El magnetismo

Cesar J. Bejarano R.Andrés S. Suarez S.11-1

Inducción electromagnética

Escuela Normal Superior De Ibagué

Cuando un alambre conductor por el cual fluye corriente se encuentra en un campo magnético, el campo ejerce una fuerza lateral sobre las cargas en movimiento.

A este efecto se le denomina «Efecto Hall» ya que fue Edwin Herbert Hall quien lo descubrió. Con este experimento se comprobó que en los metales, las cargas en movimiento son los electrones.

Actualmente se usa para determinar el tipo de carga que se mueve en los semiconductores.

efecto hall

Edwin Herbert Hall (7 de noviembre de 1855 - 20 de noviembre de 1938) fue un físico estadounidense, quien descubrió el efecto Hall. Hall trabajó en la universidad de Harvard. Escribió numerosos libros de texto sobre física y manuales de laboratorio.Estudió en la Universidad Johns Hopkins en Baltimore. Edwin Hall descubrió el efecto que lleva su nombre en 1879 mientras trabajaba en su tesis doctoral en física bajo la dirección de Henry A. Rowland; recibió el doctorado en 1880. Este efecto consiste en la aparición de un campo eléctrico transversal a un conductor sobre el que circula una corriente eléctrica en presencia de un campo magnético. Los experimentos de Hall mostraban que los portadores de cargas eran partículas cargadas negativamente. Este hecho era de gran relevancia ya que los electrones no serían descubiertos hasta más de diez años después.En 1895, tras haber pasado un año en Europa, el Dr. Hall fue nombrado profesor en Harvard donde desarrolló el resto de su carrera. Se retiró en 1921 y murió en Cambridge Massachusetts falleciendo en 1938. Más de un siglo después del descubrimiento del efecto Hall Klaus von Klitzing recibió el Premio Nobel de Física por su trabajo sobre el efecto Hall cuántico.

Edwin Herbert Hall

• El campo magnético terrestre.• Ley de biot-savart.• Ley de Ampere.

Fuentes de campos magnéticos

La primera aplicación practica del magnetismo la construyo un imán empleado en la navegación. Las referencias de la utilización de imanes en la navegación marítima se remontan al siglo XII, cuando se observo que uno de los polos de un imán se orientaba siempre hacia el norte geográfico. A partir de allí se comenzó a emplear imanes para orientación geográfica.

El físico y medico ingles William Gilbert, basándose en sus estudios de magnetismo, fue la primera persona en sugerir que la tierra actuaba como un gran imán, cuyo campo terrestre es tal que las líneas del campo salen aproximadamente del polo sur y circundan la tierra siguiendo los meridianos hasta el polo norte. Por esa razón, es que la brújula señala aproximadamente el norte, debido a la acción del campo magnético terrestre.

Campo magnético terrestre

A partir del estudio experimental de los campos magnéticos en la proximidad de circuitos de diversas formas, los físicos franceses Biot y Savart dedujeron, una formula que permite calcular, salvo dificultades matemáticas el campo de un circuito cualquiera.

El campo magnético producido por un elemento de corriente de un circuito de forma arbitraria como el de la figura 9.1, se puede concebir dividido en elementos de longitud dl, uno de los cuales se ha representado en la figura. Por el momento el resto del circuito puede ser de forma cualquiera, pues un único elemento de corriente aislado no existe en una corriente estacionaria; la carga debe entrar por un extremo y salir por el otro. Las cargas móviles del elemento crean un campo en todos los puntos del espacio y, en un punto P dado, el campo del circuito completo es el resultante de los campos infinitesimales de todos los elementos del circuito

Ley de biot-savart.

Poco después de los descubrimientos de Oersted, de Biot y de Savart, Ampère encontró una relación útil entre las corrientes eléctricas y los campos magnéticos. Esta relación se puede aplicar en situaciones de una alta simetría para encontrar el campo magnético con más facilidad que haciendo los cálculos con la ley de Biot-savart. En cualquier caso, el resultado es el mismo. A este respecto, utilizar la ley de Ampère es algo semejante a encontrar el campo eléctrico usando la ley de Gauss mejor que la ley de Coulomb. En casos de la falta de simetría apropiada, la ley de Ampère no es fácil de aplicar. Siempre es válida, aun cuando la ley de Biot-Savart es necesaria algunas veces para cálculos del campo magnético.

