Obregón Prieto Antonio de Jesús, Tercer Semestre, Ingeniería en Sistemas Computaccionales, Instituto Tecnológico de Matehuala.
Materia: Física General, Unidad 7. Docente: Federico Báez Ramos.
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| Líquido ferromagnético sobre un metal al que le es inducido una corriente eléctrica. |
¿Qué es el electromagnetismo?
El electromagnetismo es la rama de la física que estudia el magnetismo y su relación con la electricidad, y los describe como fenómenos corelacionales.
El electromagnetismo es la rama de la física que estudia el magnetismo y su relación con la electricidad, y los describe como fenómenos corelacionales.
7.1 Definiciones.
Campo magnético: Conjunto de lineas que representan la fuerza que atraviesa la superficie de un cuerpo bajo la acción de un campo magnético.
Se representa por la letra griega Φ; sus unidades son weber (Wb),
en el SI y maxwell, en el CGS 1 Wb = 10^8 Mx.
Inducción magnética: es el proceso mediante el cual campos magnéticos generan campos eléctricos.
B= Φ / S
Se representa por la letra griega B; sus unidades son:La tesla (T), en el sistema internacional el gauss (Gs), en el sistema CGS. 1 T = 10^4 Gs.
Fuerza Magnetomotriz (F): Se define como la capacidad que tiene una bobina para generar lineas de fuerza en un circuito magnético. Existe una relación de aumento entre corriente y fuerza, a más intensidad de corriente mayor será la fuerza FMM.
FMM= N*I
Reluctancia: La reluctancia de un material nos informa si el material en cuestión permite establecer líneas de fuerza en mayor o menor grado. Aquellos materiales no ferromagéticos, como por ejemplo el aire, poseen una reluctancia muy elevada.
Podemos establecer una ley de Ohm para circuitos magnéticos: el flujo que se establece en un circuito magnético es proporcional a la fuerza magnetomotriz proporcionada por la bobina e inversamente proporcional a la reluctancia del medio por donde se estableecen las líneas del campo magnético: Ley de Hopkinson
B= µN*I / l Φ= B*S= (µ N*I / l)*S FMM= N*I R= l/µ*S Φ= FMM/R
(la reluctancia es una cualidad de cada material magnético)
Permeabilidad magnética: Se le conoce como una propiedad que tienen los materiales para conducir sobre si mismos un campo magnético.
En la práctica es más usual utilizar el concepto de permeabilidad absoluta (µ). Se relaciona la intensidad que produce la bobina (H) con el nivel de inducción magnética alcanzado al introducir una substancia ferromagnética en el núcleo.
H= B/µ
Intensidad del campo magnético: Nos indica lo intenso que es el campo magnético. La intensidad de campo en una bobina depende de la FMM. Cuanto más larga sea la bobina, más se dispersan las líneas de campo, dando como resultado una intensidad de campo más debil.
por lo que se puede decir que, para una fuerza magnetomotriz constante, la intensidad de campo (H) es inversamente proporcional a la longitud media ( l ) de las líneas de campo, tal como se expresa en la siguiente ecuación:
N (nº espiras) I (Intensidad de corriente) l (longitud)
Bo= µoN.I / l H = Bo/µo= N.I / l
Histérisis magnética: El estudio de la histéresis se enfoca en los materiales magnéticos, ya que este fenómeno produce pérdidas en los núcleos de los electroimanes cuando son sometidos a la acción de campos magnéticos alternos. Estas pérdidas producen calor y reducen el rendimiento de los dispositivos con circuitos magnéticos (motores, transformadores, generadores, etc.).
Las perdidas por histéresis en materiales sometidos a campos producidos por corientes alternas aumentan con la frecuencia (cuantos más ciclos de histérisis se den por segundo, más calor se producirá).
Electroimán: Consiste en un núcleo de hierro rodeado de una bobina, que se imanta a voluntad cuando hacemos pasar una corriente eléctrica, y se desimanta en el momento que interrumpimos esta corriente, sus aplicaciones más importantes son: frenos magnéticos, electroválvulas, relés, timbres etc.
