Electromagnetismo

Introducción

En este tema se estudiarán las fuerzas magnéticas. Una fuerza magnética se puede originar por la presencia de cargas eléctricas en movimiento. Una fuerza eléctrica puede generarse a causa de un campo magnético en movimiento. El funcionamiento de motores eléctricos, generadores, transformadores, interruptores, televisores, radios entre otros dispositivos depende de la relación entre las fuerzas eléctricas y magnéticas.

Imanes y campos magnéticos

Los primeros fenómenos magnéticos observados se relacionaron con fragmentos de piedra de imán o magnetita (óxido de hierro) encontrada cerca de la antigua ciudad de Magnesia hace aproximadamente 2000 años. Se observó que estos imanes naturales atraían pequeños trozos de hierro no magnetizados. Esta fuerza de atracción se conoce como magnetismo y al objeto que ejerce una fuerza magnética se le llama imán. Todo imán está rodeado por un espacio, en el cual se manifiestan sus efectos magnéticos. Dichas regiones se llaman campos magnéticos.

El magnetismo terrestre

La Tierra se comporta como un imán gigantesco. Esta circunstancia nos permite orientarnos mediante una brújula en cualquier parte de la Tierra. La brújula tiene un imán en forma de aguja que siempre gira para estar bien orientado hacia el polo norte geográfico.

Los polos magnéticos de la Tierra están invertidos con respecto a sus polos geográficos. El polo norte geográfico de la Tierra corresponde a su polo sur magnético y viceversa. Mas exactamente, el polo sur magnético de la tierra está algo desplazado con relación al norte geográfico, concretamente a unos 1,600 kilómetros.

Clases de imanes
Naturales: son los que se encuentran en la naturaleza, como algunas rocas. La magnetita es una de ellas.	Artificiales: son los fabricados por las personas, normalmente al frotarlos con magnetita o al hacer pasar a través de ellos la electricidad.

Los extremos de los imanes son llamados polo sur y polo norte ambos con distinta carga.

Ley de los imanes

Los extremos de los imanes son llamados polos, los cuales son llamados polo sur y polo norte ambos con distinta carga. Polos iguales se repelen, polos contrarios se atraen.

Ley de Ampere

La Ley de Ampere relaciona un campo magnético estático con la causa que lo produce, es decir, una corriente eléctrica estacionaria. La circulación de la intensidad del campo magnético en un contorno cerrado es igual a la corriente que lo recorre en ese contorno.

Ondas electromagnéticas

Son aquellas ondas que no necesitan un medio material para propagarse. Incluyen, entre otras, la luz visible y las ondas de radio, televisión y telefonía celular.

Todas se propagan en el vacío a una velocidad constante, muy alta (300 0000 km/s), pero no infinita. Gracias a ello podemos observar la luz emitida por una estrella lejana hace tanto tiempo que quizás esa estrella haya desaparecido ya.

O podemos enterarnos de un suceso que ocurre a miles de kilómetros prácticamente en el instante de producirse. Las ondas electromagnéticas se propagan mediante una oscilación de campos eléctricos y magnéticos.

Los campos electromagnéticos al "excitar" los electrones de nuestra retina, nos comunican con el exterior y permiten que nuestro cerebro "construya" el escenario del mundo en que estamos. Las ondas electromagnéticas son también soporte de las telecomunicaciones y el funcionamiento complejo del mundo actual.

Inducción electromagnética (Leyes de inducción de Faraday)

La inducción electromagnética permite la producción de una corriente eléctrica en un alambre conductor. Éste es el principio de operación básico de muchos dispositivos eléctricos. La corriente eléctrica inducida es equivalente a un voltaje inducido en los extremos del alambre, es como si una fuente de voltaje estuviera conectada entre sus extremos para producir la corriente. Así, se puede considerar que el movimiento del imán no sólo induce la corriente, sino también una diferencia de voltaje en el alambre; mientras más rápido se mueva el imán, el voltaje (y la corriente) inducido será mayor. Cuando se introduce un imán en una bobina, las cargas en su interior se mueven y producen una corriente eléctrica. Por otro lado, si el número de espiras en la bobina crece, el voltaje que se induce aumenta proporcionalmente, pues el número de cargas que se pone en movimiento también es mayor. La relación entre estas variables fue descubierta por Michael Faraday y se conoce como Ley de inducción de Faraday. Dentro de las aplicaciones de la ley de Faraday se encuentran el motor eléctrico y el transformador.

Motor eléctrico

Relacionado con el generador está el motor eléctrico, en el cual lo que se hace es girar un electroimán (el rotor) en el interior del campo magnético creado por otros electroimanes (el estátor); haciendo que por el rotor circule una corriente alterna se puede conseguir una rotación continuada.

Transformador

Al estudiar los efectos de inducción de una bobina (primario) sobre otra (secundario) se obtiene que en el caso ideal, el voltaje que resulta en el secundario es proporcional al voltaje del primario. De esta manera se puede elevar o reducir el voltaje a voluntad. El dispositivo formado por estas dos bobinas alrededor de un núcleo es un transformador. Los transformadores son esenciales en la transmisión de la energía eléctrica, porque al mismo tiempo que aumentan el voltaje, reducen la intensidad de corriente. De esta forma se minimizan las pérdidas por el efecto Joule en la distribución de energía eléctrica.