ENSEÑANZA MEDIA SUPERIOR FISICA III. Curso de Superación Integral para Jóvenes TABLOIDE

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1 ENSEÑANZA MEDIA SUPERIOR FISICA III Curso de Superación Integral para Jóvenes TABLOIDE Autores : Ms.C. José Mieres Orta Prof. Jorge Félix Jiménez Rivas CURSO ESCOLAR

2 F I S I C A III INTRODUCCION En este tabloide aparece el contenido referente a la Física del III Semestre del Curso de Superación Integral para Jóvenes. Contiene los temas correspondientes a Fenómenos térmicos y Termodinámica, Corriente eléctrica y Electromagnetismo. Sin menospreciar a la Mecánica, podemos decir que estas tres ramas de la Física son las que más han aportado y propiciado el vertiginoso desarrollo alcanzado por la sociedad moderna. Algo tan imprescindible para el hombre como los motores térmicos para el transporte de todo tipo; los pequeñísimos, ingeniosos y sofisticados dispositivos que forman parte de los efectos electrodomésticos, los microprocesadores, las computadoras y los teléfonos celulares; así como los complejos sistemas automáticos de control, son el fruto del desarrollo alcanzado por estas tres partes de nuestra ciencia. Sin embargo, está comprobado que el desarrollo insostenible propiciado por las sociedades de consumo se vuelve cada vez más irracional y que al afectar, no solo las condiciones elementales de vida en la Tierra, sino también, acelerar el agotamiento de los recursos naturales, pone en riesgo la existencia misma de la especie humana. Con la Revolución Energética que se llevara a cabo fundamentalmente este año 2006, Cuba apuesta por todo lo contrario: el ahorro, la eficiencia y el uso racional de los recursos con el menor impacto ambiental negativo posible, con lo cual se convertirá en referencia obligada y modelo energético racional y sostenible para el mundo. FENOMENOS TERMICOS Al estudiar en el semestre pasado en la unidad de Mecánica las leyes que rigen el movimiento de los cuerpos, no nos intereso la estructura y las propiedades

3 de los mismos, por eso adoptamos como modelo de estudio al punto material, obviando así las dimensiones de los mismos. Los cuerpos poseen masa y además interactúan y conocer esto es suficiente para estudiar su movimiento ya que el resultado de la acción de las fuerzas sobre ellos solo depende de estas propiedades. Sin embargo, es evidente que los cuerpos tienen toda una serie de otras propiedades que los diferencian entre sí y a las cuales están ligados muchos otros fenómenos naturales. Las propiedades de los cuerpos dependen de su estructura, de como están compuestos, de que fuerzas actúan entre sus partes. Es por eso que esta cuestión es una de las más fundamentales y ocupe un lugar central en la ciencia moderna. El descubrimiento de las leyes a que se subordinan los fenómenos térmicos, dentro de los cuales se encuentran la formación del rocío, la evaporación del agua y la condensación del vapor, entre otros, ha permitido utilizarlos en la práctica y en la técnica de manera eficiente. Los modernos motores térmicos, las técnicas modernas para la liquefacción de los gases y los aparatos refrigeradores y de climatización se construyen sobre la base de estas leyes. TEMPERATURA Comencemos por decir que este concepto ha evolucionado mucho a lo largo de la historia de nuestra ciencia, dado entre otras cosas a que el mismo es verdaderamente abstracto y peculiar. El instrumento más primitivo para tener una noción acerca de la temperatura lo es nuestra piel, ella puede informarnos más o menos cuan caliente esta el cuerpo que nos interesa. Por esto las fuentes de los primeros indicios sobre esta magnitud son la sensación de frío y calor. La temperatura es una magnitud intensiva y no extensiva como lo son el volumen y la longitud. Llenemos un tanque con el agua de varios cubos. La suma de los volúmenes del agua en cada cubo es igual al volumen del tanque,

4 sin embargo, la temperatura permanece igual, o sea, el volumen es una propiedad aditiva, se puede sumar y por eso es extensiva, pero la temperatura no, la ley de la adición no es aplicable a la temperatura. Por esto no tiene sentido medir la temperatura del agua en cada cubo y sumarla para hallar la total del agua en el tanque. Cómo medir entonces esta magnitud, si no se puede usar el método útil de la adición para las magnitudes extensivas? Responder la pregunta anterior costó mucho trabajo y llevo mucho tiempo. Hoy se conoce que la única manera de hacerlo es a través de otra magnitud que varíe junto con ella, como por ejemplo, la longitud de una columna de mercurio, lo cual es la base del instrumento que se utiliza para medirla: el termómetro. FOTO O ESQUEMA DE UN TERMOMETRO Corresponde a la fig 7.4 pag. 224 del L.T. de fisica 8vo. grado De esta manera es bueno que conozcas que el funcionamiento de este instrumento se basa en la ley cero de la termodinámica: la ley del equilibrio térmico y que sepas además que el termómetro indica su propia temperatura, pero que al estar en equilibrio térmico con el cuerpo que se estudia, tiene su misma temperatura. Ahora, Dependerá la velocidad y por tanto la energía con que se mueven las partículas que constituyen los cuerpos del grado de calentamiento de estos?. Analicemos el siguiente experimento. Si en el fondo de dos recipientes, uno con agua caliente y el otro con agua fría, se colocan sendos granitos de colorante, se puede observar que al transcurrir el tiempo el agua caliente se colorea con mayor rapidez. Fig.( ). Figura 1,1 Esta figura corresponde a la figura 7.1 pag. 221 del L: T. de 8vo grado

5 El experimento anterior confirma que mientras mayor es el grado de calentamiento de un cuerpo, mayor es la velocidad del movimiento desordenado de sus partículas Debido a lo anterior, a este movimiento se le llama: movimiento térmico y podemos expresar por tanto que: La temperatura es la magnitud física que caracteriza el grado de calentamiento de los cuerpos. Esta definición es perfectamente válida, pero considerando al cuerpo como un todo, macroscópicamente hablando. Pero, si queremos ser más rigurosos, tendremos que definir este concepto como lo hace la teoría cinético-molecular, respecto de lo cual vamos a ahorrar todo tipo de análisis y demostraciones. Esta teoría demuestra que: La temperatura es une medida de la energía promedio de las moléculas. Estas dos magnitudes se relacionan entre sí de la siguiente manera; E = 3 / 2 K T donde K = 1, J/K y recibe el nombre de constante de Boltzman. Las escalas más utilizadas para medir la temperatura son: la centígrada o Celsius cuya unidad es el C y la absoluta cuya uni dad es el Kelvin ( K ), en honor al científico Lord Kelvin. FOTO DE LORD KELVIN Y BREVE RESEÑA La relación entre las dos escalas anteriores es la siguiente: T = t + 273,15