Inducción electromagnética: "Producción de electricidad por acción magnética". (cuando un conductor incide en un campo magnético aparece una FEM que se representa como una tensión electrica en los extremos de dicho conductor)
Autoinducción (bobinas): Auto inducción, "se induce FEM a sí misma". Cuando por una bobina circula una corriente eléctrica que es variable, ésta genera, a su vez, un campo magnético, variable que corta a los conductores de la propia bobina.
Segun la ley de Lenz, se genera una FEM de autoinducción que tendrá un sentido tal que siempre se opondrá a la causa que la produjo.
Coeficiente de autoinducción: La FEM de autoinducción de una bobina depende de la rapidez con que cambia el flujo en la misma. Pero dependiendo de la capacidad de generar flujo de la bobina, esta FEM, tendrá un valor u otro. El coeficiente de autoinducción de una bobina nos dice la capacidad que tiene una bobina de generar en sí misma FEM de autoinducción.
L= Coeficiente de autoinducción en Henrios (H).
7.2 Campo magnético terreste.
La Tierra posee un poderoso campo magnético, como si el planeta tuviera un enorme imán en su interior cuyo polo sur estuviera cerca del polo norte geográfico y viceversa. Aunque los polos magnéticos terrestres reciben el nombre de polo norte magnético (próximo al polo norte geográfico) y polo sur magnético (próximo al polo sur geográfico), su magnetismo real es el opuesto al que indican sus nombres.Las posiciones de los polos magnéticos no son constantes y muestran notables cambios de año en año. Cada 960 años, las variaciones en el campo magnético de la Tierra incluyen el cambio en la dirección del campo provocado por el desplazamiento de los polos. El campo magnético de la Tierra tiene tendencia a trasladarse hacia el Oeste a razón de 19 a 24 km por año.
La Tierra es un imán
Un imán suspendido horizontalmente adopta una posición tal que uno de sus extremos apunta aproximadamente hacia el polo norte geográfico. Este extremo se llama polo norte del imán; el opuesto se denomina polo sur. Los polos del mismo nombre de dos imanes se repelen y los de nombre contrario se atraen.
El polo norte de la aguja de una brújula apunta al polo norte geográfico, porque la Tierra misma es un imán: el polo sur de este imán está cerca del polo norte geográfico y, como los polos contrarios de dos imanes se atraen mutuamente, resulta que el polo norte de la brújula es atraído por el polo sur del imán terrestre, que está en las proximidades del polo norte geográfico.
Sin embargo, la brújula indica cuál es la dirección de la línea geográfica Norte-Sur sólo de un modo aproximado. Los polos norte y sur geográficos son los dos puntos donde el eje de rotación de ¡a Tierra corta a la superficie terrestre. Normalmente, la aguja de la brújula se desvía hacia el Este o hacia el Oeste del norte geográfico. Este ángulo de desviación se denomina declinación.
El campo magnético terrestre se caracteriza también por su intensidad. La intensidad de un campo magnético se mide en gauss. El campo magnético terrestre es bastante débil, del orden de 0,3 gauss en las proximidades del ecuador y de 0,7 gauss en las regiones polares.
La simple pregunta "¿como obtiene la Tierra su campo magnético?" no tiene una respuesta simple. Parece claro que la generación del campo magnético está relacionada con la rotación de la Tierra, ya que Venus con una similar composición de núcleo de hierro, pero con un período de rotación de 243 días terrestres, no tiene un campo magnético que pueda medirse. Ciertamente, parece plausible que depende de la rotación del hierro metálico líquido que compone una gran parte del interior de ambos planetas. El modelo del conductor giratorio nos lleva al "efecto dinamo" o "geodinamo", evocando la imagen de un generador eléctrico.
La convección mueve el fluido del núcleo exterior y lo hace circular con relación a la Tierra. Esto significa que un material conductor de electricidad se esta moviendo con respecto al campo magnético de la Tierra.
7.3 Trayectoria de las cargas en movimiento de un campo magnético.
Todo imán está rodeado por un espacio, en el cual se manifiestan sus efectos magnéticos. Dichas regiones se llaman Campos magnéticos.
Todo imán está rodeado por un espacio, en el cual se manifiestan sus efectos magnéticos. Dichas regiones se llaman Campos magnéticos.
