Curso Instalador Electricista

Nivel 3

Entrega N6 - 2015

Magnetismo

Historia del magnetismo Sus orgenes El fenmeno del magnetismo era

conocido ya por los antiguos griegos desde hace ms de 2000 aos. Se observaba que ciertos minerales (imanes) podan atraer o repeler pequeos objetos de hierro. De hecho, el nombre de magnetismo proviene de la provincia griega Magnesia, donde se encuentran los yacimientos ms importantes de la magnetita (Fe3O4), mineral con acusadas propiedades magnticas.

Aunque se tena conocimiento de este fenmeno de forma experimental no fue hasta mediados del siglo XIX cuando se formularon tericamente todas las interacciones de tipo elctrico y magntico, resumidas en las ecuaciones de Maxwell.

La magnetita es un mineral ferromagntico, formado principalmente por xido ferroso frrico

Para qu sirven los imanes?

El uso de imanes en aplicaciones industriales y mecnicas es muy comn.

Los imanes son la fuerza motriz bsica para todos los motores elctricos y generadores elctricos

En ciencia mdica ,por ejemplo:

La magnetoencefalografa (MEG) se utiliza para medir la actividad cerebral.

La terapia de choque para volver a iniciar corazones

Para qu sirven los imanes?

Los imanes Qu es un imn?

Los imanes son los materiales que presentan las propiedades del magnetismo. Hay que destacar que estos pueden ser naturales o artificiales.

Naturales :El ms comn de los imanes naturales es un mineral llamado magnetita.

Artificiales:Los imanes pueden ser permanentes o temporales, segn el material con el que se fabriquen y segn la intensidad de campo magntico al que le sometan.

Permanentes (Acero- Figura A)

Temporales (Electroimanes, hierro dulce Figura B-etc)

Electroimn

Un electroimn es un tipo de imn en el que el campo magntico se produce mediante el flujo de una corriente elctrica, desapareciendo en cuanto cesa dicha corriente.

La principal ventaja de un electroimn sobre un imn permanente es que el campo magntico puede ser rpidamente manipulado en un amplio rango controlando la cantidad de corriente elctrica. Sin embargo, se necesita una fuente continua de energa elctrica para mantener el campo.

Electroimn

Si tenemos un imn suspendido por un hilo colocado en su centro de gravedad, observamos que siempre queda orientado hacia una misma direccin. Uno de los polos se orienta hacia el norte y otro hacia el sur, pues los polos del imn se alinean segn los polos magnticos de la Tierra, que acta como imn natural.

La Tierra se comporta como un imn gigantesco.

La Tierra se comporta como un imn gigantesco. Los polos magnticos de la Tierra estn situados cerca del Polo Norte y del Polo Sur.

El magnetismo de la Tierra se emplea para orientarse mediante la brjula. Una brjula tiene un imn en forma de aguja que puede girar. Cuando la brjula se deja en posicin horizontal, la aguja gira hasta sealar hacia el Polo Norte.

La brjula es un instrumento de orientacin que utiliza una aguja imantada para sealar el sur magntico terrestre.

Su funcionamiento se basa en el magnetismo terrestre, por lo que seala el sur magntico en vez del norte geogrfico.

Espectro magntico

La accin magntica puede ejercerse a distancia y a travs de los cuerpos. Si se echan limaduras de hierro sobre una hoja de papel colocado encima de un imn, el polvo metlico se orienta bajo la accin del imn y forma lneas curvas cuyo conjunto constituye el espectro magntico

Espectro magntico

Partes de un imn: los polos magnticos

Cualquier imn presenta dos zonas donde las acciones se manifiestan con mayor fuerza.

Estas zonas estn situadas en los extremos del imn y son los denominados polos magnticos: Norte y Sur.