6 La temperatura igual a 0 K se denomina cero absoluto y le corresponde t = - 273,15 C Resumiendo podemos decir que esta magnitud solo tiene sentido cuando se trata de un cuerpo macroscópico, ya que es el criterio para definir si un sistema está o no en equilibrio térmico con otros. Mide la energía promedio de todas las moléculas del cuerpo y por tanto carece de sentido hablar de la temperatura de una molécula. CALOR Si ponemos en contacto a dos cuerpos con diferentes temperaturas se verifica que la temperatura del cuerpo más caliente disminuye y la del cuerpo más frío aumenta. Es evidente que algo paso de un cuerpo a otro, lo cual provoca el cambio de sus estados termodinámicos y que el sentido en que ocurrió fue del cuerpo más caliente al cuerpo más frío pero, Qué fue lo que en realidad intercambiaron dichos cuerpos? Al estar relacionado este intercambio con la variación de la temperatura y no existir movimiento macroscópico ordenado de los cuerpos, podemos afirmar que lo intercambiado fue energía del movimiento o energía cinética de las partículas. Decimos entonces que estos cuerpos han cedido y absorbido simultáneamente cierta cantidad de calor o energía calorífica. FIGURA DE LAS DOS ESFERAS Pie de la figura. Cierta cantidad de calor o energía del movimiento térmico fluye de la esfera 1 a la 2, o sea, de la esfera más caliente a la más fría. Este

7 proceso termina cuando las temperaturas se igualen, es decir, con el equilibrio térmico. Este método mediante el cual ha cambiado el estado termodinámico de los cuerpos debido a la transmisión de energía, la cual ocurre en virtud de una diferencia de temperatura que no implica traslaciones macroscópicas, ni la aplicación de fuerzas se denomina: calor o calentamiento. Ahora; Cómo determinar la cantidad de calor cedida o absorbida por un cuerpo? Los experimentos demuestran que esta cantidad de calor ( Q ) es proporcional a la masa del cuerpo ( m), a la variación de temperatura ( At ) y que depende además del tipo de sustancia. De modo que: Q = c m At, donde c recibe el nombre de calor especifico y se interpreta como la cantidad de calor que hay que suministrar a 1 kg. de cierta sustancia para variar su temperatura en 1 C. Se debe tener en cuenta que cuando el cuerpo aumenta su temperatura Q >0 y cuando la disminuye Q < 0. TABLA DE CALORES ESPECIFICOS DE ALGUNAS SUSTANCIAS 8vo grado pag. Libro de Problema resuelto. En una caldera de hierro de masa 1 kg hay 4 kg de agua. Que cantidad de calor habrá que transmitir a la caldera para calentarla desde 25 C hasta 100 C? Solución Datos Agua Caldera M = 4 kg m = 1 kg T1 =25 C t1 = 25 C T2 = 100 C t2 = 100 C C = 1 kcal/kg C c = 0,11 kcal/kg C

8 At = t2 t1 = 100 C 25 C = 75 C Qa = c m At = 1 kcal/ kg C. 4 kg. 75 C Qa = 300 Kcal Qc = c m At =0,11 kcal/ kg C. 1 kg. 75 C Qc = 8,2 kcal Qt = Qa + Qc = 300 kcal + 8,2 kcal = 308,2 kcal Qt= 308,2 Kcal. 1.3 Procesos cuasiestáticos De forma general la termodinámica estudia las leyes que gobiernan los fenómenos térmicos desde un punto de vista macroscópico. De forma particular estudia los sistemas, los estados de estos y las magnitudes que lo caracterizan. Particular importancia tienen los cambios de estados que en estos sistemas tienen lugar y que reciben el nombre de procesos.existen tres magnitudes macroscópicas que describen perfectamente el estado de un sistema, a saber, la presión, el volumen y la temperatura. Pero sucede, que la termodinámica describe los sistemas en equilibrio, que son aquellos en los cuales las magnitudes microscópicas son independientes del tiempo. Entonces cuando ocurre un proceso de cambio de estado, se debe mantener en todo momento el equilibrio de sistema y esto solo se puede lograr si este se realiza muy lentamente de modo que el sistema tenga tiempo para que se igualen los valores de presión y temperatura en todo el volumen. Así las cosas, llamamos procesos cuasiestaticos a aquellos en los cuales el sistema esta todo el tiempo en equilibrio. Lo anterior implica que estos procesos sean además, reversibles. EL TRABAJO EN LA TERMODINAMICA Como hemos observado el cambio de estado de un sistema se produce mediante intercambio de energía y el otro proceso mediante el cual se puede

9 lograr variar dicho estado se llama TRABAJO MECANICO el cual podemos definir como: Mecanismo de transmisión de energía en virtud de la aplicación de fuerzas que impliquen traslaciones microscópicas. Veamos un ejemplo. Analicemos el sistema constituido por un gas en un cilindro bajo un embolo. Podemos variar el volumen, la presión y la temperatura de dicho gas moviendo el embolo hacia abajo. La fuerza F con la que actúa el embolo (llamémosle el medio) sobre el gas (llamémosle el sistema) realiza un trabajo igual pero de signo contrario al que realiza el gas sobre el embolo.(fig. ).Supongamos la presión del gas constante. Figura 1.2 Esta figura corresponde a la fig 3.1 pag 49 L.T. de 11 grado 1 parte. FIG. DEL EMBOLO Y LA GRAFICA DEL TRABAJO Figura 1.3 Esta figura corresponde a la fig. 3.2 pag 49 L.T. 11 grado 1 parte. De la figura se sigue que: W= F Ah pero F= PS De donde, W= PS h pero V= S h Y entonces, W= P V o W= P ( V 2 - V 1 ) El trabajo realizado por el gas tendrá el signo negativo (w < 0), durante la compresión y signo positivo ( W > 0 ), durante la expansión. A este trabajo se le puede dar una interpretación geométrica (fig.1.3), siendo este, equivalente al área rayada bajo la curva.