En la electrostática se enseña que toda carga eléctrica está rodeada por un campó eléctrico. Si esta carga se pone en movimiento genera alrededor de ella un campo magnético, el campo magnético que genera una carga en movimiento se debe a la distorsión que sufre el campo eléctrico cuando la carga está en movimiento, si la carga no se mueve no se produce un campo magnético. Albert Einstein en 1905 explicó este fenómeno en la teoría especial de la relatividad en donde demostró que el campo magnético es una consecuencia relativista del campo eléctrico. En un imán el campo magnético es producido por los electrones que se mueven alrededor del núcleo atómico, el electrón también tiene movimiento rotacional alrededor de su eje, esto también es una corriente eléctrica (carga en movimiento) por lo que también produce un campo magnético.
La fuerza magnética que actúa sobre una partícula cargada que se mueve en un campo magnético es siempre perpendicular a la velocidad de la partícula.
El trabajo realizado por la fuerza magnética es cero ya que el desplazamiento de la carga es siempre perpendicular a la fuerza magnética. Por lo tanto, un campo magnético estático cambia la dirección de la velocidad pero no afecta la rapidez o la energía cinética de la partícula cargada.
7.4 Fuerzas magnéticas entre corrientes.
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 a la dirección de su movimiento y a la dirección de
la inducción magnética o densidad de flujo.
Por lo tanto, la partícula se
desvía y sigue una trayectoria circula. 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 con una cierta inclinación
respecto a las líneas de fuerza de un campo magnético, la partícula cargada se
desviará y describirá una trayectoria en forma de espiral.
Fuerza
sobre un conductor rectilíneo que lleva una corriente:
La
fuerza magnética que actúa sobre un conductor recto de longitud l, que lleva una
intensidad
de corriente l, al
colocarle en el interior del campo magnético B uniforme es:
F =
I (l x B) la
dirección de la l es la intensidad de corriente.
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 dl es:
dF= I (dl 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 l en el interior de un campo
magnético uniforme es nula.
Una carga q cuyo movimiento es perpendicular a un campo magnético con una inducción
magnética B a una cierta velocidad v,
recibe una fuerza F que se calcula con
la siguiente expresión:
F= qvB.
Cuando la trayectoria del movimiento
de la partícula forma un ángulo θ,
con la inducción magnética, la magnitud de la fuerza recibida por la partícula
será proporcional a la componente de la velocidad perpendicular a B. por lo
tanto la fuerza F se determina con la expresión:
F = qvB senθ.
Donde:
F=fuerza recibida por una partícula en movimiento en Newtons (N).
v=velocidad que lleva la carga en
m/seg.
B=inducción magnética del campo,
en Teslas (T)
θ= ángulo formado por la
dirección de la velocidad que lleva la partícula y la inducción magnética.
Ley de Ampére
La ley de Ampére dice:
"La circulación de un campo magnético a lo largo de una línea cerrada es igual al producto de 
por la intensidad neta que atraviesa el área limitada por la trayectoria".
por la intensidad neta que atraviesa el área limitada por la trayectoria".
Que podemos expresar tal y como se muestra en la Ecuación 1.
Tenemos que tener en cuenta que esto se cumple siempre y cuando las corrientes sean continuas, es decir,que no comiencen o terminen en algun punto finito.
Apliquemos la ley de Ampére a algunas distribuciones de corriente para poder comprender mejor su utilidad.
LEY DE FARADAY Y LENZ
Aportación de Faraday
Durante años Faraday buscó la forma de producir corriente a partir de un campo magnético. En 1831 empezó a ver como su trabajo daba los primeros frutos. Faraday dispuso una espira conectada a un galvanómetro, como es de esperar en estas condiciones, dado que no existe generadores conectados, dicho galvanómetro no marca circulación de corriente por la espira. Pero observó que si introduce un imán en el centro de la espira, mientras este se está acercando, el galvanómetro se desvía marcando la existencia de corriente en la espira
En La ley de inducción de Faraday se afirma que:
“La fuerza electromotriz inducida es igual a la variación de flujo magnético por unidad de tiempo”
Matemáticamente esta ley se expresa así:
Donde R es la resistencia del circuito, en este caso, la resistencia será la obtenida en el circuito formado por el galvanómetro y la espira.
