viernes, 19 de noviembre de 2010

MAGNETISMO E IMANES

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INTRODUCCION

El estudio del magnetismo se remonta a la observación de “piedras” que se encuentran en la naturaleza (esto es, magnetita) atraen al hierro. Es posible establecer que todos aquellos fenómenos magnéticos cuando dos cargas están en movimiento, entre ellas surge una fuerza que se denomina fuerza magnética

HISTORIA DEL MAGNETISMO

Desde hace miles de años, se observó que cierta piedra (magnetita)
tenía la propiedad de atraer pequeños trozos de hierro; el estudio de
sus propiedades tomó el nombre de MAGNETISMO, nombre que proviene
de la antigua ciudad: Magnesia (Asia Menor) en donde abundaban
estas piedras.
Fue así que durante muchos años, el estudio de los fenómenos magnéticos
se limitó al análisis de las interacciones entre el imán y los metales (MAGNETOSTÁTICA).

Fueron probablemente los griegos quienes primero reflexionaron sobre las maravillosas propiedades de la magnetita, un mineral de hierro que incluso en estado natural posee una profunda atracción por el hierro. De hecho, Tales de Mileto alrededor del 600 a.C. ya habla del imán en forma detallada. Esto no excluye que éste ya se conociese en el resto del mundo. Por otra parte, Platón (428-348 a.C.) en su diálogo Ión hace decir a Sócrates que la magnetita no sólo atrae anillos de hierro, sino que les imparte un poder similar para atraer a otros anillos. De esta manera se forman cadenas de anillos colgados unos con respecto a otros. Estos son los llamados anillos de Samotracia, isla griega donde los mineros habían descubierto este fenómeno que en la actualidad llamamos magnetización por inducción. Diversas leyendas envuelven los orígenes del descubrimiento del magnetismo. De acuerdo con una de ellas, el pastor Magnes (de allí magnetismo) se quedó pegado a la tierra, ya que los clavos de sus zapatos fueron atraídos por la magnetita. Según otra versión, el nombre magnetismo viene de Magnesia, región de Grecia donde abunda el mineral. Otras leyendas nos hablan de estatuas de hierro suspendidas en el aire debido a su colocación en domos magnéticos.


desarrollo


A inicios de nuestra era, los chinos descubrieron que el imán podía ser

utilizado como instrumento de orientación, ya que al ser colocado horizontalmente

y suspendido de un hilo, dicho mineral se orientaba

aproximadamente en la dirección Norte-Sur.

En el siglo XVII Willian Gilbert investigó minuciosamente las propiedades

del imán y descubrió la existencia de zonas pertenecientes al

imán donde la atracción hacía el hierro se manifiesta con mayor intensidad,

a dichas zonas se les conoce como polos.

Posteriormente en el siglos XIX, el danés Hans Cristiam Oersted dió un

gran vuelco en el mundo de la Ciencia, descubrió experimentalmente

que toda corriente eléctrica o carga eléctrica en movimiento genera un

campo magnético; había iniciado el estudio del electromagnetismo.

Si hoy en día gozamos del uso del motor eléctrico, centrales hidroeléctricas,

equipos de sonido, electrodomésticos, se debe en gran parte al

aprovechamiento de la interacción que hay entre los campos eléctricos

y magnéticos.




MAGNETISMO

Es una parte de la física que estudia las propiedades

referentes al imán

¿ Que es un iman?
Un imán es un material que tiene la capacidad de producir un campo magnético en su exterior, el que es capaz de atraer al hierro, así como también al níquel y al cobalto.