10 A partir del análisis de que el calor y el trabajo son dos vías para lograr el mismo propósito ambos se miden con la misma unidad: el Joule ( J ). James P. Joule Fis Físico inglés. n. en Manchester (1818 / 1889). Sus primeros trabajos tratan de la imanación del hierro por la corriente eléctrica. Trabajó en el cálculo del equivalente mecánico del calor. Enunció la ley homónima sobre la energía interna del gas perfecto. Hizo el cálculo de la velocidad de las moléculas y su dependencia de la velocidad. Su trabajo contribuyó a la enunciación de la Ley de conservación de la energía. EQUIVALENTE MECANICO DEL CALOR Con experimentos directos se muestra que el calentamiento de un cuerpo puede ocurrir sin comunicarle alguna cantidad de calor. Convencerse de ello no es difícil. Tome una goma corriente y frótela enérgicamente sobre un papel, acto seguido póngala en contacto con su mejilla y diga que sensación experimenta. Exactamente la goma se ha calentado apreciablemente. FIGURA DE UN TORNO O UN TALADRO Figura 1.4 Este y muchos otros experimentos similares muestran que igual calentamiento puede ser obtenido a partir de la transmisión de alguna cantidad de calor o de la realización de un trabajo. El calor al igual que el trabajo es una forma de variar la energía del sistema. La equivalencia entre la cantidad de calor y el trabajo fue rigurosamente demostrada solo después de realizar muchos, muy buenos y precisos experimentos a partir de los cuales se comprobó que en la liberación de calor a partir de trabajo, un trabajo de 4.19 J siempre está acompañado de la obtención de una cantidad de calor igual a 1 cal y viceversa, 1 cal permite obtener un trabajo de 4,19 J.

11 El numero 4.19 J/cal, se llama equivalente mecánico del calor y es el factor que reduce las unidades térmicas a las mecánicas. ENERGIA INTERNA La cantidad de calor involucrada en un proceso es equivalente al trabajo y por eso del mismo modo que el trabajo, ella representa una medida de variación de la energía, Pero, de qué energía? Al comunicarle a un cuerpo una determinada cantidad de calor o al cederla, no varía la energía mecánica del sistema. Si calentamos agua en una vasija, no varía por ello la velocidad del centro de masa del cuerpo, ni tampoco la energía potencial de interacción con otros cuerpos. Esto nos permite concluir que los cuerpos son portadores de un tipo de energía no macroscópica que se relaciona necesariamente con las partículas que lo componen y por esto llamaremos a esta energía, ENERGIA INTERNA y la definiremos como: La suma de la energía cinética media del movimiento. de todas las moléculas y la energía potencial de la interacción entre ellas. De esto se deduce que esta energía depende en general de la TEMPERATURA y del VOLUMEN. Así como los parámetros anteriores caracterizan al estado del sistema, se puede afirmar que la ENERGIA INTERNA define el estado del sistema. Puede ocurrir que una parte de la energía interna se transforme en energía mecánica proceso en el cual el sistema se enfría y su energía interna disminuye. Figura 1.5 Esta figura corresponde a la fig 3.3 pag. 52 L.T. 11 grado 1 parte

12 PRIMERA LEY (PRINCIPIO) DE LA TERMODINAMICA. Ya has estudiado con cierta profundidad, la ley de conservación de la energía mecánica total. Esta ley por ser la mas general de la naturaleza se puede generalizar a los fenómenos térmicos y fue la primera que ligo la energía mecánica con la energía térmica. Podemos formular esta ley de la siguiente manera: La variación de la energía interna ( AU ) al pasar el sistema de un estado a otro, mas el trabajo realizado por el sistema ( W ), es igual a la cantidad de calor ( Q ) recibido por el sistema. Matemáticamente, Q= W + AU Esta ley se llama Primer Principio de la Termodinámica y se podría enunciar también así: La cantidad de calor suministrado a un sistema termodinamico puede ser utilizado por este para variar su energía interna o realizar un trabajo o ambos. Al utilizar esta ecuación en la solución de ejercicios debemos tener en cuenta que: Q > 0 cuando el sistema absorbe calor y Q < 0 cuando lo cede. W > 0 cuando lo realiza el sistema sobre el medio y W < 0 cuando lo realiza el medio sobre el sistema. Cuando el sistema está aislado térmicamente del medio (proceso adiabatico) este no intercambia energía calorífica y por tanto Q = 0, entonces; Q= W + U y nos queda que U = - W o sea, la variación de energía interna solo puede tener lugar a cuenta del trabajo.

13 Cuando el sistema está aislado térmicamente y mecánicamente; Q = 0 y W = 0, entonces; Q = W + U y U = 0 o sea, la energía interna permanece constante. Es importante señalar que el calor y el trabajo determinan la variación de la energía interna del sistema, pero que no son idénticos a ella. Mientras la energía es una función del estado del sistema y por tanto depende solo de los valores iniciales y finales y no del camino recorrido durante el proceso; el calor y el trabajo si dependen de la vía seguida y por tanto, no caracterizan el estado del sistema, sino, al proceso de cambio de dicho estado. Debido a lo anterior no tiene sentido hablar del calor o del trabajo en un estado determinado. Figura 1.6 Esta figura corresponde a la figura 3.4 pag. 55 L.T. 11 grado 1 parte. Pie del diagrama: En los tres casos la U = U2 U1 o sea, tiene el mismo valor, mientras que el calor y el trabajo son distintos para cada proceso. Algunas aplicaciones del primer principio se relacionan con los procesos que ocurren en marmitas, autoclaves, ollas de presión, cafeteras, calderas de presión, etc. PROCESOS REVERSIBLES E IRREVERSIBLES. Hasta ahora, al hablar de los procesos de cambio de estado hemos considerado que todos ocurren muy lentamente. Por ejemplo, si la compresión de un gas en un cilindro ocurre suavemente, en cualquier momento se puede establecer un nuevo estado de equilibrio con nuevos valores de P y V. Estos procesos se llaman REVERSIBLES. Si después de una lenta compresión permitimos la expansión lenta del gas, entonces dicho gas pasara por los mismos estados de equilibrio que durante la compresión y volverá al estado inicial sin que se modifique el estado de los