Aportación de Lenz
Faraday explica por qué se producen las corrientes inducidas, pero no determina la dirección de estas. Es aquí donde entra la aportación de Heinrich Friedrich Lenz. Lenz siguió indagando en las corrientes inducidas descubiertas por Faraday y enunció la ley que lleva su nombre:
“ El sentido de la corriente inducida es tal que se opone siempre a la causa que la ha producido”.
Matemáticamente, la aportación de Lenz se expresa añadiendo un signo menos a la ley de Faraday:
Teniendo en cuenta la Ley de Lenz, es fácil deducir el sentido de la corriente en las experiencias de Faraday.
Corriente de desplazamiento de Maxwell
Corriente de desplazamiento de Maxwell
Se ha visto en la ley de Ampere que:
“La circulación de un campo magnético a lo largo de una línea cerrada es igual al producto de por la intensidad neta que atraviesa el área limitada por la trayectoria”.
por la intensidad neta que atraviesa el área limitada por la trayectoria”.
Que podemos expresar tal y como se muestra en la Ecuación siguiente:
.También habíamos dicho que esto se cumplía siempre y cuando las corrientes fuesen continuas.
Maxwell demostró que esta ley se podía generalizar sin excepciones, incluyendo las corrientes discontinuas. Para ello introdujo lo que llamó corrientes de desplazamiento de Maxwell.
Donde 
es el flujo que atraviesa la superficie de contorno C . Entonces de forma generalizada, la ley de Ampere queda:
es el flujo que atraviesa la superficie de contorno C . Entonces de forma generalizada, la ley de Ampere queda:
Ley Biot y Savart
La ley de Biot-Savart permite calcular el campo magnético B creado por un circuito de forma cualquiera recorrido por una corriente de intensidad i . Dicha ley se enuncia como sigue:
“el módulo del campo magnético, B , producido por una corriente rectilínea e indefinida, es directamente proporcional a la intensidad de la corriente e inversamente proporcional a la distancia.”
Matemáticamente puede escribirse como la Ecuación 10 donde B es el campo magnético a calcular en el punto dado, 
es el vector unitario tangente al circuito y que indica la dirección de la corriente en el elemento dl. 
es el vector unitario que señala la posición del punto respecto del elemento de corriente y la permeabilidad del vacío.
es el vector unitario tangente al circuito y que indica la dirección de la corriente en el elemento dl. es el vector unitario que señala la posición del punto respecto del elemento de corriente y la permeabilidad del vacío.
Ley de Gauss para el campo magnético
Gauss estudio el campo eléctrico relacionando el flujo eléctrico con las superficies cerradas. Tras sus estudios llegó a la conclusión de que el flujo eléctrico a través de una superficie cerrada era igual a:
Donde 
es la permeabilidad eléctrica del vacío.
es la permeabilidad eléctrica del vacío.
Gauss estudió de forma análoga los campos magnéticos. Durante sus estudios descubrió que el flujo magnético a través de cualquier superficie cerrada eran siempre nulos:
Este descubrimiento se traduce en la inexistencia de monopolos magnéticos y, por tanto, que las líneas de campo magnético sean siempre cerradas.
Ley de Lorentz
Lorentz estudió las fuerzas ejercidas por un campo magnético y eléctrico sobre cargas en movimiento y corrientes eléctricas.
La ley completa de Lorentz se establece por la Ecuación 26 , pero este trabajo se centrará en los efectos del campo magnético descartando la presencia de campos eléctricos, por tanto la Ecuación 26 se reducirá a la Ecuación 27.
André Marie Amperé (Lyon, 20 de Enero de 1775 - Marsella, 10 de Junio de 1836) fué un matemático y físico francés. Inventó el primer telégrafo eléctrico y, junto con François Arago, el electroimán. Fomuló en 1827 la teoría del electromagnetismo. El amperio (en francés Ampére) se llama así en su honor.
