MAGNETISMO Propiedad que tienen los cuerpos llamados imanes de atraer el... NATURALEZA DEL MAGNETISMO

MAGNETISMO
Propiedad que tienen los cuerpos llamados imanes de atraer el hierro, níquel y cobalto.
NATURALEZA DEL MAGNETISMO
Cada átomo se comporta como un pequeño imán, capaz de ejercer fuerzas sobre otros imanes y de ser a su vez
afectado por ellos. Se dice que cada átomo tiene asociado un momento magnético. Cada elemento químico
tiene un momento magnético (que incluso puede ser nulo) producido por los momentos magnéticos de las
partículas más elementales que lo constituyen (protones, neutrones, electrones). Describir un medio material
en las condiciones accesibles en un laboratorio no es, sin embargo, complicado dado que no es necesario tener
en cuenta todos los detalles, sino que es suficiente considerar la contribución de los electrones de la capa
externa de cada átomo.
En el caso de materiales con estructura cristalina, en el cual cada átomo ocupa un lugar determinado en una
red periódica, y que además no son conductores eléctricos, todos los electrones están fuertemente ligados a los
núcleos atómicos y no hay posibilidad de desplazamiento. En ellos los momentos magnéticos, igual que la
aguja de una brújula, pueden cambiar de orientación según el campo magnético externo en el cual se
encuentren inmersos. En tanto el comportamiento que se observa en estos sistemas se deba exclusivamente a
la orientación de los momentos, se dice que el material es un sistema puramente magnético. Un modelo útil
para describir estos sistemas magnéticos es el modelo de Heisenberg, en el cual los momentos magnéticos
están localizados en los sitios de una red periódica que representa la estructura cristalina del material y se usan
como variables relevantes las orientaciones de los momentos magnéticos individuales. En este, como en
cualquier otro sistema físico, el material adoptará la configuración (conjunto de orientaciones de sus
momentos magnéticos individuales) de menor energía posible.
Clasificación de los imanes
La mayoría de los imanes utilizados ahora son artificiales, pues se pueden fabricar una mayor intensidad
magnética que los naturales, además de tener mayor solidez y facilidad para ser modelados según se requiera.
No todos los metales pueden ser imantados y otros, aunque pueden adquirir esta propiedad, se desimantan
fácilmente, ya sea por efectos externos hoy en forma espontánea. Muchos imanes se fabrican con níquel y
aluminio; hierro con cromo, cobalto, tungsteno o molibdeno.
La imantación de un trozo de acero, como una aguja, unas tijeras o un desarmador, se hace fácilmente a flotar
unas doce veces cualquiera de ellos con un imán, desde el centro del cuerpo hasta la punta. Después de esta
operación cualquiera de ellos será un imán y podrá atraer limaduras de hierro, clavos, tornillos, alfileres o
clips. En la industria, una barra de metal se imanta al someterla a la acción de un campo magnético producido
por un solenoide en el que circula una corriente eléctrica. Si la barra es de hierro dulce, se imanta, pero la
imantación cesa al momento de interrumpir la corriente, por ello recibe el nombre de imán temporal.
Cuando la barra es de acero templado adquiere una imantación la cual persiste incluso después de que le
corriente eléctrica se interrumpe en el solenoide, con lo cual se tiene un imán permanente.
TRANSPARENCIA MAGNETICA
Al colocar limaduras de hierro sobre un papel, y se pasa un imán por debajo del papel, se observa como las
limaduras son arrastradas hacia el lugar donde se encuentra el imán debajo del papel. Este fenómeno se llama
transparencia magnética. La transparencia magnética es la propiedad que tienen algunos cuerpos de permitir el
paso de la atracción magnética, tales como el papel, el plástico y otros. Al ser colocados entre el imán y los
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cuerpos ferrosos o de hierro, permite que el imán los atraiga hacia él estos.
Permeabilidad magnética
Fenómeno presentan algunos materiales, como hierro dulce, en los cuales las líneas de fuerza de un campo
magnético pasan con mayor facilidad a través del material de hierro que por el aire o el vacío.
Esto provoca que cuando material permeable se coloca en un campo magnético, concentren mayor número de
líneas de flujo por unidad diaria y aumenta el valor de la densidad del flujo magnético.
La permeabilidad magnética de diferentes medios se representa con la letra griega (mu). La permeabilidad
magnética del vacío para fines prácticos se considera igual a la permeabilidad del aire.
La permeabilidad atlética del vacío tiene un valor en el SI de:
= 4 x 10−7 Wb/Am = 4 x 10−7 Tm/A
En el caso de aquellas sustancias que prácticamente no se imantan, el valor de su permeabilidad relativa es
menor de 1. Los materiales que sin ser ferromagnéticos logran imantar tienen permeabilidad relativa
ligeramente mayor a la unidad.
CAMPO MAGNÉTICO
Las líneas de fuerza producidas por un imán, ya sea de barra o de herradura, se esparcen desde el polo norte y
se curvan para entrar al sur. A la zona que rodea a un imán y en el cual se influencia puede detectarse recibe el
nombre de campo magnético.