Detalle sobre las zonas de accin de mayor fuerza magntica

Propiedades fundamentales de los imanes

El efecto de atraccin y repulsin

Una de las propiedades fundamentales de la interaccin entre imanes es que los polos iguales se repelen, mientras que los polos opuestos se atraen.

El efecto de atraccin y repulsin tiene que ver con las lneas de campo magnticas. Las lneas de campo magnticas exteriores suelen ir del polo Norte al polo Sur. Por lo tanto, cuando se acercan dos polos opuestos, estas lneas tienen a saltar de un polo a otro: tienden a pegarse. Y segn sea la distancia entre los dos imanes esta atraccin ser mayor o menor.

En cambio, cuando se acercan dos polos iguales, estas lneas de campos no tienden a saltar de un polo a otro, si no que se empiezan a comprimir hacia su propio polo. Cuando esta compresin es mxima, las lneas de campo tienden a expandirse, lo que provoca que los polos iguales de dos imanes no puedan acercarse y se repelan

Efecto repulsin y atraccin en un imn

Propiedades fundamentales de los imanes

Otra caracterstica de los imanes es que los polos no se pueden separar. Si un imn se rompe en dos partes no se obtienen un polo norte y un polo sur sino que se obtienen dos imanes, cada uno de ellos con un polo norte y un polo sur.

Efecto de un imn al ser dividido en varias partes

Magnetismo Inducido Si colocs un imn dentro de una taza llena de clavos, los clavos se le pegarn al imn. Pero, exactamente porqu? Sabes que los imanes atraen al hierro, pero tambin notas que algunos clavos se les pegan a otros clavos. Porqu sucede eso? Gilbert dedujo que la razn era que el hierro comn se volva un imn cuando tocaba otro imn. El hierro dulce (no el acero) pierde su magnetismo una vez que se le despega, pero mientras est en contacto con un imn acta como un imn tambin, y su polaridad siempre est en una direccin que le ayuda a pegarse al primer magneto. Siendo as, un clavo atrae a otro.

Campo Magntico El campo magntico es el medio en que ocurren las

interacciones donde estn presentes : los imanes, materiales ferromagnticos, partculas elctricamente cargadas en movimiento y conductores por los que circula una corriente elctrica.

Lneas de Fuerza

Para poder representar un campo magntico utilizamos las llamadas lneas de campo. Estas lneas son cerradas: parten (por convenio) del polo Norte al polo Sur, por el exterior del imn.

Sin embargo por el interior circulan a la inversa, de polo Sur a polo Norte.

Las lneas de campo no se cruzan, y se van separando, unas de las otras, en alejarse del imn tangencialmente a la direccin del campo en cada punto.

Otra de las teoras del magnetismo refiere al alineamiento molecular del material y comnmente se la conoce como la teora de Weber. Dicha teora seala que todas las sustancias magnticas estn compuestas de pequeas molculas imantadas.

Todo material no magnetizado tiene las fuerzas magnticas de los imanes moleculares, neutralizados por imanes moleculares subyacentes, eliminando as cualquier efecto magntico.

Un material magnetizado tendr la gran mayora de sus molculas imantadas alineadas de forma tal que el polo positivo o norte de cada uno de los puntos de la molcula estn en una direccin y los del polo negativo o sur, en la direccin opuesta. As, aquel material con molculas alineadas tendr entonces un eficaz polo positivo y uno negativo igualmente eficaz.

Prdida de las propiedades magnticas

Elevando la temperatura de un imn este ir desimantndose, hasta perder totalmente sus propiedades magnticas, a esta temperatura se la denomina temperatura de Curie (en ocasiones punto de Curie).

La accin del tiempo hace que se pierdan las propiedades magnticas.

Las propiedades magnticas de la materia

Las lneas de campo magntico atraviesan todas las sustancias. No se conoce ninguna sustancia que impida la penetracin del campo magntico, pero no todas las sustancias se comportan de la misma manera.