Existen imanes de origen natural y otros fabricados de forma artificial. Generalmente, aquellos que son naturales manifiestan sus propiedades en forma permanente, como es el caso de la magnetita o Fe304. Los imanes artificiales se pueden crear a partir de la mezcla o aleación de diferentes metales. Otra forma de generar el magnetismo es mediante el principio que opera en los electroimanes
son cuerpos que tienen cierta fuerza de atraccion magnetica en los
naturales son aquellos images que son de la naturaleza y que no fueron hechos por el hombre, y los artificiales son los de fabricas o construidos por algun proceso de industrias.
Un imán (del francés aimant) es un cuerpo o dispositivo con un campo magnético (que atrae o repele otro imán) significativo, de forma que tiende a juntarse con otros imanes (por ejemplo, con campo magnético terrestre).


Partes de un imán
  • Eje magnético: barra de la línea que une los dos polos.
  • Línea neutra: Línea de la superficie de la barra que separa las zonas polarizadas.
Polos: Los dos extremos del imán donde las fuerzas de atracción son más intensas. Estos polos son, el polo norte y el polo sur; también denominados polos positivo y negativo, respectivamente, los polos iguales se repelen y los diferentes se atraen




IMÁN

Es aquel cuerpo que goza de dos propiedades fundamentales,

una de ellas consiste en atraer al hierro,

mientras que la segunda consiste en orientarse

aproximadamente en la dirección Norte – Sur geográfico

(cuando se encuentra libremente suspendido

o apoyado en el centro de gravedad).

Los imanes atraen algunas sustancias llamadas sustancias magneticas como el acero y el hierro en cambio no atraen a otras como la arena el cobre y la madera

Los imanes tiene dos polos llamados norte y sur los
Polos del mismo nombre se repelen y de distinto se atraen.

2. Si se aproxima una varilla de hierro a un imán se induce y adquiere propiedades magnéticas.

3. Con el calor se pierden las propiedades magnéticas.

Existen imanes de origen natural y otros fabricados de forma artificial. Generalmente, aquellos que son naturales manifiestan sus propiedades en forma permanente, como es el caso de la magnetita o Fe304. Los imanes artificiales se pueden crear a partir de la mezcla o aleación de diferentes metales. Otra forma de generar el magnetismo es mediante el principio que opera en los electroimanes, cuyo artículo también puedes leer en este sitio.

La característica de atracción que poseen los imanes se hace más potente y evidente hacia sus extremos o polos, los que son denominados norte y sur, ya que tienden a orientarse a los extremos de nuestro planeta, ya que sus polos son imanes naturales gigantes. Así como sucede con los imanes, debido a los polos, en la Tierra, el espacio en el que se manifiesta la acción de los enormes imanes se denomina campo magnético. Éste se representa a través de líneas de fuerza. Las líneas de fuerza son trazos imaginarios de van de polo a polo, de norte a sur por fuera del imán y en sentido contrario por su parte interna



Polos de un Imán

Es el nombre dado a aquellas zonas donde la atracción

ejercida sobre el fierro se manifiesta con mayor

intensidad. Todo imán puede tener varios polos

pero como mínimo tiene dos, a los que se le

denomina: Polo Norte (al extremo dirigido hacia

el Norte geográfico) y Polo Sur (al extremo dirigido

hacia el Sur geográfico). Las limaduras de hierro

indican donde están los polos de un imán.



Modelo Teórico del Imán


En realidad se puede asumir un modelo teórico del

imán, en el cual se puede considerar que dicho

imán está compuesto por un gran número de imanes

elementales o dipolos magnéticos, los cuales

están conformados por dos polos magnéticos (N y

S) en forma ordenada.


PÉRDIDAS DE LAS PROPIEDADES


MAGNÉTICAS DE UN IMÁN


Todo imán puede perder sus propiedades magnéticas

debido fundamentalmente a dos motivos.


A) Si se golpea repetidamente provocando vibraciones

que dan lugar a un cierto desorden

molecular.



B) Si se calienta hasta alcanzar una temperatura

adecuada denominada “Temperatura de

Curie”, el nombre en honor a Pierre Curie,

quien descubrió este efecto; así tenemos que,

para el hierro es 750 °C, para el níquel 350 °C,

para el cobalto 1 100 °C.

