ELECTROMAGNETISMO Ciencias II/Bloque IV
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ELECTROMAGNETISMO
Ciencias II/Bloque IV
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¿Qué es el electromagnetismo?
Es la rama de la física estudia los fenómenos eléctricos
y magnético
s, que están
estrechamente
relacionados.
El electromagnetismo inicialmente se estudiaba de manera separada: por un lado los fenómenos eléctricos y por otro los magnéticos
Estos dos fenómenos se unen en una sola teoría, ideada por Faraday, y se resumen en cuatro ecuaciones que relacionan campos eléctricos, campos magnéticos conocidas como las ecuaciones de Maxwell.
Los precursores
El ámbar (elektron en griego), tiene la propiedad de atraer otros objetos muy livianos. Esta propiedad aumenta si se lo frota por ejemplo con una tela.
Existen registros de que los chinos utilizaban brújulas para orientarse en la navegación, al menos desde el siglo XI. En el siglo siguiente el uso de la brújula se extendió a Arabia y a Europa.
Los fenómenos relacionados con el
ámbar eran conocidos en la antigua Grecia
Los fenómenos relacionados con los
imanes eran conocidos en Asia Menor
Desde hace miles de años se conoce la existencia de materiales con
propiedades notables
EN EL AÑO 1600, EL INGLÉS WILLIAM GILBERT PUBLICÓ EL TRABAJO DE MAGNETE, EN EL QUE HIZO IMPORTANTÍSIMAS CONTRIBUCIONES A LA ELECTRICIDAD Y EL MAGNETISMO.
DIFERENCIÓ CLARAMENTE ENTRE LOS FENÓMENOS MAGNÉTICOS Y LOS ELÉCTRICOS, HECHO QUE NO ERA CLARO HASTA ESE MOMENTO, YA QUE EN AMBOS CASOS HAY FUERZAS DE REPULSIÓN Y ATRACCIÓN ENTRE DETERMINADAS SUSTANCIAS.
LOS FENÓMENOS MAGNÉTICOS SON MÁS INTENSOS, NO DEPENDEN DE INTERPONER UN OBJETO EN EL MEDIO, Y NO LOS AFECTA LA HUMEDAD DEL AMBIENTE. LOS ELÉCTRICOS EN CAMBIO PUEDEN AMPLIFICARSE POR FROTAMIENTO, Y SE MANIFIESTAN EN MÁS SUSTANCIAS.
Los precursores
Los precursores
Los fenómenos eléctricos y magnéticos fueron considerados como independientes hasta 1820, cuando su relación fue descubierta por casualidad por el físico danés Hans Christian Oersted
La primera señal: el experimento de Oersted
Hans Oersted estaba preparando su clase de física en la Universidad de Copenhague,, cuando al mover una brújula cerca de un cable que conducía corriente eléctrica notó que la aguja se deflectaba hasta quedar en una posición perpendicular a la dirección del cable.
Más tarde repitió el experimento una gran cantidad de veces, confirmando el fenómeno. Por primera vez se había hallado una conexión entre la electricidad y el magnetismo, en un accidente que puede considerarse como el nacimiento del electromagnetismo.
El experimento de Oersted
Oersted demostró que una corriente eléctrica crea a su alrededor un campo magnético. Más
tarde se demostró que dicha capacidad de creación de un campo magnético sólo la tenían
las cargas eléctricas en movimiento y no las cargas eléctricas en reposo.
Aplicaciones: El electroimán
Un electroimán es un tipo de imán en el que el campo magnético se produce mediante el flujo de una corriente eléctrica desapareciendo en cuanto cesa dicha corriente.
Grúas electromagnéticas
Timbres eléctricos
Motores
Michael Faraday
La Primera Unificación de la Electricidad y el Magnetismo: La inducción electromagnética
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Michael Faraday había nacido en un hogar pobre en las afueras de Londres y sólo había recibido poco más que la educación primaria. A los 20 años fue contratado como asistente del célebre químico Humphry David, junto a quien comenzó a realizar investigación acerca de diversos fenómenos de electricidad y electrólisis, siempre convencido de que en realidad la electricidad era sólo una de las muchas manifestaciones de las fuerzas unificadas de la naturaleza.