Fue un matematico y físico frances, generalmente considerado como uno de los grandes descubridores del electromagnetismo. Es conocido por sus importantes aportes al estudio de la corriente electrica y el magnetismo, que contribuyeron, junto con los trabajos del danés Hans Chistian Oersted, al desarrollo del electromagnetismo.
Básicamente, la ley de Ampére se emplea para el cálculo de
los campos magnéticos de determinado circuito dado, atendiendo a ello mediante
constantes. Se trata de una ley que es generalmente constatable dentro del uso
formal del idioma del cálculo matemático: la línea integral de un campo
magnético en una trayectoria arbitrariamente elegida es proporcional a la
corriente eléctrica neta adjunta a la trayectoria.
La ley circuital de Ampére, llamada así en honor a su
inventor André-Marie Ampére quien descubrió las leyes que hacen posible el
desvío de una aguja magnética por una corriente eléctrica, lo que hizo posible
el funcionamiento de los actuales aparatos de medida. Descubrió las acciones
mutuas entre corrientes eléctricas, al demostrar que dos conductores paralelos
por los que circula una corriente en el mismo sentido, se atraen, mientras que,
si los sentidos de la corriente son opuestos, se repelen. La unidad de intensidad de corriente eléctrica, el amperio.
La ley circuital de Ampére dice:
"La circulación de un campo magnético a lo largo de una
línea cerrada es igual al producto de por la intensidad neta que atraviesa el
área limitada por la trayectoria".
La ley de Ampére explica, que la circulación de la
intensidad del campo magnético en un contorno cerrado es igual a la corriente
que lo recorre en ese contorno.
El campo magnético es un campo vectorial con forma circular,
cuyas líneas encierran la corriente. La dirección del campo en un punto es
tangencial al círculo que encierra la corriente. El campo magnético disminuye
inversamente con la distancia al conductor.
Para calcular el campo B (campo magnético) en un punto P (en una rectilínea), a una distancia r (radio), de un conductor.
Primero escogeremos una línea cerrada que pase por P, dicha línea ha de ser tal que el cálculo de la circulación sea sencillo. En este caso se ha escogido una circunferencia de radio r con centro en el conductor, por lo cual todos los puntos del contorno están a la misma distancia que el punto P del conductor, y el valor de B toma el mismo valor en dicho contorno coincidiendo su dirección con el de dl.
Una vez escogida la línea calculamos la circulación del campo a lo largo de la línea escogida.
Aplicada a un Solenoide
En un solenoide también se puede calcular el valor de B en un punto interior aplicando la ley de Ampére.
Si N es el numero de espiras del solenoide y l su longitud, será el número de espiras que atraviesan la superficie limitada por el cuadrado de lado x, y, por tanto, la corriente total que fluye por la superficie enmarcada por la línea inferior del cuadrado.
Donde se puede comprobar que B no depende ni de la longitud del solenoide ni del diámetro, sino únicamente de la corriente que pasa por las espiras y lo juntas que estén estas, es decir el numero de espiras por unidad de longitud (n).
Aplicada a un Toroide
Elegimos como camino cerrado una circunferencia de radio r, cuyo centro está en el eje del toroide, y situada en su plano meridiano. De esta forma el campo magnético B es tangente a la circunferencia de radio r y tiene el mismo módulo en todos los puntos de dicha circunferencia.
Aplicaremos la ley de Ampére y calcularemos la intensidad para los siguientes valores de r:
- Fuera del núcleo con r < ri
- En el interior del núcleo ri < r < re
- Fuera del núcleo con r > re
Con la ley de circuitos de Ampere y sus aplicaciones en los solenoides, a un alambre y a los toroides, se pueden crear generadores eléctricos muy útiles para la humanidad, además de que son sencillos para su realización.
7.7 Inductancia magnética.
Una barra imantada o un cable que transporta corriente puede influir en otros materiales magnéticos sin tocarlos físicamente porque los objetos magnéticos producen un "campo magnético". Los campos magnéticos suelen representarse mediante "líneas de campo magnético" o "líneas de fuerza". En cualquier punto, la dirección del campo magnético es igual a la dirección de las líneas de fuerza, y la intensidad del campo es inversamente proporcional al espacio entre las líneas.