14 cuerpos externos al sistema. Este tipo de proceso de cambio de estado es llamado PROCESO REVERSIBLE. De lo anterior sigue que los procesos que no cumplen con las condiciones anteriores se llaman PROCESOS IRREVERSIBLES. Un ejemplo de lo anterior es la compresión rápida del gas en un cilindro por medio de un pistón. En este caso el equilibrio termodinámico entre las distintas partes del gas se destruye y los valores de la temperatura y la presión son distintos en las diferentes partes. Fig. 1.6 Cilindro con embolo. Los procesos reales no ocurren infinitamente lentos y son por tanto IRREVERSIBLES, sin embargo, si estos se realizan suficientemente lentos se pueden considerar como REVERSIBLES. SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA. Este principio da el sentido de las posibles transformaciones de la energía y expresa la irreversibilidad de los procesos en la naturaleza. Ella fue conclusión directa de factores experimentales. Existen diferentes formulaciones de esta ley, las cuales expresan en esencia lo mismo, o sea, son equivalentes. Veamos dos de ellos. 1. Formulación del científico alemán Clausius. Rodolfo Clausius Fis Físico teórico alemán (1822 / 1888). Primero en formular con precisión el 2 do Principio de la Termodinámica. Se dedicó a los problemas de la capacidad calorífica de los gases poliatómicos y la conductibilidad térmica en los gases. Sus trabajos contribuyeron al desarrollo de las ide as estadísticas sobre los procesos físicos. Incursionó también en el

15 campo de los fenómenos eléctricos y magnéticos. Es imposible pasar calor de un sistema frío a uno caliente en ausencia de otros cambios en ambos sistemas o en los cuerpos que lo rodean De lo anterior se infiere el sentido definido de la transferencia del calor, que este pasa espontáneamente de los cuerpos calientes a los fríos, pero no al revés y que si se quiere lo contrario hacen falta otros cambios, por ejemplo la realización de trabajo; ( puedes explicar lo que ocurre en el caso del refrigerador?). William Thomson Fis Físico inglés. n. en Belfast (1824 / 1907).Sus trabajos se relacionan con la Electricidad y la Termodinámica de la que es uno de los fundadores. Fue el descubridor del fenómeno de la absorción calorífica, efecto Thomson.Formuló junto a Joule el principio que lleva sus nombres sobre la energía interna de los gases. Descubrió el cero absoluto y propuso la escala Kelvin de temperatura para uso científico. Es imposible que ocurra un proceso periódico cuyo único resultado sea la obtención de trabajo a cuenta de calor tomado de una fuente.. De lo anterior se desprenden una consecuencia que se puede expresar de dos formas diferentes Al obtener trabajo a partir de cualquier maquina térmica este no puede ser el único resultado del proceso y la práctica demuestra que hay otro: parte del calor utilizado pasa a la atmósfera. Dicho de otra manera; ningún motor térmico puede tener una eficiencia igual a la unidad, o sea, del 100%. Definimos entonces eficiencia térmica (η) así: η = W / Q donde W es el trabajo realizado por la maquina y Q es la cantidad de calor total utilizado.

16 La formula anterior se puede escribir también así: η = W /Q. 100% la cual ilustra mucho mejor su esencia. Unidad 2. Electricidad y magnetismo. La tecnología en base a esta ciencia. 2 Introducción El magnetismo es un fenómeno que se conoce desde la Antigüedad, asociado a la propiedad de atraer y repeler que presentaban diferentes piedras de forma natural, que constituyen imanes naturales, uno de ellos llamado magnetita. Se piensa que tanto el nombre del mineral como el de magnetismo provienen de una región de Grecia llamada Magnesia donde había minas de este material. A partir del siglo XII con la introducción de la brújula (inventada por los chinos antes de nuestra era) a la navegación, su uso se comienza a generalizarse. En 1600 el médico y físico inglés William Gilbert ( ) escribe un tratado (Del Magnetismo) donde recopiló toda la información conocida hasta la fecha sobre el tema, además de sus aportes al estudio del tema. William Gilbert. Médico y Físico inglés (1540 / 1603). Hizo el primer estudio detallado del magnetismo y demostró que además del ámbar, otros materiales pueden ser electrificados (1600). No es hasta principios del siglo XIX (en 1820) que Hans Christian Oersted ( ) pone de manifiesto la estrecha relación que existe entre ambos fenómenos, a través de los experimentos por él realizados. A partir de aquí es que se empieza a estudiar ambos fenómenos unidos y no en forma separada sin vinculación alguna.

17 DATOS BIOGRAGICOS: Hans Christian Oersted ( ), físico y químico danés, que demostró la existencia de un campo magnético en torno a una corriente eléctrica. Nació en Rudköbing y estudió en la Universidad de Copenhague. Fue profesor de física en esa universidad en En 1819 descubrió que una aguja imantada se desvía colocándose en dirección perpendicular a un conductor por el que circula una corriente eléctrica, iniciando así el estudio del electromagnetismo. Al parecer, también fue el primero en aislar el (1825) aluminio. En 1844 apareció su Manual de física mecánica. Microsoft Encarta La razón del estudio de esta relación, a pesar de haber pasado casi 200 años de su descubrimiento, es que están en la base de dos aplicaciones fundamentales de nuestra sociedad: el motor eléctrico (la obtención y distribución de la energía en gran escala de forma económica así como las máquinas en toda su amplitud) y la electrónica, que tiene hoy en día en la informática su campo de acción más abarcador y prometedor, pues es difícil encontrar una actividad industrial o manifestación cultural donde no se utilice. Esto ha llevado a un alto nivel de automatización, no solo de procesos industriales, sino de servicios que se prestan a la población (, tele selección en la telefonía, búsqueda de información, cajero automático etc.) Otro rubro donde el magnetismo es indispensable es en el uso de las cintas, tanto de audio como de video, así como los discos para las computadoras (CD). Estos basan su funcionamiento en el uso de la magnetización y sus efectos. La unión de la electrónica y la informática es la base de la robótica, la cuál cada vez penetra más en la toda la sociedad, para aliviar el trabajo pesado y / o realizar labores en condiciones desfavorables para el hombre (en las minas, en la construcción de túneles, en las profundidades del océano, los satélites artificiales, los vuelos espaciales tripulados, las naves automáticas enviadas a diferentes cuerpos del Sistema Solar, etc.). Otro de los elementos que conoces y que avala su estudio es el CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE el cual, además de servir para la navegación a través del uso de la brújula, es utilizado en la geología para el levantamiento y prospección de minerales. Este campo puede ser alterado por influjo de

