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Magnetismo, tipos de imanes

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  • 1. COLOCAR UNA IMAGEN RESPECTOAL TEMA
  • 2. CONTENIDOIntroducciónTipos de imanesPolosEl magnetismo TerrestreLíneas isógonasInclinación magnética terrestreElectromagnetismoHistoriaCorriente Alterna y Corriente Directa
  • 3. INTRODUCCIONEl magnetismo es una rama de la física muy compleja ya que no puede ser explicadoúnicamente mediante postulados de la mecánica clásica, por lo que aquí trataremosbrevemente algunos de los fenómenos más básicos.El fenómeno del magnetismo era conocido ya por los antiguos griegos desde hace másde 2000 años. Se observaba que ciertos minerales (imanes) podían atraer o repelerpequeños objetos de hierro. De hecho, el nombre de magnetismo proviene de laprovincia griega Magnesia, donde se encuentran los yacimientos más importantes de lamagnetita (Fe3O4), mineral con acusadas propiedades magnéticas.Aunque se tenía conocimiento de este fenómeno de forma experimental no fue hastamediados del siglo XIX cuando se formularon teóricamente todas las interacciones detipo eléctrico y magnético, resumidas en las ecuaciones de Maxwell.
  • 4. HISTORIA DEL MAGNETISMOLa palabra magnetismo procede del nombre de una región griega llamada magnesia,donde abundaba un mineral, la magnetita, el cual es un potente imán.MAGNETISMOExiste en la naturaleza un imán llamado magnetita ó piedra imán que tiene la propiedadde atraer hierro, el cobalto, el níquel y ciertas aleaciones de estos metales. A estaspropiedad se le llama magnetismoIMANESUn imán es un material capaz de producir un campo magnético exterior y atraerciertos metales (hierro, cobalto, níquel)
  • 5. TIPOS DE IMANESImanes naturales.- La magnetita es un potente imán natural, tiene la propiedad de atraera todas las sustancias magnéticas. Su característica de atraer trozos de hierro es natural.Esta compuesta por óxido de hierro.Imán artificial.- es un cuerpo de material magnético al que se ha comunicado lapropiedad del magnetismo, ya sea mediante frotamiento con un imán natural o por laacción de corrientes eléctricas (electroimanación).
  • 6. POLOS•Los imanes no tienen la misma fuerza de atracción en toda sus partes. La mayor fuerza se concentra en los extremos,llamados polos. Siempre son dos: polo norte y polo sur.•El punto mas débil en cuanto a capacidad de atracción esta entre ambos, y se llama línea neutra. Al juntar dos imanes,enseguida notamos que los polos iguales se repelen y que los diferentes se atraen.•Al momento de romper un imán, inmediatamente se formaran dos nuevos imanes , con sus respectivos polos.
  • 7. EL MAGNETISMO TERRESTRELa tierra se comporta como un imán permanente cuyos polos no coinciden con los geográficos y cuyaslíneas de flujo no son siempre paralelas a los meridianos.El campo magnético que genera la tierra fue descubierto en elsiglo II al colgar de un hilo una barra de imán natural ycomprobar que siempre se quedaba orientada en una direcciónque coincidía aproximadamente con la norte-sur. Al extremo quequedaba orientado al norte se le denominó polo norte y sucontrario polo sur .A partir de este descubrimiento se desarrolló el compásmagnético, el instrumento más importante en la historia de lanavegación.Más tarde se descubrió que la tierra se comporta como ungigantesco imán permanente con sus polos, definidos como elpolo norte magnético y al polo sur magnético, situados cerca delos polos geográficos pero sin coincidir con ellos.Estos polos no permanecen fijos, variando su posición con losaños.