Ley de Ampere

• El Electroimán• El Parlante

Algunas aplicaciones

Un electroimán es una bobina (solenoide) larga cuyo núcleo se encuentra formado de hierro el cual produce un campo magnético cuando pasa cierta corriente por las espirales de la bobina.

Cuando al solenoide se la introduce en su interior un bloque de hierro llamado núcleo, en el campo magnético se hace cientos y hasta miles de veces mayor. La explicación se debe a que los dominios magnéticos del hierro, se alinean en dirección al campo magnético del solenoide y en consecuencia el hierro actúa como un imán potente que se adiciona al campo magnético del solenoide.

Al dejar de pasar corriente por el solenoide, el campo magnético disminuye notablemente y el hierro va perdiendo sus facultades de imán.

El electroimán

El parlante se encarga de transformar el sonido en señales eléctricas que llegan del amplificador de un equipo de sonido. La mayoría de los parlantes tienen cinco partes básicas:

1. Bobina móvil cilíndrica, de metal liviano y alambre de cobre

2. Imán permanente anular, generalmente metálico y ferromagnético.

3. Disco posterior magnético blando, generalmente metálico y ferromagnético.

4. Cilindro concéntrico metálico blando, generalmente metálico y ferromagnético.

5. Cono o diafragma cónico de cartón o plástico, adherido a la bobina.

Al moverse la membrana de forma oscilante, produce ondas sonoras de la misma forma que la membrana de un bombo o las cuerdas de una guitarra. El movimiento de la membrana lo produce una bobina sujeta a aquella a la que llegan las señales eléctricas del amplificador.

El parlante

Aunque las baterías y las pilas generan electricidad, estas presentan ciertas limitaciones, ya que no sirven para aparatos energéticos con un gran consumo energético, como la mayor parte de los electrodomésticos. En este caso, es necesario implementar el uso de alternadores y dinamos, cuya estructura se encuentra formada por un imán fijo y una bobina que gira en el campo magnatico creado por el imán.

Generadores electromagnéticos

Cuando la bobina se encuentra en reposo, no es posible generar corriente. Pero ,a medida que la bobina gira, se origina una variación de campo magnético y se genera una corriente eléctrica que cambia periódicamente de sentido.

La corriente eléctrica generada se envía al exterior a través de un colector conectado a la bobina y unido a dos escobillas o contactos de salida.

El alternador es un generador de corriente alterna. Los generadores de las centrales eléctricas, por ejemplo, son alternadores.

El alternador

El funcionamiento del Dinamo es similar al alternador.

El colector esta formado por un único anillo y, mediante un sistema mecánico sencillo se consigue que los extremos de la bobina hagan contacto alternativamente con las escobillas, de tal manera que una sea siempre positiva y la otra negativa. De este modo, la corriente alterna generada se transforma en corriente continua.

Una de las aplicaciones mas corrientes de la dinamo ha sido la de generar energía eléctrica para el funcionamiento de un automóvil. Sin embargo, su utilización disminuyo debido a que presentaba problemas al suministrar corriente cuando el motor estaba en pleno rendimiento.

El dinamo

Los aparatos eléctricos que se conectan a la red eléctrica, reciben un voltaje residencial de 110 v suministrados por una compañía de energía eléctrica en nuestro país. Así mismo, ciertos aparatos que funcionan con un voltaje menor y una corriente continua, suministrada por las pilas, pueden conectarse a una red eléctrica y funcionar sin llegar a ocasionar algún daño en el aparato.

Para tal efecto, emplean la ayuda de un elemento denominado transformador, que modifica y rectifica la corriente eléctrica. El trasformador convierte la corriente de la red eléctrica en una corriente con menor diferencia potencial y el rectificador, convierte la corriente alterna en continua.

Cuando circula corriente alterna por el bobinado primaria, se induce una corriente alterna al secundaria. Si el transformador es un reductor de voltaje, la cantidad de espiras en el primario será mayor que en el secundario, por lo cual la corriente inducida presentara un menor voltaje que la inicial. Pero , si el transformador4 es un elevador de voltaje, el secundario tendrá mayor cantidad de espiras y por tanto un mayor voltaje.

El transformador

Fin