domingo, 15 de abril de 2012

CAMPOS MAGNETICOS PRODUCIDOS POR UNA CORRIENTE


una corriente eléctrica crea a su alrededor un campo magnético al observar que una aguja imantada, colocada cerca de un conductor rectilíneo, se desvía de su posición de equilibrio norte-sur cuando por el conductor circula una corriente. Ello se debe a que esta última genera un campo magnético que interactúa con la aguja. Oerested encontró que la desviación de la aguja variaba de sentido cuando se invertía el sentido de la corriente, y mas tarde se pido determinar gracias a la contribución de Ampere, que el polo norte de la aguja imantada se desvía siempre hacia la izquierda de la dirección que lleva la corriente.

El campo magnético producido puede analizarse para su estudio como si se tratara del campo creado por un imán, de tal manera que sea posible obtener su espectro y observar sus defectos.

Campo magnético producido por un conductor recto.

 Para estudiar como es el campo magnético producido por un conductor recto en el cual circula una corriente eléctrica se procede de la siguiente manera: se atraviesa el conductor rectilíneo, con un cartón horizontal rígido. En el momento en    que circula la corriente por el conductor, se espolvorea al cartón con limaduras de hierro y se observa que estas forman circunferencias concéntricas con el alambre. La regla de Ampere nos señala el sentido de las líneas de fuerza, pero también podemos aplicar la regla de la mano izquierda: como la dirección del campo magnético depende del sentido de la corriente, se toma al conductor recto con la mano izquierda con el pulgar extendido sobre el conductor, este debe señalar el sentido en el que circula la corriente eléctrica y los cuatro dedos restantes indicaran el sentido del campo magnético.

Para determinar cual es el valor de la inducción magnética o densidad de flujo magnético (B)  a una cierta distancia d de un conductor recto por el que circula una intensidad de corriente I, se aplica la siguiente expresión:
B = _µI_
2πd


Donde:
B= inducción magnética o densidad de flujo magnético en un punto determinado perpendicular al conductor, se mide en teslas (T)
µ= permeabilidad del medio que rodea al conductor, se expresa en Tm/A
I= intensidad de la corriente que circula por el conductor, su unidad en el SI es el ampere (A)
D= distancia perpendicular entre el conductor y el punto considerado, se mide en metros (m)

Nota: Cuando el medio que rodea al conductor es no magnético o aire, la permeabilidad se considera como si se tratara del vacío, por lo tanto: µ=µo=4π x 10-7 Tm/A.

De acuerdo con la ecuación anterior se deduce que la intensidad de la corriente es directamente proporcional a la densidad del flujo y la distancia perpendicular del conductor es inversamente proporcional a la densidad del flujo.



Campo magnético producido por una corriente rectilínea indefinida de sección circular.

Apliquemos la ley de Ampère a una corriente rectilínea indefinida uniformemente distribuida en su sección y que circula a lo largo de un cilindro radio interior a.
  1. La dirección del campo magnético en el punto P es perpendicular al plano determinado por el eje de la corriente cilíndrica y el punto P, es decir, tangente a la circunferencia de radio r con centro en el eje y que pasa por el punto P.
     
  2. La simetría de la distribución de corrientes nos indica que el camino cerrado que tenemos que elegir es una circunferencia de radio r, centrada en el eje del cilindro y situada en una plano perpendicular al mismo. La circulación del campo magnético B a lo largo de dicha circunferencia tiene la misma expresión que para la corriente rectilínea
  3. 2p r
  1. Vamos a calcular ahora la intensidad que atraviesa la circunferencia de radio r (en color azul) en los dos casos siguientes.
  • r<a
4.-Como vemos en la figura, la intensidad que atraviesa la circunferencia de radio r<Res una parte de la intensidad total i.
5.-Aplicando la ley de Ampère
  • r>a
4.-La intensidad que atraviesa la circunferencia de radio r>R es i
5.-Aplicando la ley de Ampère

