Fe Óxido ferroso férrico. CAPÍTULO VIII Magnetismo. 8.1 Los imanes

Transcripción

1 CAPÍTULO VIII Magnetismo El término magnetismo proviene de Magnesia, antigua ciudad de Grecia donde fueron descubiertos hace más de 2000 años unas piedras (imanes) que tenían la propiedad de atraer limaduras (pedacitos) de hierro. En la actualidad, se sabe que esta propiedad es una manifestación de la electricidad en movimiento. Es decir, la fuente de las fuerzas magnéticas es el movimiento de partículas con carga (electrones). La fuerza eléctrica y magnética son dos realidades complementarias de una misma disciplina: el electromagnetismo. 8.1 Los imanes Son cuerpos que tienen la propiedad de atraer limaduras de hierro. Entre los cuerpos que poseen magnetismo de forma natural, tenemos la magnetita, mineral de hierro de fórmula química: Fe Óxido ferroso férrico El polo norte (positivo) señala al norte geográfico. Los imanes tienen regiones donde se concentra más su magnetismo (polos magnéticos). Al suspender un imán desde su centro de gravedad, éste se orienta en dirección geográfica norte/sur. 1

2 Los imanes tienen regiones donde se concentra más su magnetismo (polos magnéticos). Al suspender un imán desde su centro de gravedad, éste se orienta en dirección geográfica norte/sur. LaTierraesunpoderosoimáncuyo norte magnético se ubica cerca del sur geográfico. Por otro lado, en un imán sencillo, los polos norte y sur están en los extremos. Todo imán necesariamente presenta un polonorteysur El polo norte del imán (polo positivo) señala al norte geográfico. A dónde señala el polo sur (negativo)? Todo imán, sin importar su forma, tiene dos polos. Qué le sugiere la siguiente figura? Coméntela Cuando hacemos interactuar dos imanes, en forma experimental se cumple que: Los polos iguales se repelen y los polos opuestos se atraen Dicha fuerza de atracción es directamente proporcional a las intensidades de los polos e inversamenteproporcional al cuadrado de la distancia entre ellos. F = K m p. 1. p d 2 2 p i : cargas magnéticas (Weber o A.m - Ampere.metro ) d : distancia K m : µ/4π = 10-7 N/A 2, µ es permeabilidad magnética en el vacío. 2

3 8.2 El campo magnético Es la región del espacio que rodea a todo polo magnético y que posee propiedades magnéticas que se manifiestan con fuerzas de atracción o repulsión contra todo polo colocado en su interior. La intensidad del campo magnético (B) o inducción magnéticaes una magnitud vectorial definida como la fuerza que recibiría la unidad de carga magnética colocada en un punto del campo. Expresión dimensional del campo magnético: B = F p Unidad: Tesla (T) = 1 N/A.m o 1 Wb/m 2 Las líneas de inducción magnéticas salen del polo norte del imán y se dirigen hacia el polo sur. Éstas son líneas de fuerza cerradas a diferencia de los campos eléctricos. 8.3 El flujo magnético Es la magnitud escalar que indica el número de líneas de fuerza que atraviesa una superficie imaginaria. Qué le sugiere la siguiente figura? Coméntela. dφ B = B. da 3

4 8.4 Corrientes eléctricas y campos magnéticos El físico danés Oersted descubrió en 1820 que el movimiento de cargas eléctricas genera alrededor de éstas un campo magnético. Las líneas de campo envuelven al alambre según la regla de la mano derecha. Dibuje esta relación con un alambre conductor indicando el sentido de la corriente y del campo magnético Qué le sugiere las siguientes figuras? Coméntelas 4

5 Finalmente, si el alambre que conduce corriente se curva formando una espira (vuelta), las líneas del campo magnético se concentran alrededor de ella. Al aumentar la cantidad de vueltas o espiras, la intensidad del campo magnético de la bobina formada es apreciable. Observe la bobina de la figura. La bobina se convierte en electroimán 8.5 Fuerza magnética sobre conductores con corriente eléctrica Una corriente de partículas cargadas que se mueve a través de un campo magnético siente una fuerza desviadora. Si las partículas están en un conductor, el alambre será empujado por dicha fuerza. Analice en la figura el sentido del vector campo magnético, de la corriente y de la consecuente fuerza generada. Recuerde que el sentido de la fuerza viene dado por la regla de los tres dedos de la mano derecha. 5

6 8.6 Inducción electromagnética Faraday y Henri descubrieron en el s. XIX que, así como el magnetismo se produce gracias a la electricidad, se puede producir electricidad gracias a éste. Esto se logra solo con introducir y sacar un imán en un conductor en forma de bobina. No se necesitan baterías, solo el movimiento de un imán en la espira conductora. Este fenómeno de inducir voltaje al cambiar el campo magnético en una bobina de alambre se llama inducción electromagnética, que se resume en la Ley de Faraday: El voltaje inducido en una bobina es proporcional al producto del número de vueltas de la bobina por la rapidez con que el campo magnético cambia dentro de esas vueltas. El movimiento relativo entre un conductor (bobina) y un campo magnético (imán), induce (causa) voltaje. Finalmente, cuando el imán se acerca a la bobina se induce corriente cuyo campo magnético repele al imán. Cuando el imán se aleja, la corriente inducida produce un campo que atrae al imán. Así se deduce otra ley, la del físico ruso Lenz: La corriente inducida en la bobina tiene una dirección que produce una polaridad magnética que se opone al movimiento del campo magnético primario (imán). 6