18 emisiones del Sol y perturbar la radio y las telecomunicaciones, vital para el desarrollo de la sociedad actual. Con esta pequeña introducción pasemos al estudio del tema. 2.1 Fuerza magnética. Ya conoces de Sec. Básica y de tu experiencia que existe un campo magnético al igual que uno eléctrico, su existencia es real y se manifiestan ambos a través de los efectos que producen al interactuar con diferentes cuerpos. Uno de los efectos visibles es cuando hacemos pasar corriente por dos conductores paralelos entre sí, ya sean conectados en serie o en paralelo como se muestran en la figura 2.1 Figura 2.1 Esta figura se corresponde con la figura 7.2 a, b y c de las páginas 204 L. T. Física 11 grado segunda parte. En la figura 2.1 a los conductores están conectados en serie y el interruptor k está abierto por lo que no circula corriente por ellos. Se ve que aunque sobre ambos están actuando el campo gravitatorio terrestre así como el campo eléctrico producto de estar conectados a los polos de la batería, los efectos que pueden producir son muy débiles y no se observan. Al cerrar el interruptor k y circular la corriente por los conductores, entonces se observa que éstos se mueven separándose uno del otro (cuando las corrientes tienen sentido opuestos, se les llama antiparalelas) fig. 2.1 b y si las corrientes tienen el mismo sentido (se les llama paralela) entonces se mueven acercándose (fig. 2.1 c).

19 Si ahora montamos el circuito como en la figura 2.2, vemos que al cerrar el interruptor una de las ramas se mueve como si sobre esta actuara una fuerza paralela a las ramas del imán. Figura 2.2. Esta figura se corresponde con la figura 7.3 de la página 205 L. T. Física 11 grado segunda parte. Otros efectos son: En un tubo de rayos catódicos (un tubo de pantalla de TV) fluye un haz de electrones del cañón a la pantalla. Cuando se le acerca un imán se desvía de su dirección inicial. Si ahora le acercamos un conductor rectilíneo con corriente (fig. 2.3 a) o un enrollado hecho con un largo conductor por el que circula corriente (fig 2.3 b) vemos que se produce un efecto de desviación similar al provocado por el imán. Figura 2.3 Esta figura se corresponde con la figura 7.4 a y 7.4 b de la página 206 L. T. Física 11 grado segunda parte. Es importante señalar que todas estas interacciones ocurren sin el contacto directo de los cuerpos que participan en cada fenómeno, similar a como se producen las interacciones eléctricas y gravitatorias pero aquí el ente material que actúa se denomina campo magnético. Ya sabíamos que las partículas con carga eléctrica, cuando están en reposo, poseen a su alrededor un campo eléctrico, pero de las experiencias anteriores vemos que además poseen un campo magnético. Esto nos dice que ese campo magnético, de cada partícula en movimiento, interactúa solo con el campo magnético de la otra partícula que también se mueve. Esto explica porqué solo se observa el movimiento de los conductores cuando se cierra el circuito y circula corriente por éstos, figuras 2.1 b y c, 2.2 y 2.3. Cuando se estudió el campo magnético en la Sec. Básica se utilizó la aguja magnética y las limaduras de hierro para así obtener algunas de sus propiedades. En ese caso era con cuerpos en reposo. Para el campo eléctrico

20 se utilizó el mismo procedimiento, pero utilizando eléctrica que se denomina cuerpo de prueba en reposo. un cuerpo con carga Este procedimiento no solo permite obtener información cualitativa sobre el campo (su dirección y sentido) sino también información sobre el valor de la magnitud que lo caracteriza. En el caso del campo Eléctrico es: (2.1) r r F E = q Para el campo magnético se emplea un método similar pero las cargas de pruebas tienen que estar en movimiento. El método consiste en lanzar partículas cargadas con una velocidad v conocida sobre una región del espacio donde se desea comprobar la existencia o no del campo magnético. Si las partículas cargadas son desviadas esto confirma su presencia. La figura 2.4 a nos muestra el experimento, un tubo de rayos catódicos donde el haz electrónico no se desvía pues no hay presencia de campo magnético externo a él. En la figura 2.4 b se le acerca un enrollado por el que circula corriente y vemos que el haz se desvía. Es importante que se fije que la desviación es lateral con respecto a la trayectoria inicial del haz. En el experimento se comprueba que la fuerza que actúa sobre cada partícula cargada del haz se manifiesta siempre según una dirección perpendicular a la dirección de la velocidad con que ellas se mueven. Esto provoca que la trayectoria del haz se haga curvilínea. Este detalle es importante pues es la diferencia entre el comportamiento de las interacciones del campo magnético y el eléctrico y veremos después que implicaciones tiene. Figura 2.4 Esta figura se corresponde con la figura 7.5 de la página 208 L. T. Física 11 grado segunda parte. Si ahora movemos el enrollado con corriente (acercando y alejando), vemos que la desviación del haz de partículas cargadas varía aunque el valor de su velocidad (de las partículas) sea constante. Esto nos dice que en diferentes

21 puntos la fuerza magnética que actúa sobre las partículas cargadas es diferente y se necesita, al igual que en el campo eléctrico una magnitud que caracterice el campo magnético. Esta magnitud física, análoga al campo eléctrico, se denomina vector inducción magnética y se representa por la letra B r. Por analogía con los métodos de exploración B r se calcula mediante F B r r = max ( 2.2) qv Fíjese que la fuerza planteada es la máxima. En caso de que no lo sea, la ecuación se modifica para ese efecto y la F max se sustituye por F max sen Θ. Si cambiamos la dirección del enrollado con corriente vemos que el haz de partículas cargadas cambia también su desviación en el espacio, incluso si giramos el enrollado 180 grados vemos que la desviación del haz es en sentido contrario. Esto nos refuerza la idea del carácter vectorial del vector de inducción magnética. Las unidades en que se mide el vector inducción magnética es el Tesla (T), veamos a que es igual: 1 T = 1 N 1 C 1 m / s 2.2 Campo magnético. = 1 1 N A m Para poder definir ese carácter vectorial debemos saber su dirección y sentido, para ello utilizaremos el método denominado REGLA DE LA MANO DERECHA (Figura 2.5). Este consiste en disponer los dedos en línea con la dirección y