La inductancia es el campo magnético que crea una corriente eléctrica al pasar a través de una bobina de hile conductor enrollado alredor de la misma que conforma un inductor. Un inductor puede utilizarse para diferenciar señales cambiantes rápidas o lentas. Al utilizar un inductor con un condesador, la tensión del inductor alcanza su valor máximo a una frecuencia dependiente de la capacitancia y de la inductancia.
La inductancia depende de las características físicas del conductor y de la longitud del mismo. Si se enrrolla un conductor, la inductancia aumenta. Con muchas espiras se tendrá más inductancia que con pocas. Si a esto añadimos un núcleo de ferrita, aumentaremos considerablemente la inductancia.
Existen fenómenos de inducción electromagnética generados por un circuito sobre sí mismos llamados de inducción propia o autoinducción; y los producidos por la proximidad de dos circuitos llamados de inductancia mutua.
La unidad de inductancia es el Henry (H), llamada así en honor de Joseph Henry (1797-1878), maesto y físico estadounidense pionero en el estudio del electromagnetísmo.
Por lo tanto, la inductancia equivale a un henry si la rapidez de cambio de la corriente es de un ampere por segundo e induce una FEM de un volt.
Matemáticamente se expresa: L = (-ε / (Δi/Δt) )
La FEM inducida = ε = -L*(Δi/Δt)
L = inductancia expresada en volts-segundo/ ampere = Henry(h).
ε = FEM inducida en volts.
Δi= cambio de la corriente en amperes (A) La letra i indica que es una corriente inducida.
Δt= tiempo en el que se efectúa el cambio de corriente medida en segundos (seg).
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 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 una corriente.
Parte de la energía suministrada por la batería se convierte en calor en la resistencia por el efecto Joule, mientras que la energía restante se almacena en el campo magnético del inductor.
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 una corriente.
Parte de la energía suministrada por la batería se convierte en calor en la resistencia por el efecto Joule, mientras que la energía restante se almacena en el campo magnético del inductor.
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.
AL 2μo
Donde:
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.
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.
AL 2μo
Donde:
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.
7.9 Densidad de energía magnética.
Se describe como la cantidad de energia almacenada en una region o sistema por unidad de volumen. Ambos campos magnéticos y electricos almacenan energía.
Imaginando que un imán produce un campo magnético B. La densidad de energía delimitan un radio de energía magnética y volúmen en un espacio delimitado.
Si suponemos otro imán dentro del "campo", el segundo presentará un peso potencial al campo o a la energía al rededor de el. La cantidad de peso potencial se encuentra en relación a la densidad de energía.
La densidad de la energía se denomina utilizando la letra U.
(Fórmula para un Campo magnético) U = (1 /2(µ))*B^2
7.10 Aplicaciones.
Trenes de levitación magnética: Estos trenes no se mueven en contacto con los rieles, sino que van "flotando" a unos centímetros sobre ellos debido a una fuerza de repulsión electromagnética. Esta fuerza es producida por la corriente eléctrica que circula por unos electroimanes ubicados en la vía 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 eléctrica circula por un electroimán creado por un campo magnético que atrae a un pequeño martillo golpea una campanilla interrumpiendo el circuito, lo que hace que el campo magnético desaparezca y la barra vuelva a su posición. Este proceso se repite rápidamente y se produce el sonido característico del timbre.
Dinamo y motor de corriente continua: Un dinamo es un generador eléctrico destinado a la transformación de flujo magnético en electricidad mediante el fenómeno de la inducción electromagnética, generando una corriente continua
Motor eléctrico: Un motor eléctrico sirve para transformar electricidad en movimiento. Consta de dos partes básicas: un rotor y un estator. El rotor es la parte móvil y esta formado por varias bobinas. El estator es un imán 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 imán, se produce un movimiento de giro que se mantiene constante, mediante un conmutador, generándose una corriente alterna.
