRITAS.  Esta clase de imanes tiene un aspecto liso y color grisáceo.  Suelen ser de los más utilizados debido a su maleabilidad. Aunque, por otro lado, al ser frágiles, corren el riesgo de romperse con facilidad.

IMANES DE ALNICO: Esta clase de imanes presentan un buen comportamiento frente a la presencia de altas temperaturas, sin embargo, no cuentan con considerable fuerza.

IMANES DE TIERRAS RARAS: Se subdividen en dos categorías de acuerdo al material químico del que se compone:

• Neodimio: están formados por hierro, neodimio y boro. Presentan una oxidación fácil, y se utilizan en aquellos casos donde las temperaturas no alcanzan los 80º C.

• Samario cobalto: no suelen oxidarse de manera fácil, aunque el precio al que cotizan es muy elevado.

IMANES FLEXIBLES: como su nombre lo indica, estos imanes poseen una gran flexibilidad. Las desventajas de los imanes flexibles son la baja resistencia a la oxidación y su escasa potencia magnética.

Al igual existen imanes artificiales:
aquellos que producen un campo magnético sólo cuando circula por ellos una corriente eléctrica.
Es decir, son cuerpos que han sido imanados de forma artificial.

El hierro y el acero pueden ser magnetizados.

POLARIZACIÓN

  

   Es el proceso por el cual en un conjunto se establecen características que determinan la aparición en él de dos o más zonas, los polos, que se consideran opuestas respecto a una cierta propiedad, quedando el conjunto en un estado llamado estado polarizado.

    Existen varios tipos de polarización; electromagnética, electroquímica, eléctrica, del vacío y elíptica.

    Los efectos de un imán se manifiestan en una zona donde decimos que existe un campo magnético. Los campos magnéticos los podemos representar gráficamente mediante las líneas de inducción magnética, que por convenio, salen del polo norte y entran por el polo sur (son líneas cerradas, por lo que no puede existir un imán con un solo polo).

Esta orientación de los imanes se produce como consecuencia de las fuerzas magnéticas de atracción que se producen entre polos opuestos de imanes y de repulsión entre polos homólogos. pero, ¿A que se le conoce como 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. Los puntos de entrada forman un polo y los de salida el otro polo. Las fuerzas magneticas pueden ser de atracción o de repulsión, como se muestra en la imagen.

Para conocer la aplicacion de la fuerza magnética en problemas de aplicacion, visite: https://www.youtube.com/watch?v=_FDnSUuP0Tw&feature=youtu.be

Bloque II: Describes los fenomenos electromagneticos

Los átomos en un material magnético están agrupadas en pequeñas regiones magnéticas conocidas como “dominios”. Se piensan que en los átomos dentro de un dominio están polarizados magnéticamente a lo largo de un eje cristalino.

Es el resultado de movimientos de los electrones en átomos de distintas sustancias.

En los dominios todos apuntan diferentes direcciones, como se anulan entre si no hay magnetismo, al igual que en el imán.

Por ello es importante conocer cada concepto de cada uno de estos:

REGIONES MAGNÉTICAS DOMINIOS

Los dominios magnéticos son agrupaciones de imanes permanentes elementales (dipolos magnéticos). Un dominio magnético puede aparecer en un material (ferromagnético o ferromagnética, por ejemplo), en el que se dé un ordenamiento magnético a medio alcance.

Fue Pierre Weiss quién se dio cuenta, en1907, que los materiales ferromagnéticos están formados por estos dominios, los cuales si están orientados al azar hacen que el material no exhiba propiedades magnéticas. Estos dominios magnéticos permiten explicar por qué el hierro no es espontáneamente ferromagnético. Esto fue probado por Barkhausen en 1919, quien por medio de amplificadores electrónicos oyó los "clics" cuando un campo externo obliga a los dominios de Weiss a alinearse. Este es un comportamiento irreversible que explica el fenómeno de histéresis.

Los dominios están separados por las llamadas paredes de Bloch, en las cuales se produce la transición en la orientación de los dipolos. Por encima de cierta temperatura crítica (Temperatura de Curie), los dominios magnéticos se desordenan por efecto de la entropía, dando lugar a un sistema paramagnético. Tambien si es sometido a campos elevados, un material, especialmente si es un mono cristal de pequeño tamaño, puede estar compuesto por un único dominio magnético (denominado mono dominio).

INDUCCIÓN MAGNÉTICA

La inducción magnética es el proceso mediante el cual campos magnéticos generan campos eléctricos. Al generarse un campo eléctrico en un material conductor, los portadores de carga se verán sometidos a una fuerza y se inducirá una corriente eléctrica en el conductor.

Cualquier dispositivo (batería, pila…) que mantiene la diferencia de potencial entre dos puntos en un circuito se llama fuente de alimentación.

La fuerza electromotriz ε (fem) de una fuente se define como el trabajo realizado por el dispositivo por unidad de carga, por lo que las unidades de fuerza electromotriz son los voltios. Cuando decimos que un campo magnético genera una corriente eléctrica en un conductor, nos referimos a que aparece una fem (llamada fem inducida) de modo que las cargas del conductor se mueven generando una corriente (corriente inducida).

La formula para encontrar la fuerza electomotriz es la siguiente:

E= EL

E=e/L

Sustituyendo en E=Bv

e/L=Bv

entonces

e=BvL

DONDE

e=fuerza electromotriz(v)

B=CAMPO MAGNETICO (T)

V=velocidad del conductor (m/s)

L=longitud del conductor (m)

Este hecho se observa fácilmente en el siguiente experimento: si acercamos o alejamos un imán a un conductor que no está conectado a ninguna fuente de fuerza electromotriz, se detecta con un amperímetro que aparece una corriente eléctrica en el conductor. La corriente desaparece si el imán se mantiene en la misma posición, por lo que se llega a la conclusión de que sólo una variación del flujo del campo magnético con respecto al tiempo genera corriente eléctrica.