22 sentido del movimiento de las cargas eléctricas y el dedo pulgar de la mano en dirección y sentido de la fuerza. Entonces se giran los dedos 90 grados y queda definido la dirección y sentido del vector inducción magnética (siempre se gira en el ángulo que su valor sea de 0 a 90 grados). En caso de que las cargas fuesen negativas basta con buscar la dirección opuesta a la de la que se obtuvo para cargas positivas. En la práctica es girar la mano 180 grados. Figura 2.5 Esta figura se corresponde con la figura 7.7 de la página 210 L. T. Física 11 grado segunda parte. Observemos la figura 2.6 en la que hay un tubo de rayos catódicos el cual lanza electrones por su cañón y está inmenso dentro de dos bobinas por la que pasa corriente y genera un campo magnético en su derredor. Cuando se enciende el tubo de rayos catódicos solamente se observará como el haz de electrones es rectilíneo. Cuando se energizan las bobinas y la corriente se incrementa la trayectoria del haz de electrones se va curvando hasta que se cierra sobre sí misma. En la figura 2.7 se observa ese esquema donde las cruces representas las líneas de inducción del campo magnético que entran en la hoja (recuerde el convenio de vectores que se representan con un ( ) cuando salen perpendicular al plano y con una ( ) cuando entran perpendicular al plano). Fig. 2.6 Esta figura se corresponde con la figura 7.27 b de la página 227 L. T. Física 11 grado segunda parte. Fig. 2.7 Esta figura se corresponde con la figura 7.27 b de la página 227 L.T. Física 11 grado segunda parte. Como se ve en la figura 2.7 la V es perpendicular a la trayectoria, la cual es circular. La Fuerza F en perpendicular a las otras dos magnitudes y tiene la dirección del radio de la circunferencia. Esto nos dice que actúa como una fuerza centrípeta.

23 Por la segunda ley de Newton podemos plantear que F = m a. La Fuerza (F) es la fuerza magnética que es q v B sen Θ, la masa (m) es la masa del electrón y la aceleración será la aceleración centrípeta a = v 2 / r. Aquí Θ = 90 0 por lo que sen Θ será igual a 1 y la F = q v B. Por tanto v qvb= m r 2 F = ma queda así: mv r =, despejando r queda: qb Fíjese que el radio de la circunferencia depende no solo de los valores de v y B que son parámetros que se establecen mediante los equipos utilizados, sino también de las características específicas de la partícula cargada que forme el haz. La relación m / q es la relación carga - masa de la partícula. Por qué analizamos este experimento? Porque su resultado nos permite calcular la relación m / q de cualquier partícula que se haga pasar a través del campo eléctrico y después se desvíe por el campo magnético. Para cada partícula en cuestión donde su relación m / q sea diferente el radio de la circunferencia será y este es el principio de un equipo denominado espectrógrafo de masa. Figura 2.8 Esta figura se corresponde con la figura 7.28 de la página 228 L. T. Física 11 grado segunda parte. Analizando la figura 2.8 podemos percatarnos que, si medimos la distancia entre el punto de entrada de las partículas (partículas elementales o iones) y la posición de la huella en la placa y la dividimos entre dos tenemos el radio. Con estos datos ya se puede calcular la relación m / q de cada partícula; por lo que si medimos la carga (de la partícula o ión) por otro procedimiento tenemos la masa de la partícula. Recuerde que ud. controla los parámetros de V y B al planificar el experimento. 2.3 Fuerza de Lorentz.

24 Del análisis del espectrógrafo de masa se dará cuenta que las partículas se aceleran a través de un campo eléctrico, para lograr la velocidad deseada. Esto nos dice que si analizamos la fuerza que actuó sobre la partícula cargada esta sería: HENDRIK ANTOON LORENTZ ( ) r F r rr Eq + qvb = (2.3) A esta fuerza se le denomina fuerza de Lorentz. La cual nos plantea que cuando sobre la partícula actúan ambas fuerzas a la vez está en presencia de un campo electromagnético.. Figura 2.9 Algunos valores aproximados de campo magnético* A 10 cm de un conductor recto y largo (I = 1 A) T = 2µ T A 1 cm de un conductor recto y largo (I = 1 A) T = 20µ T En la superficie de la Tierra =20 60 µ T En la superficie de Júpiter T = 0, 4 mt En el interior de una bobina de 1000 espiras (I T = 1 mt = 1 A) Cerca de un pequeño imán de barra 0.01 T = 10 mt Cerca de un electroimán mediano 1.5 T En la superficie de una estrella neutrónica T = T *(Tomado del libro de 9no. Grado). Problema resuelto: 1.- Si lanzamos un haz de protones acelerados con una velocidad de 1,3 x 10 5 m / s. sobre un campo magnético de 0.01 T (10 mt). Halle el radio de la circunferencia en la cual rotan. Solución:

25 Datos: v = 1,3 x 10 5 m / s B = 0,01 T r =? Es un caso donde se aplica la fuerza de Lorentz, pues es una partícula cargada moviéndose dentro de un campo magnético. Pero fíjese que solo nos interesa la F m Fórmula : v qvb= m r 2 debo despejar r : r = mv qb, pero sucede que hay dos valores que tengo que buscar, pero que están como datos en cualquier libro de física que son la masa y la carga del protón. m p = 1,7 x kg y la q p = 1.6 x C. Ahora sustituyendo en la ecuación queda: (1,7 x kg) (1,3 x 10 5 m / s) 2,2 X kg m / s r = = (1.6 x C.) ( 10 2 T) 1,6 x C T r = 0,14 m. Como se ve es una magnitud fácil de medir. Ejercicios: 1.- Por qué si hace casi 200 años que se descubrió la relación entre la corriente y el campo magnético todavía se estudia en nuestras escuelas? 2.- Indaga en qué consiste la magnetización del agua. 3.- Qué efectos se pueden observar cuando interactúan el campo magnético con conductores por donde circula corriente? 4.- Explica el comportamiento de un haz de partículas cargadas cuando interactúa con un campo magnético. 5.- A qué se denomina vector de inducción magnética y cómo se calcula. 6.- Explica la regla de la mano derecha. 7.- Tiene alguna importancia el signo de la carga para el resultado de la pregunta anterior? Explica. 8.- A qué se denomina la Fuerza de Lorentz.