OBSERVACIONES

En adelante se supondrá la existencia de polos

magnéticos separados (cargas magnéticas) este

modelo servirá para visualizar con facilidad el

estudio del magnetismo.

Sin embargo, es necesario aclarar que una carga

magnética no existe.



LEYES DE LA MAGNETOSTÁTICA



Ley Cualitativa

“Polos magnéticos del mismo nombre se repelen

y polos magnéticos de nombres diferentes se

atraen”.

carga magnética

de Polo Sur

carga magnética

de Polo Norte

Amperemetro = A-m

Unidad de q* en el S.I.


Ley Cuantitativa (Ley de Coulomb)


La fuerza magnética de atracción o repulsión que

existe entre dos cargas magnéticas, es directamente

proporcional al producto de sus cargas magnéticas,

e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia

que las separa”.





Primera piedra de iman

Magnetismo

Los fenómenos magnéticos fueron conocidos por los antiguos griegos. Se dice que por primera vez se observaron en la ciudad de Magnesia en Asia Menor, de ahí el término magnetismo. Sabían que ciertas piedras atraían el hierro y que los trocitos de hierro atraídos, atraían a su vez a otros. Estas se denominaron imanes naturales.
video

Fue Oersted quien evidenció en 1820 por primera vez que una corriente eléctrica genera un campo magnético a su alrededor. En el interior de la materia existen pequeñas corrientes cerradas al movimiento de los electrones que contienen los átomos; cada una de ellas origina un microscópico imán. Cuando estos pequeños imanes están orientados en todas direcciones sus efectos se anulan mutuamente y el material no presenta propiedades magnéticas; y en cambio, si todos los imanes se alinean, actúan como un único imán y en ese caso decimos que la sustancia se ha magnetizado.


Propiedades de los imanes


Un imán es un material que tiene la capacidad de producir un campo magnético en su exterior, el que es capaz de atraer al hierro, así como también al níquel y al cobalto.




Tipos de imanes

Los imanes pueden ser: naturales o artificales, o bien, permanentes o temporales.
Un imán natural es un mineral con propiedades magnéticas.
Un imán artificial es un cuerpo de material ferromagnético al que se ha comunicado la propiedad del magnetismo  Un imán permanente está fabricado en acero imanado.
Un imán temporal, pierde sus propiedades una vez que cesa la causa que provoca el magnetismo.
Un electroimán es una bobina (en el caso mínimo, una espira) por la cual circula corriente eléctrica. 




Polos magnéticos

Tanto si se trata de un tipo de imán como de otro, la máxima fuerza de atracción se halla en sus extremos, llamados polos. Un imán consta de dos polos, denominados polo norte y polo sur, o, alternativamente, polo positivo y polo negativo. Los polos iguales se repelen y los polos distintos se atraen.
No existen polos aislados (monopolo magnético), y por lo tanto, si un imán se rompe en dos partes, se forman dos nuevos imanes, cada uno con su polo norte y su polo sur, aunque la fuerza de atracción del imán disminuye.
Entre ambos polos se crean lineas de fuerza, siendo estas líneas cerradas, por lo que en el interior del imán también van de un polo al otro. Como se muestra en la figura, pueden ser visualizadas esparciendo limaduras de hierro sobre una cartulina situada encima de una barra imantada; golpeando suavemente la cartulina, las limaduras se orientan en la dirección de las líneas de fuerza.