Campo magnético producido por un solenoide

            Un solenoide se obtiene al enrollar un alambre en forma helicoidal (acción llamada devanar). Cuando una corriente circula a través del solenoide, las líneas de fuerza del campo magnético generado se asemejan al campo producido por un imán en forma de barra. En su interior las líneas de fuerza son paralelas y el campo magnético es uniforme. Para determinar cual es el polo norte de un solenoide se aplica la regla de la mano izquierda: se coloca la mano izquierda en tal forma que los cuatro dedos señalen el sentido en el que circula la corriente eléctrica y el dedo pulgar extendido señalará el polo norte del solenoide. 

Para calcular el valor de la inducción magnética o densidad de flujo B en el interior de un solenoide, se utiliza la expresión matematica: 
B = NµI
       L


Donde:

B = inducción magnética en el interior de un solenoide, se mide en teslas (T)
N = número de vueltas o espiras
µ = permeabilidad del medio en el interior del solenoide, se expresa en Tm/A
I = intensidad de la corriente calculada en amperes (A)
L = longitud del solenoide medida en metros (m)

















INTENSIDAD DEL CAMPO MAGNETICO


Si lanzamos diversas partículas cargadas a un campo magnético, este ejercerá sobre ellas cierta fuerza magnética. Esta fuerza magnética es perpendicular al plano que forman los vectores velocidad y campo magnético. De esto, podremos comprobar que la fuerza magnética sobre una partícula es proporcional a su carga, a su velocidady al seno del ángulo que forma el vector campo magnético con la velocidad de la partícula, es decir que mientras más rápido se mueva una partícula cargada, mayor será la fuerza magnética ejercida sobre ella.
Todos estos efectos se han podido comprobar con tubos de rayos catódicos, parecidos a los que se usan en los televisores. En estos tubos, que son hechos al vacío, los electrones son producidos mediante el efecto termoiónico en un filamento caliente (cátodo) y aceleradas hacia una placa (ánodo) a potencial eléctrico más elevado; los electrones pueden atravesar esta placa porque es hueca en el medio. Pasado el ánodo, los electrones ya acelerados golpean a gran velocidad contra una pantalla fluorescente, donde producen una mancha en el punto de incidencia.






informacion recopilada de: html.rincondelvago.com/campo-magnetico.html

PROPIEDADES MAGNETICAS DE LOS MATERIALES


Propiedades de los materiales magnéticos:
Materiales Magnéticos: estos materiales son aquellos que poseen una forma especializada de energía que esta relacionada con la radiación electromagnética, y sus propiedades y estructura se distinguen de los demás por las características magnéticas que poseen.

Propiedades Magnéticas Macroscópicas: son producto de los momentos magnéticos asociados con los electrones individuales. Cuando el electrón gira alrededor del núcleo, se convierte en una carga eléctrica en movimiento, por lo que se genera un momento magnético. Cada electrón gira alrededor de si mismo creando un momento magnético.
El momento magnético neto de un átomo es la suma de los momentos magnéticos generados por los electrones. Si incluyen los momentos orbítales, de rotación, y el hecho de que los momentos pueden cancelarse.

En los átomos donde el nivel de energía de los electrones están completamente llenos, todos los momentos se cancelan. Estos materiales no puedes ser magnetizados permanentemente (Gases inertes y algunos materiales iónicos).
De acuerdo a sus propiedades magnéticas y cuando los materiales se someten a un campo magnético, estos se pueden clasificar en:
  • Diamagnéticos: los materiales diamagnéticos son `débilmente repelidos' por las zonas de campo magnético elevado. Cuando se someten a un campo, los dipolos se orientan produciendo campos magnéticos negativos, contrarios al campo aplicado. Los valores de susceptibilidad de estos materiales es pequeña y negativa y su permeabilidad próxima a la unidad. También estos materiales son una forma muy débil de magnetismo, la cual es no permanente y persiste no solamente cuando se aplica un campo externo.