26 9.- Explica el funcionamiento del espectrógrafo de masa. Indaga que utilidad tiene En una sesión de trabajo con un espectrógrafo de masa donde se estuvo analizando la sustancia carbono, se vio que en la placa fotográfica (ver fig. 2.8) había varias marcas separadas unas de otras. Cómo explicar este resultado si la carga de cada partícula era de + 1 y la tabla periódica da una masa atómica de 12 unidades para el carbono? 11.- Piense si habrá alguna forma de ubicar dos conductor por los que circula corriente de tal forma que la interacción debido a la fuerza magnética asociado a éstos sea cero. Explique su respuesta. 2.4 Campo magnético para diferentes configuraciones con corriente eléctrica. Del estudio del campo eléctrico sabes que para describirlo en una región es necesario conocer sus características en cada punto de dicha región. Una de las formas es las líneas de fuerza del campo eléctrico. Para obtener la descripción del campo magnético utilizaremos el mismo procedimiento. Para el campo magnético trazamos por cada punto del espacio una curva cuya tangente coincida con la dirección del vector inducción magnética B. A estas líneas se les llama líneas de inducción magnética. Figura 2.10 Esta figura se corresponde con la figura 7.12 de la página 215 L. T. Física 11 grado segunda parte. Como se observa en la figura 2.10 b la densidad de las líneas de inducción, es decir, el número de éstas que atraviesan la unidad de superficie, se toma como la medida del valor de la inducción magnética. Sabes además de Sec. Básica que una de las formas de visualizar estas líneas es espolvorear limaduras de hierro en derredor del conductor con corriente. Ya en 9no. Grado estudiaste el conductor rectilíneo y la espira con corriente las

27 cuales tienen como patrones rectilíneo) y 2.11b (espira con corriente). lo mostrado en las figura 2.11a (conductor Figura 2.11 Esta figura se corresponde con la figura 7.13 a de la página 215 L. T. Física 11 grado segunda parte. Figura 2.12 Representa la corriente dentro de la espira y las líneas del campo magnético asociado a esta alrededor de la espira. Veamos ahora que sucede si unimos varias espiras una a continuación de la otra. A este aditamento se le denomina solenoide, es una bobina mas alargada que ancha. La interpretación de estos patrones está dada por el uso de la siguiente regla: - Se coge el conductor de tal forma que el dedo pulgar quede indicando el sentido convencional de la corriente; los restantes dedos al girarlos alrededor del alambre indicarán el sentido de las líneas de inducción. Esto es válido para cualquiera de los casos anteriores. Aplícalo a las figuras 2.12, 2.13 y 2.14.

28 Figura 2.13 Solenoide Figura 2.14 Esquema de un solenoide (corte transversal) y su campo magnético. Es bueno recordar que las líneas del campo eléctrico salen de la carga positiva y entran en la carga negativa. En el caso de las líneas de inducción magnética son curvas continuas y cerradas sobre sí mismas. Esto nos da una propiedad muy importante del campo magnético: no hay cargas magnéticas. ESTA ES UNA DIFERENCIA ESENCIAL CON EL CAMPO ELÉCTRICO Y UNA CONFIRMACIÓN DE LA ESTRECHA RELACIÓN QUE EXISTE ENTRE EL CAMPO MAGNÉTICO Y LAS PARTÍCULAS CARGADAS EN MOVIMIENTO. Al analizar la figura 2.14 vemos que hay elementos que pueden tomarse en cuenta para poder determinar el valor del vector inducción magnética estos son: La distancia del punto donde se calcule el campo al dispositivo con corriente. Fíjese en la densidad de las líneas según las distancias del centro del solenoide hacia afuera. La intensidad de la corriente que circula. Del medio donde esté sumergido la configuración en cuestión y por tanto donde queda sumergido el campo. Esto nos dice que no será el mismo valor en el vacío que en otro medio. El número de vueltas de las configuraciones espirales. Si se fija en la diferencia entre la espira y el solenoide verá como se incrementa la densidad de líneas a medida que se incrementa el número de espiras.

29 Esto nos lleva a plantear que la B r se podría calcular por las expresiones B = µ 0 i / 2 π a para el conductor rectilíneo. (2.4) B = µ 0 i / 2 π r para la espira (para el centro de la espira). (2.5) (Nota: para otro punto que no sea el centro de la espira la expresión se complica por la distancia de ésta a ese punto.) B = µ 0 i n / 2 π r para el solenoide (en el interior del solenoide). (2.6) - µ 0 : representa el medio donde está inmerso la configuración. - - i : es la corriente que fluye por el conductor - a: la distancia del conductor recto al punto donde se mide B - r : el radio de la espira y n : el número de vueltas (o espiras) del solenoide. Recuerde que estamos calculando su valor numérico por eso no aparece como vector la magnitud B r. En el caso de la espira y el solenoide el campo magnético asociado a la corriente que fluye por estos conductores se comporta como si fuera el campo magnético de un imán donde se puede delimitar un polo norte y un polo sur. Esto se puede comprobar si acercamos una aguja magnética a ambos y vemos como esta se alinea según la ley de atracción y repulsión de los polos. 2.5 EL CAMPO MAGNETICO TERRESTRE. En la introducción vimos que el uso de la brújula (una aplicación del campo magnético terrestre) ayudó a la navegación a partir del SXII.

30 Imán y limaduras Figura 2.15 Como ves la figura 2.15 es la foto de una barra imantada donde se aprecia como las limaduras de hierro configuran las líneas del campo y estas van de un polo al otro y se acumulan más en estos que en otras zonas. Esto nos dice donde es más intenso el valor del campo magnético. Por qué razón comenzamos por este conocimiento ya estudiado en Secundaria Básica si el tema es el campo magnético terrestre? La respuesta es que sus estructuras en cuanto a las líneas de inducción magnéticas y la disposición de los polos son iguales. Si buscamos la estructura del campo magnético terrestre vemos que coincide con el del imán. La figura 2.16 lo avala. Figura 2.16 Esquema del campo magnético terrestre. La diferencia estriba en que, como se observa en la figura, los polos del campo magnético terrestre son opuestos a los polos geográficos. Además no coinciden en las mismas posiciones sino que, en este momento, se encuentran próximos a los geográficos.

31 El estudio de la orientación magnética de las antiguas rocas y los minerales que contienen, ha proporcionado la información de que la orientación de los polos magnéticos ha cambiado durante el tiempo (hablamos de cientos de millones de años). Por ejemplo se plantea que en los últimos 100 millones de años ha cambiado de polaridad unas 170 veces. Todo este conocimiento ayuda a poder estructurar mejor las diferentes teorías que explican entre otras cosas la deriva de los continentes. Las teorías que tratan de explicar el origen del magnetismo terrestre se van transformando en la medida que se va conociendo mejor como es el interior de nuestro planeta. Una de las manifestaciones de la interacción del campo magnético terrestre con partículas cargadas procedentes del espacio son las llamadas auroras boreales, las cuales muchas de ellas se producen en fase con las manchas solares. Estas son visibles en las regiones polares (fig. 2.17) donde estas partículas cargadas que llegan a nuestro planeta, poseen una alta energía, e interactúan con gases de la atmósfera terrestre produciendo este bello espectáculo. Figura 2.17 Aurora Boreal. Fairbanks, Alaska 2.5 Motor Eléctrico. Fuerza de Ampere. Una de las razones planteadas al inicio del capítulo del porque del estudio del campo magnético es su aplicación a un equipo denominado motor eléctrico. Vamos a ver que todo lo que hemos estudiado hasta aquí se aplica para explicar el funcionamiento del motor eléctrico. Veamos el esquema del motor eléctrico.