Cuando un polo norte se encuentra cerca de uno sur, las líneas de fuerza se dirigen del norte al sur; cuando se
acercan dos polos iguales, las líneas de cada uno se alejan de las del otro.
Esto indica la ley de:
" Polos opuestos se atraen, polos iguales se repelen "
CONFIGURACIÓN DE LOS CAMPOS MAGNÉTICOS
Es la intensidad que se le desea dar a un campo magnético. Controlándolo por los átomos.
POLOS MAGNETICOS
William Gilbert (1540−1603), medico e investigador inglés, demostró con sus experimentos que la tierra se
comporta como un imán enorme por, tanto obliga a un extremo de los brújula apuntar al norte geográfico.
Gilbert nombró por lo que busca del norte al punto de la brújula que señala ese punto, y polo que busca de sur
al otro extremo; actualmente sólo se les llama polo norte y polo sur. También demostró que cuando un imán
se rompen varios pedazos, cada uno se transforma en un nuevo con sus dos polos en cada extremo.
Gilbert descubrió cómo interactúan los polos de los imanes y demostró que polos iguales se rechazan y polos
distintos se atraen. Realizó experimentos con trozos de hierro sin imantar y encontró que eran atraídos
indistintamente por los polos norte o sur. Finalmente, observó que la fuerza atracción o repulsión entre imanes
es mucho mayor en los polos.
LINEAS DE FUERZA MAGNETICA
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Deseasen hace un siglo el inglés Michael Faraday estudio los efectos producidos por los imanes. Observo que
un imán permanente y crece la fuerza sobre un trozo de hierro o sobre cualquier imán cercano, debido a la
presencia de un campo de fuerzas cuyos efectos se pueden sentir a través del espacio vacío. Faraday imaginó
que un imán salían y lo hacen crisis parecían, a éstos los llamó líneas de fuerza magnética. Estas líneas
encuentran los polos pues ahí es mayor la intensidad. Estas líneas esparcen desde el polo norte y se curvan
para entrar al sur.
LEY DE LOS POLOS
Esta ley también es conocida como: " la ley de Faraday ", la cual enuncia lo siguiente:
Polos opuestos se atraen, polos iguales se rechazan
Lo que nos da a entender, es que si ponemos, polo positivo con polo positivo se rechazarán, sin embargo si
ponemos polo negativo con polo positivo se atraerán.
LEY DE COULOMB
" La fuerza atracción o repulsión entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las
dos cargas inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa"
Esto quiere decir que si la distancia entre dos objetos cargados se reduce la mitad, la fuerza de atracción o
repulsión entre ellos se cuadruplicará.
TEORIA MOLECULAR DEL MAGNETISMO
Esta teoría es la de Weber que dice que las moléculas de las sustancias magnéticas son pequeños imanes que,
cuando están en estado natural, se encuentran en desorden, sin manifestar ningún magnetismo, pero que al
imantarse se orientan en la dirección norte − sur.
COMPORTAMIENTO MAGNÉTICO DE LOS MATERIALES
Ferromagnéticos.− son los materiales por los cuales las líneas de flujo magnético fluyen con mayor facilidad a
través del cuerpo que por el vacío. Este material se magnetizará con gran intensidad. Su permeabilidad
magnética será muy elevada y quedará comprendido desde algunos cientos a miles de veces la permeabilidad
del vacío. Ejemplos: hierro, cobalto, níkel, así como sus aleaciones.
Paramagnéticos.− son los materiales por los cuales las líneas del flujo más lo que pasan con más libertad que a
través del vacío. Este material se magnetiza, aunque no en forma muy intensa. Su permeabilidad magnética es
ligeramente mayor que la del vacío. Ejemplos: aluminio, litio, platino, iridio y cloruro férrico.
Diamagnético.− este tipo de material hace que las líneas de flujo magnético circulen más fácilmente en el
vacío que por el cuerpo. Este material no se magnetiza y puede ser repelido débilmente por un campo
magnético intenso. Su permeabilidad magnética relativa es menor a la unidad. Ejemplos: el cobre, plata, oro,
mercurio y bismuto.
PERMEABILIDAD MAGNETICA E INTENSIDAD DE CAMPO MAGNÉTICO
Permeabilidad magnética: fenómeno presente en algunos materiales, como hierro dulce, en los cuales las
líneas de fuerza de un campo magnético pasan con mayor facilidad a través del material de hierro que por el
aire o el vacío. Esto provoca que cuando material permeable se colocan un campo magnético, concentre un
mayor número de líneas de flujo por unidad diaria y aumente el valor de la densidad del flujo magnético.
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La permeabilidad magnética de diferentes medios se representa con la letra griega (mu). La permeabilidad
magnética del vacío para fines prácticos se considera igual a la permeabilidad del aire.
