MAGNETISMO
Objetivo: Demostrar mediante definiciones y ejemplos la comprensión del tema de magnetismo, inducción y retentividad.
1.1.- Magnetismo:
Hace mas de dos mil años en la ciudad de Magnesia en Turquía se descubrió una roca negra la cuál atraía al hierro, al cuál lo nombraron magnetita o piedra imán .Y a la fuerza de atracción se le conoce como magnetismo, y al objeto que ejerce una fuerza magnética se le llama imán.
A las regiones donde se concentra la fuerza del imán se llaman polos magnéticos.
Mas adelante se descubrió la brújula al colgar en un troza de hilo y delgado de la roca negra de magnesia siempre daba vueltas y se desvía apuntando al polo norte un extremo y el otro al polo sur.
William Gilbert ( 1540-1603) estableció la ley de la fuerza magnética que dice “ polos magnéticos iguales se repelen y polos magnéticos se atraen”
No existen polos aislados , no importa cuantas veces se rompa un imán por la mitad ,cada pieza resultante será un imán con un
electrón
polo norte y un polo sur.
2.1_ Campos Magnéticos :
Los imanes están rodeados por un espacio en el cual se manifiestan sus efectos magnéticos .Dichas regiones se llaman campos magnéticos. L as líneas decampo magnético, llamadaslíneas de flujo, son muy convenientes para visualizar los campos magnéticos. La dirección de una línea de flujo en cualquier punto tiene la misma dirección de la fuerza magnética que actuaría sobre un imaginario polo norte aislado y colocado en ese punto. las líneas de flujo magnético salen del polo norte de un imán y entran en el polo sur. A diferencia de las líneas de campo eléctrico, las líneas de flujo magnético no tienen puntos iniciales o finales; forman espiras continuas que pasan a través de la barra metálica.
3.1.-teoría moderna del magnetismo;
El magnetismo es el resultado del movimiento de los electrones en los átomos de las sustancias. Por lo tanto el magnetismo es una propiedad de la carga en movimiento y está estrechamente relacionado con el fenómeno eléctrico. De acuerdo con la teoría clásica, los átomos individuales de una sustancia magnética son, en efecto, diminutos imanes con polos norte y sur. La polaridad magnética de los átomos se basa principalmente en el espín de los electrones y se debe sólo en parte a sus movimientos orbitales alrededor del núcleo.
Además, los campos magnéticos de todas las partículas deben ser causados por cargas en movimiento y tales modelos nos ayudan a describir los fenómenos .Los átomos en un material magnético están agrupados en microscópicas regiones magnéticas a las cuales se aplica la denominación de dominios. Se piensa que todos los átomos dentro de un dominio están polarizados magnéticamente alo largo de un eje cristalino. En un material no magnetizado, estos dominios se orientan en direcciones al azahar Se usa un punto para indicar que una flecha está dirigida hacia afuera del plano, y una cruz indica una dirección hacia adentro del plano. Si un gran número de dominios se orientan en la misma dirección el material mostrará fuertes propiedades magnéticas.
La teoría del magnetismo demuestra que para gran número de los efectos magnéticos observados en la materia. Por ejemplo, una barra de hierro no magnetizada se puede transformar en un imán simplemente sosteniendo otro imán cerca de ella o en contacto con ella. Este proceso, llamado inducción magnética. Las tachuelas se convierten por inducción en imanes, temporalmente. Observe que las tachuelas de la derecha se magnetizaron, a pesar de que en realidad no se han puesto en contacto con el imán. La inducción magnética se explica por medio de la teoría del dominio.
La introducción de un campo magnético provoca la alineación de los dominios, y eso da por resultado la magnetización.
El magnetismo inducido suele ser sólo temporal, y cuando se retira el campo los dominios gradualmente vuelven a estar desorientados. Si los dominios permanecen alineados en cierto grado después de que el campo se ha eliminado, se dice
que el material está permanentemente magnetizado. La capacidad de retener el magnetismo se conoce como retentividad.
Otra propiedad de los materiales magnéticos que se explica fácilmente a la luz de la teoría del dominio es la saturación magnética. Tal parece que existe un límite para el grado de magnetización que experimenta un material. Una vez que se ha alcanzado dicho límite, ningún campo externo, por fuerte que sea puede incrementarla magnetización. Se piensa que todos sus dominios ya se han alineado.
4.1-densidad de flujo y permeabilidad
Ya se ha establecido que las líneas del campo eléctrico se dibujan de modo que su espaciamiento en cualquier punto permita determinar la fuerza del campo eléctrico en esepunto. El número de líneas ?N dibujadas a través de la unidad de área ?A es directamente proporcional a la intensidad del campo eléctrico E.
?N
= e E
?A
La constante de proporcionalidad e , que determina el número de líneas dibujadas, es la permisividad del medio a través del cual pasan las líneas. Es una descripción análoga de un campo magnético considerando al flujo magnético F que pasa a través de una unidad de área perpendicular A' A esta razón B se le llama densidad de flujo magnético.
La densidad de flujo magnético en una región de un campo magnético es el número de líneas de flujo que pasan a través de una unidad de area perpendicular, en esa región.
B = F (flujo ) / A 1 (área) (2)
La unidad del flujo magnético en el SI es el weber (Wb). La unidad de densidad de flujo debe ser entonces webers por metro cuadrado, que se re define como tesla (T). Una antigua unidad que todavía se usa hoy es el gauss (G). En resumen,
1 T = 1 Wb/m 2 = 10 4 G
Actividad 1
Una espira rectangular de 20 cm de ancho y 15 cm de largo forma un ángulo de25° con respecto al flujo magnético en la figura. Si la densidad de flujo es 0.5 T, calcule el flujo magnético F que penetra en la espira.
Solución
El área efectiva penetrada por el flujo es la componente del área que es perpendicular al flujo. Así, la ecuación ( 2 ) se transforma en
B = F o bien F = BA sen ?
A sen ?
El flujo magnético en webers se determina sustituyendo en esta relación.
F = (0.5 T)(O.2 m x 0.15 m)(sen 25°)
= (0.5 T)(0.03 m2)(0.423)
= 6.345 x 10-3 Wb
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