  • Paramagnéticos: los materiales paramagnéticos son débilmente atraído por las zonas de campo magnético intenso. Se observa frecuentemente en gases. Los momentos dipolares se orientan en dirección al campo, y tiene permeabilidades próximas a la unidad y su susceptibilidad es pequeña pero positiva. Este efecto desaparece al dejar de aplicar el campo magnético.Es decir que el paramagnetismo se produce cuando las moléculas de una sustancia tienen un momento magnético permanente. El campo magnético externo produce un momento que tiende a alinear los dipolos magnéticos en la dirección del campo. La agitación térmica aumenta con la temperatura y tiende a compensar el alineamiento del campo magnético. En las sustancias paramagnéticas la susceptibilidad magnética es muy pequeña comparada con la unidad.

  • Ferromagnéticos: se caracterizan por ser siempre metálicos, y su intenso magnetismo no es debido a los dipolos. Este magnetismo puede ser conservado o eliminado según se desee, los 3 materiales ferromagnéticos son el hierro, el cobalto y el níquel. La causa de este magnetismo son los electrones desapareados de la capa 3d, que presentan estos elementos. Como se ha indicado, los materiales ferromagnéticos afectan drásticamente las características de los sistemas en los que se los usa. Los materiales ferromagnéticos no son `lineales'. Esto significa que las relaciones entre  no corresponden a líneas rectas. En realidad, lo que ocurre es más complicado e interesante; la relación entre
    y presenta el fenómeno de histéresis. Esto significa que, cuando se somete al material a un ciclo de operación, la magnetización (relación B-H) sigue una curva complicada. En general, se considera que el campo excitante es H(pues está directamente relacionado a la corriente). Puede entonces ocurrir que H=0, y tanto B como M sean distintos de cero: esto es lo que se conoce corrientemente como un imán.


TEORÍAS DEL MAGNETISMO


La teoría del magnetismo de la tierra dice que este núcleo actua como un gigantesco imán, gracias al cual pueden funcionar las brújulas por ejemplo. Esta es una de las primeras teorías del magnetismo descubiertas, fué formulada en el año 1600 y desde entonces es aceptada como un hecho comprobado infinidad de veces.
Hasta el siglo XIII el magnetismo no fue demasiado tenido en cuenta por la ciencia. Recién entonces los científicos comenzaron a preguntarse cómo funcionaba el fenómeno del magnetismo, hasta que recién en el siglo XIX se comenzó a estudiar el magnetismo. Fue James C. Maxwell quien completó elestudio del magnetismo y formuló las leyes que rigen este fenómeno.
Hoy en día es imposible estudiar el magnetismo y la electricidad de manera separada. El magnetismo es generado por el movimiento de cargas eléctricas, y la teoría de Maxwell logra unificar todas las teorías tanto de electricidad como de magnetismo que existían en ese momento.
Dentro de las ecuaciones de Maxwell está la Ley de Gauss, que fue propuesta originalmente por Carl Gauss. Esta teoría relaciona los campos magnéticos, sus fuentes y las cargas eléctricas. Puede ser aplicada sobre campos eléctricos o magnéticos estáticos o variables, y pone en evidencia la inexistencia de un polo magnético único e independiente. De acuerdo con esta teoría, no existe un polo positivo o negativo aislado.





INTENSIDAD DEL CAMPO MAGNÉTICO Y PERMEABILIDAD MAGNETICA


En fisica se denomina permeabilidad magnética a la capacidad de una sustancia o medio para atraer y hacer pasar a través de los campos magnéticos, la cual está dada por la relación entre la inducción magnética existente y la intensidad de campo magnetico que aparece en el interior de dicho material.
La magnitud así definida, el grado de magnetización de un material en respuesta a un campo magnético, se denomina permeabilidad absoluta y se suele representar por el símbolo μ:
μ = B
       H
donde B es la inducción magnética (también llamada densidad de flujo magnetico) en el material, y H es intensidad de campo magnético.