Transformador. Es un dispositivo que permite aumentar o disminuir el voltaje de una corriente alterna. Esta formado por dos bobinas enrolladas en torno a un núcleo o marco de hierro. Por la bobina llamada primario circula la corriente cuyo voltaje se desea transformar, produciendo un campo magnético variable en el núcleo del hierro. Esto induce una corriente alterna en la otra bobina, llamada secundario, desde donde la corriente sale transformada. Si el numero de espiras del primario es menor que el del secundario, el voltaje de la corriente aumenta, mientras que, si es superior, el voltaje disminuye
Relé: Es un dispositivo electromecánico. Funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes.
Fue inventado por Joseph Henry en 1835.
Dado que el relé es capaz de controlar un circuito de salida de mayor potencia que el de entrada, puede considerarse, como un amplificador eléctrico.
Electroimán: Es un tipo de imán en
el que el campo magnético se produce mediante el flujo de una corriente
eléctrica, desapareciendo en cuanto cesa dicha corriente.
En 1819, el físico danés
Hans Christian Ørsted descubrió que una corriente eléctrica que circula por un
conductor produce un efecto magnético que puede ser detectado con la ayuda de
una brújula. Basado en sus observaciones, el electricista británico William
Sturgeon inventó el electroimán en 1825. El primer electroimán era un trozo de
hierro con forma de herradura envuelto por una bobina enrollada sobre él.
Sturgeon demostró su potencia levantando 4 kg con un trozo de hierro de 200 g
envuelto en cables por los que hizo circular la corriente de una batería.
Sturgeon podía regular su electroimán, lo que supuso el principio del uso de la
energía eléctrica en máquinas útiles y controlables, estableciendo los
cimientos para las comunicaciones electrónicas a gran escala.
Parlante: Es un dispositivo para reproducir sonido desde un dispositivo electrónico.También es llamado altavoz, altoparlante, bocina, loudspeaker.
Convierte las ondas eléctricas en energía mecánica y ésta se convierte en energía acústica. Más técnicamente, es un transductor electroacústico que convierte una señal eléctrica en sonido.
Referencias
Física Conceptos y aplicaciones, Paul E. Tippens, Séptima
edición, McGraw Hill, 2011.
https://sites.google.com/site/timesolar/electricidad/electromagnetismo
https://www.youtube.com/watch?v=7v--feJO96Y
http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/magnet/induccion.html
http://blog.educastur.es/tecnoaller/files/2011/02/magnitudes-magneticas-copia.pdf
http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/conceptos-basicos/iv.-electromagnetismo
https://www.youtube.com/watch?v=5qDI3O-aKiw
https://www.ecured.cu/Campo_Magn%C3%A9tico_Terrestre
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/magnetic/MagEarth.html
https://prezi.com/tqcujejuzyvi/trayectoria-de-las-cargas-en-movimiento-dentro-de-un-campo-m/
http://unidad-6-y-7-fisica.wikia.com/wiki/Trayectoria_de_las_cargas_en_movimiento_dentro_de_un_campo_magn%C3%A9tico.
http://intercentres.edu.gva.es/iesleonardodavinci/Fisica/Electromagnetismo/Electromagnetismo10.htm
http://blogdefisicall.blogspot.mx/2010/11/fuerzas-magneticas-entre-corrientes.html
http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/magnet/fuerzamag2.html
http://fisicageneral301.blogspot.mx/2014/12/74-fuerzas-magneticas-entre-corrientes.html
https://www.youtube.com/watch?v=-jxOmY-TaJI
http://quintans.webs.uvigo.es/recursos/Web_electromagnetismo/electromagnetismo_leyes.htm#leylorentz
http://www.academia.edu/8271832/LEYES_DEL_ELECTROMAGNETISMO_fisica
http://electromagnetismounexpo.blogspot.mx/2011/10/andre-marie-ampere.html
http://leycircuitaldeampere.blogspot.mx/2013/05/ley-circuital-de-ampere.html
http://es.slideshare.net/DriverNet/inductancia-magnetica
http://fisicsite.blogspot.mx/2011/11/78-energia-asociada-con-un-campo.html
http://blogdefisicall.blogspot.mx/2010/11/energia-asociada-al-campo-magnetico.html
http://physics.stackexchange.com/questions/81597/energy-density-in-magnetic-fields
http://scienceworld.wolfram.com/physics/MagneticFieldEnergyDensity.html
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