Segn su comportamiento, los materiales se pueden clasificar de la siguiente manera:

Materiales ferromagnticos

Materiales paramagnticos

Materiales diamagnticos

Materiales ferromagnticos

Cuando a un material ferromagntico se lo somete a un campo magntico este se

magnetiza: se consigue un imn artificial. Este fenmeno se conoce como

imantacin. Una vez que se aleja el imn del material magntico y segn la intensidad

de campo magntico aplicada, este puede quedarse imantado permanentemente o

mantener sus propiedades magnticas durante un perodo determinado de tiempo (imn

temporal).

El ferromagnetismo est presente en el cobalto, el hierro puro, en el nquel y en todas las

aleaciones de estos tres materiales.

Materiales paramagnticos

Los materiales paramagnticos son aquellas sustancias, como el magnesio, el

aluminio, el estao o el hidrgeno, que al ser colocados dentro de un campo magntico

se convierten en imanes y se orientan en la direccin del campo. Al cesar el campo

magntico desaparece el magnetismo inmediatamente y, por tanto, dejan de actuar

como imanes.

Materiales diamagnticos

Los materiales diamagnticos son aquellas sustancias, como el cobre, el sodio, el

hidrgeno, o el nitrgeno, que en ser colocadas dentro de un campo magntico, se

magnetizan en sentido contrario al campo aplicado.

LEY DE COULOMB Las fuerzas de atraccin o repulsin entre dos polos magnticos, son directamente proporcionales al producto de sus masas magnticas e inversamente proporcionales al cuadrado

de las distancias que las separa:

F = Fuerza Magntica

m1 = Masa Magntica 1

m2 = Masa Magntica 2

= Constante de Proporcionalidad = 10-7

d = Distancia entre m1 y m2

El valor de se llama Constante de Permeabilidad Magntica, cuyo valor numrico depende del material en el que se encuentran los polos magnticos. Sin embargo, el caso ms importante y prctico es en el vaco, donde equivale a 10-7.

Observacin: En esta frmula de la Ley de Coulomb aplicada al magnetismo, aparece una nueva magnitud fsica que es la Masa Magntica m, la cual no puede expresarse en trminos de las 4 magnitudes bsicas (longitud, masa, tiempo y carga elctrica). Por lo tanto, la masa magntica se la considera como una nueva magnitud bsica que en el sistema MKS se llama WEBER (Wb).

Un weber es la masa magntica del polo de un imn que actuando a 1 m de distancia de otra igual en el vaco, la repele con una fuerza de 107 Newtons.

Intensidad de campo magntico

Consideremos un imn y una masa magntica, tericamente aislada y colocada en el punto P del campo.

Esa masa estar expuesta simultnemente , a la repulsin R y a la atraccin A de los polos N y S.

La resultante de los vectores R y A dar el vector H, llamado vector Intensidad de campo magntico en ese punto

El flujo magntico (representado por la letra griega fi ), es una medida de la cantidad de magnetismo, y se calcula a partir del campo magntico, la superficie sobre la cual acta y el ngulo de incidencia formado entre las lneas de campo magntico y los diferentes elementos de dicha superficie.

La unidad de flujo magntico en el Sistema Internacional de Unidades es el weber y se designa por Wb

En el sistema cegesimal se utiliza el maxwell (1 weber =108 maxwells).

[Wb]=[V][s]1

La intensidad del campo magntico se cuantifica midiendo la cantidad de lneas de induccin magntica que atraviesan una determinada superficie. Dado que la medida del nmero total de lneas de induccin magntica que atraviesan una superficie es el weber, y las superficies se miden en metros cuadrados, la unidad de medida de la intensidad del campo magntico (designada por la letra B) es weber/metro cuadrado. La equivalencia a esta unidad se denomina Tesla en el S.I. de medidas.

El recorrido de las lneas de fuerza recibe el nombre de circuito magntico, y el nmero de lneas de fuerza existentes en un circuito magntico se le conoce como flujo magntico.