Los campos magnéticos generados por las corrientes y que se calculan por la ley de ampere o la ley de biot-savart, se caracterizan por el campo magnetico B medido en Teslas. Pero cuando los campos generados pasan a través de materiales magneticos que por sí mismo contribuyen con sus campos magnéticos internos, surgen ambigüedades sobre que parte del campo proviene de las corrientes externas, y que parte la proporciona el material en sí. Como prática común se ha definido otra cantidad de campo magnético, llamada usualmente "intensidad de campo magnético".





DENSIDAD DE FLUJO


La densidad de flujo magnético, visualmente notada como B, es el flujo magnético por unidad de área de una sección normal a la dirección del flujo, y es igual a la intensidad del campo magnético.La unidad de la densidad en el Sistema Internacional de Unidades es el Tesla.
Está dado por:
donde B es la densidad del flujo magnético generado por una carga q que se mueve a una velocidad v a una distancia r de la carga, y ur es el vector unitario que une la carga con el punto donde se mide B (el punto r).o bien donde B es la densidad del flujo magnético generado por un conductor por el cual pasa una corriente I, a una distancia r.Este campo B también se llama inducción magnética.
La fórmula de esta definición se llama Ley de Biot-Savart, y es en magnetismo la “equivalente” a la Ley de Coulomb de la electrostática: Sirve para calcular fuerzas de atracción-repulsión entre conductores atravesados por corrientes de carga.
El campo inducción, B, o densidad de flujo magnético (los tres nombres son equivalentes) es incluso mas importante en electromagnetismo que el propio campo magnetico H, y aparece en las ecuaciones de Maxwell con mayor relevancia que este.
Ecuaciones de Maxwell
Las ecuaciones de Maxwell son las ecuaciones que describen los fenómenos electromagnéticos. La gran contribución de James Clerk Maxwell fue reunir en estas ecuaciones largos años de resultados experimentales, debidos a Coulomb, Gauss, Ampere, Faraday y otros, introduciendo los conceptos de campo y corriente de desplazamiento, y unificando los campos eléctricos y magnéticos en un solo concepto: el campo electromagnético. De las ecuaciones de Maxwell se desprende la existencia de ondas electromagnéticas propagándose con velocidad vf:
El valor numérico de esta cantidad, que depende del medio material, coincide con el valor de la velocidad de la luz en dicho medio, con lo cual Maxwell identificó la luz con una onda electromagnética, unificando la óptica con el electromagnetismo.





MAGNETISMO TERRESTRE

El campo magnético de la Tierra (también conocido como el campo geomagnético) es el campo magnético que se extiende desde el núcleo interno de la Tierra hasta su confluencia con el viento solar, una corriente de partículas de alta energía que emana del Sol. Es aproximadamente el campo de un dipolo magnético inclinado en un ángulo de 11 grados con respecto a la rotación del eje, como si hubiera un imán colocado en ese ángulo en el centro de la Tierra. Sin embargo, a diferencia del campo de un imán de barra, el campo de la Tierra cambia con el tiempo porque en realidad es generado por el movimiento de las aleaciones de hierro fundido en el núcleo externo de la Tierra.El Polo Norte magnético se ¨pasea¨, por fortuna lo suficientemente lento como para que la  sea útil para la navegación. A intervalos aleatorios (un promedio de varios cientos de miles de años) el campo magnético terrestre se invierte (los polos geomagnéticos norte y sur cambian lugares con el otro) Estas inversiones dejan un registro en las rocas que permiten a los electromagnetismos calcular los movimientos pasados de los continentes y los fondos oceánicos como consecuencia de la tectonica de placas La región por encima de la ionosfera, y la ampliación de varias decenas de miles de kilómetros en el espacio, es llamada la magnetosfera. Esta región protege la Tierra de la dañina radiación ultravioleta y los rayos cósmicos.