CAMPO MAGNÉTICO

Es el espacio que rodea a una carga magnética, el
cual se manifiesta mediante fuerzas magnéticas
hacia trozos de hierros u otras cargas magnéticas.
Una parte de la historia del electromagnetismo se monta a los chinos

TEORÍA ELECTROMAGNÉTICA


A finales del siglo XVIII y principios del XIX se investigaron simultáneamente las teorías de la electricidad y el magnetismo. En 1819, el físico danés Hans Christian Oersted llevó a cabo un importante descubrimiento al observar que una aguja magnética podía ser desviada por una corriente eléctrica. Este descubrimiento, que mostraba una conexión entre la electricidad y el magnetismo, fue desarrollado por el científico francés André Marie Ampère, que estudió las fuerzas entre cables por los que circulan corrientes eléctricas, y por el físico francés Dominique François Arago, que magnetizó un pedazo de hierro colocándolo cerca de un cable recorrido por una corriente.
En 1831, el científico británico Michael Faraday descubrió que el movimiento de un imán en las proximidades de un cable induce en éste una corriente eléctrica; este efecto era inverso al hallado por Oersted. Así, Oersted demostró que una corriente eléctrica crea un campo magnético, mientras que Faraday demostró que puede emplearse un campo magnético para crear una corriente eléctrica.

EL HECHO BÁSICO DEL ELECTROMAGNETISMO
Es posible establecer que todos aquellos fenómenos magnéticos cuando dos cargas están en movimiento, entre ellas surge una fuerza que se denomina fuerza magnética.
Cuando dos cargas eléctricas se encuentran en reposo, entre ellas existe una fuerza denominada electrostática.
Todas las manifestaciones de fenómenos magnéticos se pueden explicar mediante esta fuerza existente entre cargas eléctricas en movimiento. De manera que la desviación en la aguja del experimento de Oersted, se debió a la existencia de dicha fuerza, también ésta es la responsable de la orientación de la aguja magnética en la dirección Norte-Sur; La atracción y repulsión entre los polos de los imanes incluso una consecuencia de esta fuerza magnética. 







EL EXPERIMENTO DE OERSTED

En 1982 mientras trabajaba en su laboratorio Oersted montó un circuito eléctrico y lo coloco cerca de una aguja magnética, al no haber corriente en el circuito (circuito abierto) la aguja se ubicaba en le dirección norte - sur. Las ramas del circuito deben colocarse en forma paralela a la aguja. Quiere decir que se debe orientar en la dirección norte-sur.


Al establecer una corriente en el circuito, Oersted observó que la aguja magnética se desviaba, tendiendo a orientarse en dirección perpendicular al conductor AB, al interrumpir el paso de la corriente, la aguja volvía a su posición inicial en la dirección Norte-Sur. Estas observaciones realizadas por Oersted demostraron que una corriente eléctrica podía actuar como si fuese un imán, originando desviaciones en una aguja magnética. Así se observo por primera vez que existe una relación estrecha entre la electricidad y el magnetismo: una corriente eléctrica es capaz de producir efectos magnéticos.


LEY DE FARADAY
Para algunas leyes físicas, es difícil encontrar experimentos que conduzca de una manera directa y convincente a la formulación de la ley de Gaus, por ejemplo fue esbozándose lentamente como el factor común con cuya ayuda todos los experimentos electrostáticos podían interpretarse y correlacionarse.
La ley de inducción electromagnética de Faraday que es una de las ecuaciones fundamentales de electromagnetismo.
Algunos de Los experimentos fueron llevados por Michael Faraday en Inglaterra en 1813 y por, Joseph Henry en los Estados Unidos aproximadamente en la misma época.
Se tienen las terminales de una bobina conectada en un galvanómetro normalmente no seria de esperarse que este instrumento se desvía debido a que no hay fuerza electromotriz en este circuito pero si se introduce un imán recto en la bobina con su polo norte dirigiéndose a ella, ocurre una cosa notable mientras que el imán se va moviendo, el galvanómetro se desvía, poniendo de manifiesto que esta pasando una corriente por la bobina. Si el imán se sostiene fijo con respecto a la bobina, el galvanómetro no se desvía si el imán se mueve alejándose de la bobina el galvanómetro se desvía pero en sentido contrario, lo cual hay que decir que la corriente en la bobina está en sentido contrario si se usa el extremo del polo sur de un imán en lugar de extremos norte el experimento resulta igual pero las desviaciones son exactamente al contrario.
Otros experimentos muestran que lo que importa es el movimiento relativo del imán y de la bobina no importa que el imán se mueva hacia la bobina o la bobina hacia el imán.
La corriente que aparece en este experimento se llama corriente inducida y se dice que es producida por una fuerza electromotriz inducida. Faraday pudo deducir de experimentos como esta la ley que da su magnitud y dirección.