RETENTIVIDAD  MAGNÉTICA

Así se le llama a la capacidad de un material para retener el magnetismo. Esto es cuando después de la inducción, los dominios del material permanecen alineados Cantidad de magnetización que permanece en un material ferromagnético al quitarle el campo magnético.

SATURACIÓN MAGNÉTICA

La saturación magnética es un efecto que se observa en algunos materiales magnéticos, y se caracteriza como el estado alcanzado cuando cualquier incremento posterior en un campo de magnetización externo H no provoca un aumento en la magnetización del material. La saturación magnética es un efecto que se observa en algunos materiales magnéticos. Es una característica particular de los materiales ferromagnéticos tales como el hierro, níquel, cobalto y muchas de sus aleaciones.

CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES POR SU PERMEABILIDAD

Propiedad física en la que se basa. (Permeabilidad)

• Propiedad de algunos materiales de poder ser magnetizados.
• La característica que tienen las líneas de flujo de alterar su trayectoria cuando son interceptadas por un cambio de permeabilidad.

Los materiales de acuerdo a su campo magnetico se clasifican en :

·  Diamagnéticos: Son levemente repelidos por un campo magnético, se magnetizan pobremente.

·  Paramagnéticos: Son levemente atraídos por un campo magnético, No se magnetizan.

· Ferromagnéticos: Son fácilmente atraídos por un campo magnético, se magnetizan fácilmente. 

Diamagnéticos	Paramagnéticos	Ferromagnéticos
•No son magnetizables. •No son atraídos por un campo magnético. •Son ligeramente repelidos por un campo magnético.	•Materiales que son débilmente atraídos por un campo magnético y tienen una pequeña tendencia a la magnetización; estos no son inspeccionables por partículas magnéticas.	•Son fácilmente magnetizables. •Son fuertemente atraídos por un campo magnético. •Son capaces de retener su magnetización después que la fuerza magnetizante ha sido removida.
Mercurio. •Oro. •Bismuto. •Zinc. •Cobre •Plata. •Plomo.	•Aluminio, magnesio. •Molibdeno, litio. •Cromo, platino. •Sulfato de cobre. •Estaño, potasio. •Aceros inoxidables austeníticos y de la serie 300.	Hierro, níquel, cobalto y gadolinio. •Mayoría de los aceros, inclusive inoxidables de la serie 400 y 500. •Aleaciones de cobalto y níquel. •Aleaciones de cobre, manganeso y aluminio.

INTESIDAD DE CAMPOS ELÉCTRICOS EN:

Existe un conductor de numerosas aplicaciones, denominado solenoide. Se define como una bobina de forma cilíndrica que cuenta con un hilo de material conductor enrollado sobre sí, a fin de que, con el paso de la corriente eléctrica, se genere un intenso campo electrónico. Cuando este campo magnético aparece, comienza a operar como un imán; el campo magnético es comparable al de un imán recto

CONDUCTOR RECTO: Ampere ideo una regla para determinar la dirección del campo que rodea un conductor recto denominada regla de pulgar de la mano derecha.

La densidad del flujo magnético, generada por una corriente a través de un conductor, puede calcularse con la siguiente expresión:

B= µI

     2πr

Donde:

B= Densidad del flujo magnético en teslas.

µ= Permeabilidad del medio que rodea al conductor de Tm/A.

I= Intensidad de la corriente que circula por el conductor de amperes.

R=Distancia perpendicular entre el conductor y un punto determinado en metros.

SOLENOIDE: La densidad de flujo magnético en un solenoide se calcula mediante:

µNI / L   B=

Donde:

B= densidad de flujo magnético en teslas (T)

µ= permeabilidad del medio que rodea al conductor en Tm/A

I= intensidad de la corriente que circula por el conductor en ampere (A)

N= número de vueltas

L= longitud de solenoide en metros (m)

Experimento "Electromagnetismo":https://www.youtube.com/watch?v=tm3LXiugr-A&feature=youtu.be

LEY DE FARADAY-LENZ

Las leyes se aplican al mismo fenómeno, pero son distintas. Una calcula numéricamente el fenómeno con la ley de Faraday y con la ley de Lenz le da el sentido.
Tanto en la ley de Faraday y en la de Lenz se produce una fuerza electromotriz inducida, causada por un cambio en el entorno magnético.

Aplicaciones de Faraday

La ley de Faraday tiene como objeto de estudio los transformadores y los solenoides. Un caso es el de un generador eléctrico donde el campo magnético atraviesa una bobina giratoria, el área que se usa en la definición del flujo es la proyección del área de la bobina sobre un plano perpendicular al campo magnético.

Ley de Lenz

Los generadores de corriente alterna constituyen el medio industrial más común de producción de energía eléctrica. Estos dispositivos se basan en el aprovechamiento de los fenómenos de la inducción electromagnética según la Ley de Lenz.

Alternadores

Los dispositivos generadores de corrientes eléctricas alternas se llaman alternadores. Un alternador consta básicamente de dos elementos: el rotor, que provoca el giro del conjunto, que rodea al anterior y rota alrededor de su eje.

DIFERENCIAS ENTRE LA LEY DE FARADAY LA LEY DE LENZ