32 Figura 2.18 Estructura interna del motor de corriente continua. El motor eléctrico utiliza el principio de hacer pasar corriente por una espira que se encuentra dentro de un campo magnético. La interacción de ambos provoca una fuerza. Esto ya lo vimos anteriormente (epígrafes 2.2, 2.3). Pero este equipo aprovecha esta fuerza para que gire las espiras montadas sobre un eje (figura 2.18). Si aplicamos la regla de la mano derecha a la fig 2.18 vemos que la fuerza está dirigida hacia abajo en la parte de la espira conectada al polo (+) de la fuente y hacia arriba en la otra parte que se conecta con el polo ( ) de esta. Este par de fuerzas provocan un movimiento de rotación en la espira. Claro que el motor tiene un grupo de espiras de forma que siempre hay alguna en la posición de la fig. 2.18, donde el valor de la fuerza aplicada es máximo. En las otras posiciones el valor de la fuerza no es máximo (recuerde la ecuación 2.2) Además mientras más espiras conforman el núcleo introducido entre los polos del imán, mayor será la fuerza total que actúa sobre todo el conjunto de espiras y mayor será la velocidad con que giren. Los otros elementos que contribuyen al aumento del par de fuerzas son la intensidad del vector de inducción magnética (esto depende de la potencia del imán utilizado) y la intensidad de la corriente que fluye por las espiras (depende de la fuente de corriente que se

33 utilice). Todo eso redunda en un aumento de la velocidad con que giran las espiras, sobre el eje en el que están montadas. Como se ve en la figura 2.19, si se acopla una correa y una polea al eje donde están montadas las espiras se puede aprovechar ese movimiento para hacer girar un equipo, o sea, para transmitir energía. Por tanto hemos convertido la energía del campo electromagnético en energía mecánica. Esta es la función de todo motor al cual se le asocia un eje. Piense ahora en cada motor eléctrico que ud. conozca y analice como funciona y verá que el principio es el mismo. Claro que tiene además otros aditamentos, como son: el sistema de arranque, evitar las molestias de la inducción (que se estudiará en el próximo capítulo), así como de los problemas derivados del rozamiento. Además los hay de corriente continua como el de la figura 2.18 y de corriente alterna en el que los polos de la corriente eléctrica se alternan constantemente. Pero en todos es el mismo principio, aprovechar la energía del campo electromagnético para mover un eje al que se le acopla un equipo para que desarrolle un movimiento mecánico. Figura 2.19 Motor de corriente continua. Las bases teóricas para el desarrollo de estas ideas se encuentran en el trabajo publicado por André Marie Ampere en En el cual estableció la relación matemática que hoy lleva el nombre Fuerza de Ampere.

34 F = ILBsenΘ (2.7) Donde: I es la corriente que circula por el conductor L es el largo del conductor B es el campo magnético asociado a la corriente Θ es el ángulo entre el conductor con corriente y el campo magnético. Andre M. Ampere ( ) Físico y matemático francés. Nacido en Lyon. Introdujo el concepto de corriente eléctrica, construyó la primera teoría del magnetismo, descubrió la interacción entre las corrientes eléctricas y estableció la expresión de la fuerza para estas interacciones, llamada hoy Fuerza de Ampere en su nombre. Trabajó en Mecánica, teoría de las probabilidades, Análisis Matemático, Química y Filosofía. Realizó el invento del galvanómetro, el electroimán y el telégrafo electromagnético. En 1948 se da nombre de amperio a la unidad de corriente. Figura 2.20 Si se comparan las fechas en el tiempo, se verá que Ampere no conocía la estructura atómica de la sustancia, pero su genio le permitió establecer la ecuación para calcular la fuerza. Después se encontró que la ecuación establecida por Ampere (2.7) se puede transformar en la expresión de la fuerza magnética (2.2) discutida en el epígrafe 2.1 para el nivel microscópico. Esto se puede demostrar, pero se va fuera de los objetivos de este curso. Ampere estableció la relación entre B y la corriente en una expresión que se conoce por Ley de Ampere, pero él era partidario de la acción a distancia y no de los campos. Maxwell ( ) después la reformula en función de las ideas de los campos magnéticos formulada por Faraday ( ). A partir de la ecuación conocida como ley de Ampere se puede obtener las ecuaciones 2.4, 2.5, y 2.6 para el campo magnético del conductor, la espira y el solenoide respectivamente. 2.6 Otras aplicaciones relacionadas con la interacción campo magnético y conductores con corriente.

35 Después de explicar el motor existen otras aplicaciones que basan su funcionamiento en la interacción entre el campo magnético y los conductores de corriente. Veamos algunas de ellas. Relé electromagnético. Este aditamento lo estudiaste en 9no. Grado. Figura 2.21 Esta figura corresponde a la figura 7.28 página 202 del libro de 8vo. Grado editado en Octubre de Como se observa de la figura 2.21 cuando pasa corriente por la bobina se crea un campo magnético y este atrae a la placa y cierra el circuito. Fíjese que dentro de la bobina hay un núcleo de hierro para incrementar el campo magnético. Cuando deja de pasar corriente por la bobina, desaparece el campo magnético, la placa se separa y el circuito se abre. Fíjese que la diferencia con el interruptor es que éste se acciona manualmente y el relé mediante el campo magnético. Hoy en día su uso esta generalizado a casi todas las ramas de la técnica. Su gran ventaja es que funciona con poca intensidad (corriente para la bobina) y sin embargo permite conectar y desconectar circuitos con corrientes de mayor intensidad. Por tanto, el conmutador permite que una corriente y tensión pequeñas controlen una corriente y tensión mayores. Ejercicios: 12.- Indaga en algunas de las teorías que buscan explicar el origen del campo magnético terrestre. 13- Busca ejemplos de equipos que funcionan con motores eléctricos y determina en que se convierte la energía electromagnética Busca equipos que posean algún tipo de relé electromagnético en su funcionamiento Compara la figura 2.22 con la estructura del relé electromagnético y busca una explicación a su funcionamiento.