CORRIENTE ALTERNA
Una de las más importantes aplicaciones de los fenómenos de indicción electromagnética es la producción, en escala industrial, de energía eléctrica la que se lleva a cabo mediante los generadores electromagnéticos, fundados en la corriente inducida originaria en un conductor que se mueve, en el campo magnético de un inductor. En esta forma, la energía mecánica se transforma en energía eléctrica.
Un generador electromagnético produce una energía eléctrica por transformación de la energía mecánica aplicada a un conductor inducido que se mueve en el campo magnético de un inductor.
Se trata de producir una variación del flujo magnético, lo que se consigue moviendo con gran rapidez un conductor en un campo magnético de manera que corte un numero de líneas de fuerza variable con el campo.


SOLENOIDES


Es un sistema de corrientes circulares, aisladas, paralelas y equidistantes unas de otras. El solenoide así definido se materializa por medio de una serie de espiras de alambre enrolladas en forma helicoidal sobre un cilindro de material aislante. Haciendo pasar una corriente por las espiras, se establece en el interior del solenoide un campo magnético intenso y aproximadamente uniforme.
Para lograr un campo magnético de mayor intensidad, se introduce en el interior del solenoide un núcleo de material ferromagnético. El solenoide así constituido, se comporta como un imán mostrando una polarización muy definida.
Por tratarse de un imán debido al campo magnético de una corriente se le denomina electro-imán, y tiene numerosas aplicaciones entre las cuales la más casera es servir de base para un timbre.


¿QUÉ ES CAMPO MAGNÉTICO?


Se puede definir el campo magnético como la región del espacio donde se manifiestan acciones sobre las agujas magnéticas.
Una carga en movimiento crea en el espacio que lo rodea, un campo magnético que actuara sobre otra carga también móvil, y ejercerá sobre esta ultima una fuerza magnética.

CAMPO DE FUERZAS MAGNÉTICAS
Las limaduras y alfileres de hierro, dejados sobre una mesa, se mueven cuando se les acerca un imán. Si dicho imán se acerca a una brújula, la aguja se desvía estas y otras más demuestran que el espacio alrededor del imán adquiere propiedades especiales, ya que el imán es capaz de ejercer fuerzas en su entorno, es decir, el imán crea un campo de fuerzas. Según esto, en el campo gravitatorio la fuerza se manifiesta sobre una masa, y en el campo eléctrico sobre una carga eléctrica. En el campo magnético no se dice sobre un polo magnético, sino sobre una aguja magnética o limaduras que siempre poseen dos polos. Esto es debido a que si se parte una aguja magnética o cualquier otro imán por su línea neutra, se comprueba que cada una de las partes se comporta como un nuevo imán.
Si se siguen subdividiendo los nuevos imanes, todos los fragmentados obtenidos actúan como un imán, con sus polos norte y sur bien diferenciados. Es decir en un imán no es posible separar dos polos magnéticos. Se puede definir el campo magnético como la región del espacio donde se manifiestan acciones sobre las agujas magnéticas
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FLUJO MAGNÉTICO
Un campo magnético puede representarse por medio de las líneas de inducción. Por convenio, el número de estas líneas por unidad de superficie normal a su dirección, mide el valor de la intensidad del campo magnético. El número total de líneas de inducción que atraviesan una superficie se denomina flujo.


ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS
Según Faraday, un campo magnético variable, induce un campo eléctrico también variable, como en electrostática se hace hincapié de que toda carga eléctrica en reposo crea a su alrededor un campo eléctrico ,cuya intensidad difiere en cada punto.
El científico Maxwell, basado en consideraciones puramente teóricas, sospecho que seria posible demostrar que un campo eléctrico variable debería inducir un campo magnético también variable ,semejante al creado por cargas eléctricas en movimiento , como lo demostró en el experimento de Oersterd.
Se supone que se carga un condensador por un procedimiento cualquiera como en el siguiente ejemplo uniendo sus placas a los bornes de una pila eléctrico como se muestra.
A medida que el condensador se va cargando, el campo eléctrico entre sus placas va variando y como resultado de esta variación del campo eléctrico aparece un campo magnético, cuya existencia se puede comprobar.



LA ELECTRICIDAD Y EL MAGNETISMO, BASES PARA LA TRANSMISIÓN DE MENSAJES
La evolución de las redes de telecomunicación ha dependido del desarrollo de materiales conductores, la explotación del espectro radioeléctrico y el diseño de artefactos para generar y recibir radiaciones. Por ello, las telecomunicaciones son fruto de los cambios de la física desde antes de la primera revolución industrial, aunque su desarrollo se hace presente desde el siglo XIX. Los aportes científicos y tecnológicos de la electrónica, microelectrónica, ciencia de materiales y el espacio, óptica, cibernética, entre otros, ya en el siglo XX incidieron directamente en el perfeccionamiento de las primeras redes y la diversificación de servicios.



EL DESCUBRIMIENTO DE LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS, SUSTENTO PARA LA TRANSMISIÓN INALÁMBRICA
El descubrimiento que revolucionó la comunicación telegráfica y telefónica fue la aplicación de la radioelectricidad a estos dos tipos de telecomunicación a finales del siglo XIX, mismo que permitió la transmisión telegráfica inalámbrica, facilitó la comunicación entre largas distancias y ahorró la construcción de extensas redes de hierro galvanizado o cobre. Hasta el siglo referido, prevalecía aún la idea newtoniana de la luz como emisión de partículas de un foco emisor; cuando se superó ese paradigma de la física, aparecieron descubrimientos sucesivos que sentaron las bases para la telegrafía y la telefonía sin hilos.




OTRAS APLICACIONES DEL ELECTROMAGNETISMO
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.
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.



CONCLUSIÓN
En la investigación de este trabajo “ del magnetismo” nos dimos cuenta que muchos aparatos eléctricos que incluso tenemos en la casa funcionan gracias a este fenómeno que ha sido tan estudiado por tantos años y que cada vez se presentan nuevos avances en la tecnología, en las comunicaciones gracias al electromagnetismo.
En este trabajo me pude dar cuenta lo que significa el fenómeno de electromagnetismo, sus usos, su historia y los científicos que lo han estudiado por años. Se puede apreciar como dos fenómenos como la electricidad y el magnetismo se unen formando el centro de nuestra investigación, como un simple sonido del timbre de nuestra casa puede contener la ciencia estudiada, lo que significa que donde miremos la física va ha estar ahí con alguno de sus múltiples fenómenos.
La vida en la tierra entorna a la física, esta es la que nos explica los diferentes fenómenos que suceden a nuestro alrededor.

LA VIDA SIN FÍSICA, NO SERÍA VIDA



BIBLIOGRAFÍA
  • Resnick, Halliday, Física, editorial C.E.C.S.A. octubre 1972, Págs.951-952-943
  • Van Valkenburgh, Nooger y Neville, inc.,Electricidad Básica, Editorial Bell, 30 de marzo 1970 (quinta edición), Págs. 78-79
  • Marcos Jáuregui, Física (educación media), editorial Santillana, 1999, pags.
152-153-154.
  • Inés Maria Cardone, Gran enciclopedia de la ciencia, la Tercera, 1999 pag
328-329

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