  • 8. LA DECLINACIÓN MAGNÉTICA: LÍNEAS ISÓGONASLa diferencia de ángulo entre el norte magnético y elgeográfico recibe el nombre de declinación magnética ovariación magnética.El valor de este ángulo no es constante en todos lospuntos de la tierra.Esta variación se representa en los mapas mediante lasdenominadas líneas isógonas que son las querepresentan puntos con igual declinación magnética.A la declinación magnética en un punto dado o en unazona concreta se la denomina declinación magnéticalocal y se representa en las rosas magnéticas de todaslas cartas náuticas de la zona en cuestión en grados yminutos.Esto tiene una gran importancia en la navegacióntradicional.Al trazar un rumbo, el navegante siempre debe tener encuenta la declinación magnética.
  • 9. La inclinación magnética terrestreLas líneas de flujo del campo magnético terrestre no son siempre paralelas a la superficie de la tierra,sino que forman un ángulo respecto a la horizontal que varía con la latitud.Este ángulo recibe el nombre de inclinación magnética y tiene una importancia fundamental en el diseñoy calibración de los compases.
  • 10. ELECTROMAGNETISMOEl electromagnetismo es una rama de la física que estudia y unifica losfenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos fueron sentados por MichaelFaraday y formulados por primera vez de modo completo por James Clerk Maxwell. La formulaciónconsiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales que relacionan el campo eléctrico, el campomagnético y sus respectivas fuentes materiales (corriente eléctrica, polarización eléctrica y polarizaciónmagnética), conocidas como ecuaciones de Maxwell.El electromagnetismo es una teoría de campos; es decir, las explicaciones y prediccionesque provee se basan en magnitudes físicas vectoriales o tensoriales dependientes dela posición en el espacio y del tiempo. El electromagnetismo describe los fenómenosfísicos macroscópicos en los cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y enmovimiento, usando para ello campos eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre lassustancias sólidas, líquidas y gaseosas. Por ser una teoría macroscópica, es decir,aplicable sólo a un número muy grande de partículas y a distancias grandes respecto delas dimensiones de éstas, el electromagnetismo no describe los fenómenos atómicos ymoleculares, para los que es necesario usar la mecánica cuántica.El electromagnetismo considerado como fuerza es una de las cuatro fuerzasfundamentales del universo actualmente conocido.
  • 11. Desde la antigua Grecia se conocían los fenómenos magnéticos y eléctricos pero no es hasta iniciosdel siglo XVII donde se comienza a realizar experimentos y a llegar a conclusiones científicas de estosfenómenos. Durante estos dos siglos, XVII y XVIII, grandes hombres de ciencia como WilliamGilbert, Otto von Guericke, Stephen Gray, Benjamín Franklin, Alessandro Volta entre otros estuvieroninvestigando estos dos fenómenos de manera separada y llegando a conclusiones coherentes con susexperimentos.Michael Faraday.A principios del siglo XIX Hans Christian Ørsted encontró evidencia empírica de que los fenómenosmagnéticos y eléctricos estaban relacionados. De ahí es que los trabajos de físicos como André-MarieAmpère, William Sturgeon, Joseph Henry, Georg Simón Ohm, Michael Faraday en ese siglo, sonunificados por James Clerk Maxwell en 1861con un conjunto de ecuaciones que describían ambosfenómenos como uno solo, como un fenómeno electromagnético..HISTORIAJames Clerk Maxwell.
  • 12. Las ahora llamadas ecuaciones de Maxwell demostraban que los campos eléctricosy los campos magnéticos eran manifestaciones de un solo campo electromagnético.Además describía la naturaleza ondulatoria de la luz, mostrándola como una ondaelectromagnética.Con una sola teoría consistente que describía estos dos fenómenos antes separados, losfísicos pudieron realizar varios experimentos prodigiosos e inventos muy útiles como labombilla eléctrica por Thomas Alva Edison o el generador de corriente alterna por NikolaTesla.El éxito predictivo de la teoría de Maxwell y la búsqueda de una interpretación coherente desus implicaciones, fue lo que llevó a Albert Einstein a formular su teoría de la relatividad quese apoyaba en algunos resultados previos de Hendrik Antoon Lorentz y Henri Poincaré.En la primera mitad del siglo XX, con el advenimiento de la mecánica cuántica, elelectromagnetismo tenía que mejorar su formulación con el objetivo de que fuera coherentecon la nueva teoría.Esto se logró en la década de 1940 cuando se completó una teoría cuánticaelectromagnética o mejor conocida como electrodinámica cuántica.