Faraday: un genio intuitivo
Basado en el principio de conservación de la energía, Faraday pensaba que si una corriente eléctrica era capaz de generar
un campo magnético, entonces un campo magnético debía también producir una
corriente eléctrica.
En 1831, llevó a cabo una serie de experimentos que le permitieron descubrir
el fenómeno de inducción.
Encontró, entre otras cosas, que moviendo un imán a través de un circuito cerrado de
alambre conductor se generaba una corriente eléctrica y que además esta corriente también aparece al mover el alambre sobre el mismo imán quieto.
El descubrimiento de lainducción electromagnética
El mismo Faraday utilizó este principio básico para construir la dínamo (generador eléctrico), logrando por primera vez convertir energía mecánica en eléctrica, y sentando las bases para uno de los más grandes desarrollos tecnológicos y económicos de la historia, con la invención del motor eléctrico y los generadores.
Faraday: un genio intuitivo
Aplicaciones de la inducción electromagnética
A una máquina que convierte la energía mecánica en eléctrica se le denomina generador, alternador o dínamo
A una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica se le denomina motor.
Generadores o dínamos Motores
Los Motores y generadores eléctricos, son un grupo de aparatos que se utilizan para convertir la energía mecánica en eléctrica, o a la inversa, con medios electromagnéticos.
Generadores o Dínamos
Se puede decir que una dinamo es una máquina eléctrica rotativa que produce energía eléctrica en forma de corriente continua aprovechando el fenómeno de inducción electromagnética. Esta máquina consta fundamentalmente de un electroimán encargado de crear un campo magnético fijo conocido por el nombre de inductor, y un cilindro donde se enrollan bobinas de cobre, que se hacen girar a una cierta velocidad cortando el flujo inductor, que se conoce como inducido
Motores
Su funcionamiento se basa en las fuerzas que aparecen en los conductores del rotor cuando son recorridos por corrientes eléctricas y, que a su vez, se encuentran sometidos a la acción de un campo magnético.
Al introducir una corriente a la bobina del rotor mediante unas escobillas, ésta, al encontrarse entre los polos de un imán, será sometida a una serie de fuerzas tangenciales sobre los conductores de cada lado de la misma, fuerzas de sentido contrario en cada lado y que por tanto forman un par rotatorio obligándola a girar sobre su eje.
La Generación de Energía Eléctrica
Un generador eléctrico es un dispositivo que convierte energía mecánica en energía eléctrica.
Por la ley de Faraday, al hacer girar una espira dentro de un campo
magnético, se produce una variación del flujo de dicho campo a través de la espira y por tanto se genera una
corriente eléctrica.
LA GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA
En las centrales de generación de energía eléctrica la energía
mecánica que el generador transforma en energía eléctrica proviene del movimiento de una turbina, accionada dependiendo del tipo de central por vapor de
agua, aire o agua.
La Generación de Energía Eléctrica
En las centrales de generación de energía eléctrica (nucleares, térmicas, eólicas, hidráulicas...) la energía mecánica que el generador transforma en energía eléctrica proviene del movimiento de una turbina, accionada dependiendo del tipo de central por vapor de agua, aire o agua.
La Generación de Energía Eléctrica
Un generador eléctrico es un dispositivo que convierte energía mecánica en energía eléctrica. Por la ley de Faraday, al hacer girar una espira dentro de un campo magnético, se produce una variación del flujo de dicho campo a través de la espira y por tanto se genera una corriente eléctrica.
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James Maxwell
La Segunda Unificación de la Electricidad y el Magnetismo: Las ondas electromagnéticas
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La formulación final del electromagnetismo fue realizada por James Maxwell en 1873, en su famoso Tratado sobre electricidad y magnetismo. Su principal contribución fue notar que así como un campo magnético variable crea una corriente eléctrica, algo similar ocurre con un campo eléctrico que cambia en el tiempo, actuando como una fuente extra de campo magnético creando una corriente de desplazamiento.Uno de los grandes triunfos del trabajo de unificación realizado por Maxwell consiste en la predicción de que, en el espacio vacío, los campos eléctricos y magnéticos se propagan como ondas transversales oscilantes.