La permeabilidad atlética del vacío tiene un valor en el SI de:
= 4 x 10−7 Wb/Am = 4 x 10−7 Tm/A
En el caso de aquellas sustancias que prácticamente no se imantan, el valor de su permeabilidad relativa es
menor de 1. Los materiales que sin ser ferromagnéticos logran imantar tienen permeabilidad relativa
ligeramente mayor a la unidad.
INTENSIDAD DEL CAMPO MAGNÉTICO
Para un allegado, el rector intensidad del campo magnético es el cociente que resulta de la densidad del flujo
magnético entre la permeabilidad magnética del medio:
H= B por lo tanto B = H
Donde: H = intensidad del campo magnético para un medio dado, se mide en A/M.
B = densidad del flujo magnético, se expresa en teslas (T)
= permeabilidad magnética del medio, sumida es el tesla metro/A
INDUCCION MAGNÉTICA
Si un gran número de dominios se orientan en esa dirección, el material mostrará fuertes propiedades
magnéticas.
Esta teoría explica muchos efectos magnéticos observados en la materia. Por ejemplo, una barra de hierro no
magnetizada se puede trasformar en un imán simplemente sosteniendo otro imán cerca de ella.
DENSIDAD DE FLUJO MAGNÉTICO
El concepto propuesto por Faraday acerca de las líneas de fuerza, es imaginario, pero resulta muy útil para
dibujar los campos magnéticos y cuantificar sus efectos.
Una sola línea de fuerza equivale a la unidad del flujo magnético en el sistema CGS y recibe el nombre de
Maxwell. Esta unidad es muy pequeña, por lo tanto en el SI se utiliza el weber.
1 weber = 1x108 maxwells
Un flujo magnético que atraviesa perpendicularmente una unidad de área A recibe el nombre de densidad de
flujo magnético o inducción magnética.
Por definición: la densidad del flujo magnético en una región de un campo magnético equivale al número de
líneas de fuerza que atraviesan perpendicularmente ala unidad de área. Matemáticamente se expresa:
B = por lo tanto = BA
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A
B = Densidad del flujo magnético
= Flujo magnético
A = área sobre la que actúa el flujo magnético.
LEY DE LENZ
El fisico ruso Heinrich Lenz (1804−1865) enunció una ley sobre inducción magnética que lleva su nombre:
Siempre que se induce una fem, la corriente inducida tiene un sentido tal que tiende a oponerse a la causa que
lo produce.
De acuerdo con la ley, el sentido de la corriente inducida es contrario ante la corriente requerida para provocar
el movimiento del campo magnético que la ha engendrado.
LEY DE FARADAY
Con base en sus experimentos, Faraday enuncia la ley del electromagnetismo: la fem inducida en los circuitos
formados por un conductor, una bobina es directamente proporcional al número de líneas de fuerza magnética
cortadas en un segundo.
Esta ley se expresa matemáticamente como:
E=−f−i
T
Donde E = fem media
f = flujo magnético final
i = flujo magnético inicial
T = tiempo en que se realiza la variación de flujo en segundos
MOTOR ELECTRICO
El motor eléctrico es un aparato que convierte la energía eléctrica en energía mecánica. Un motor de corriente
continua o directa está constituido por una bobina suspendida entre los polos de un imán pronto a circular una
corriente eléctrica en la bobina, esta adquiere un campo magnético y actúa con un imán, por tanto, es
desplazada en movimientos de rotación, debido a la fuerza que hay entre los campos magnéticos. El motor de
corriente alterna de inducción es el más empleado gracias a su bajo costo de mantenimiento. En general, todo
motor eléctrico consta de dos partes principales: electro imán pues suele ser fijo y el circuito eléctrico que
puede girar alrededor de un eje.
TRANSFORMADOR
El transformador funciona por inducción magnética. Utiliza corriente alterna. Como ya sabemos este tipo de
corriente pueda aumentar o disminuir su voltaje fácilmente mediante un transformador. Éste eleva el voltaje
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de la corriente en las plantas generadoras de energía eléctrica y después lo reduce en los centros de consumo.
El principio del transformador se basa en inducción mutua.
GENERADOR ELECTRICO
El generador eléctrico es un aparato transformador energía mecánica en energía eléctrica. Está constituido por
un inductor elaborado base de electro imanes e imanes permanentes que producen un campo magnético y por
un inducido que consta de un núcleo de hierro al cual se le enrolla alambre conductor previamente aislado.
Cuando se le comunica al inducido un movimiento de rotación, los alambres conductores cortan las líneas de
flujo magnético, por tanto, se induce en ellas una fem.
En la mayoría de los generadores de la corriente continua el inductor que produce el campo magnético es fijo
y el inducido móvil.
BOBINA
Existen dos tipos de bobinas:
Bobina primaria: es la que está conectada a la fuente de voltaje de CA.
Bobina Secundaria: aquella donde la corriente es inducida.
Una bobina es un alambre enrollado en forma de espiral.
BIBLIOGRAFIA
Física General, Héctor Pérez Montiel − Publicaciones Cultural
Física Conceptos y aplicaciones, Tippens − MGraw Hill
Internet: Buscador Google.com
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