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