Maxwell completa la teoría
La velocidad de estas ondas podía ser calculada a partir de fórmulas
matemáticas que involucraban dos constantes fundamentales, la
permeabilidad eléctrica y magnética del vacío.
Maxwell halló que la velocidad de estas ondas era de 310.740 km/s, casi idéntica a la velocidad de la
luz, lo que lo llevó a proponer que…
El descubrimiento de lasondas electromagnéticas
Maxwell predijo que deberían existir otras ondas electromagnéticas diferentes a la luz…
Ejemplos de ondas electromagnéticas son:
Las señales de radio y televisiónMicroondas generadas en los hornos microondasRadiación Infrarroja provenientes de cuerpos a temperatura ambienteLa luzLa radiación Ultravioleta proveniente del SolLos Rayos X usados para tomar radiografías del cuerpo humanoLa radiación Gama producida por núcleos de elementos radiactivos
“ la velocidad es tan cercana a la de la luz, que parece tenemos fuertes razones para
concluir que la luz misma, independientemente de su origen, es una
perturbación electromagnética en la forma de ondas del campo electromagnético que se
propagan de acuerdo a las leyes del electromagnetismo”.
La luz: ejemplo de ondas electromagnéticas
Se denomina espectro electromagnético a la familia de ondas electromagnéticas representadas gráficamente con su correspondiente longitud de onda y frecuencia.
Espectro electromagnético
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El espectro electromagnético es un conjunto de ondas que van desde las ondas con mayor longitud como las ondas de radio, hasta las que tienen menor longitud como los rayos gamma.
Es importante anotar que las ondas con mayor longitud de onda tienen menor frecuencia y viceversa.
Las características propias de cada tipo de onda no solo es su longitud de onda, sino también su frecuencia y energía.
Las ondas de menor
frecuencia son menos
energéticas; por el
contrario, las ondas de alta
frecuencia poseen más
energía
Rayos GammaRadiación electromagnética de muy alta frecuencia y
por lo tanto de alta energía, es emitida como consecuencia de la radioactividad.
Rayos XUna forma de radiación electromagnética o luz de muy alta energía (longitud de onda corta). Los rayos X son invisibles para nosotros, pero pueden fácilmente penetrar nuestro cuerpo.
UltravioletaEl “color” de la luz cuya longitud de onda es
apenas menor que aquella de la luz visible (azul o violeta), que nuestros ojos pueden ver, pero más
larga que la de los rayos X.
InfrarrojosLa radiación infrarroja, radiación térmica
o radiación IR es un tipo de radiación electromagnética de mayor longitud de onda que la luz visible, pero menor que
la de las microondas. Consecuentemente, tiene menor
frecuencia que la luz visible y mayor que las microondas. ...
MicroondasOndas
electromagnéticas de frecuencia elevada
utilizadas en teleproceso.
La luz es la porción delespectro electromagnético que estimula la retina del ojo
humano permitiendo la percepción de los colores. Esta región de las ondas
electromagnéticas se llama Espectro Visible y ocupa una banda muy estrecha de este
espectro.
Un caso de interés: la luz visible
La luz blanca es la mezcla de las ondas que componen el espectro visible
El espectro visible:El espectro visible para el ojo humano es
aquel que va desde los 380 nm de longitud de onda para el color violeta hasta los 780
nm para el color rojo. Fuera de estos límites, el ojo no percibe ninguna clase de radiación.
¿QUÉ ES EL COLOR?
Se dice que un objeto es rojo porque refleja las radiaciones luminosas rojas y absorbe todos los demás colores del espectro. Esto es válido si la fuente luminosa produce la suficiente cantidad de radiaciones en la zona
roja del espectro visible. Por lo tanto, para que una fuente de luz sea considerada como de buen “rendimiento de color”, debe emitir todos los
colores del espectro visible. Si falta uno de ellos, este no podrá ser reflejado.