  • 13. CORRIENTE DIRECTA (CD) Y CORRIENTE ALTERNA (CA)Hay dos tipos de corrientes eléctricas que pueden atravesaralambres:Corriente directa (CD) yCorriente alterna (CA).
  • 14. CORRIENTE DIRECTA (CD) Y CORRIENTE ALTERNA (CA)La corriente directa (CD) siempre fluye en la misma dirección en un circuito eléctrico.Los electrones fluyen continuamente en el circuito del terminal negativo de la batería al terminal positivo. Inclusocuando ninguna corriente está atravesando el conductor, los electrones en el alambre se están moviendo avelocidades de hasta 600 millas (1 000 kilómetros) por segundo, pero en direcciones al azar porque el alambre tieneuna temperatura finita.Puesto que un electrón se está moviendo hacia atrás en el conductor al mismo tiempo que otro se está moviendohacia adelante, ninguna carga neta se transporta a lo largo del circuito.Si se conecta una batería a los extremos del alambre, los electrones son forzados a lo largo del conductor en lamisma dirección .La velocidad de los electrones a lo largo del conductor es menor a una pulgada (pocos milímetros) por segundo.De manera que un electrón en específico tarda un largo tiempo en ir alrededor del circuito.Hay tantos electrones que todos están continuamente chocando entre sí, como fichas de dominó, y hay un cambioneto de cargas eléctricas alrededor del circuito que pueden llegar a alcanzar la velocidad de la luz.
  • 15. Los tomacorrientes en nuestros hogares proporcionan corriente alterna (CA).Los electrones en el alambre cambian de dirección 60 veces por segundo.A los dispositivos eléctricos que usamos no les importa en qué dirección se están moviendo loselectrones, puesto que la misma cantidad de corriente atraviesa un circuito sin importar la direcciónde la corriente.Las redes de distribución de energía eléctrica que llevan electricidad a nuestros hogares sediseñaron para manejar corriente alterna.Las tormentas de clima espacial pueden causar flujos de electricidad continua en la red eléctrica.Puesto que la red fue diseñada para que usara electricidad CA, y no electricidad CD, las corrientesdirectas inducidas por los estados del tiempo espacial pueden dañar o destruir ciertosequipos como los transformadores de voltaje.
  • 16. EJERCICIOSDos alambres paralelos están separados 4 cm y conducen cada uno una corriente de 8Amperes.¿Cuál es la fuerza entre los alambres por cm de longitud si las corrientes en los alambres sonde la misma dirección ?
  • 17. SOLUCIÓN•Solución Las líneas de fuerza en la parte externa de ambos alambres tienen la misma dirección ,y entonces, allí se refuerza el campo; entre los alambres, las líneas de fuerza son las opuestas y elcampo se debilita. Por lo tanto los alambres se atraen mutuamente hacia el campo mas débil.•La intensidad H en cada alambre debido a la corriente que circula en el otro es:
  • 18. EJERCICIOSEjercicio 2Encuentre el campo eléctrico en el punto P de la figura, ubicado sobre el eje y a 0.4 m sobre elorigen, producido por las tres cargas puntuales que se muestran.La carga q 1 = 7C se ubica en el origen del sistema de coordenadas, la carga q 2 = -5 C seubica en el eje x a 0.3 m del origen y la carga q3 = -3C a la derecha del punto P y a 0.4 m sobreq 2
  • 19. EJERCICIOSPrimero calculamos separadamente la magnitud del campo eléctrico en P debido ala presencia de cada carga.Llamemos E 1 al campo eléctrico producido por q 1 ,E 2 al campo eléctrico producido por q 2 yE 3 al campo eléctrico producido por q 3 .Estos campos se representan en la figura y sus magnitudes son:El vector resultante E quebuscamos es la sumavectorial de estos tresvectores, E = E 1 + E 2 +E 3

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