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7.1 Definiciones

El electromagnetismo estudia la relación entre los fenómenos eléctricos y los fenómenos magnéticos.

Un campo magnético existe en una región del espacio si una carga eléctrica que se mueve ahí experimenta una fuerza (diferente a la fricción) debido a su movimiento.

Se puede detectar por el efecto que produce sobre la aguja de una brújula, la cual se alinea en la dirección del campo magnético.

7.2 Campo magnético terrestre

La fuerza magnética que actúa sobre una partícula cargada que se mueve en un campo magnético es siempre perpendicular a la velocidad de la partícula.

De esta propiedad se sigue que: ​​​​​​El trabajo realizado por la fuerza magnética es cero ya que el desplazamiento de la carga es siempre perpendicular a la fuerza magnética. Por lo tanto, un campo magnético estático cambia la dirección de la velocidad, pero no afecta la rapidez o la energía cinética de la partícula cargada.

7.3 Trayectoria de las cargas en movimiento dentro de un campo magnético

Fuerza sobre un conductor rectilíneo que lleva una corriente.

La fuerza magnética que actúa sobre un conductor recto de longitud l, que lleva una

intensidad de corriente l, al colocarle en el interior del campo magnético B uniforme es:

F = I (l x B) la dirección de la l es la intensidad de corriente.

Fuerza sobre un elemento de corriente.

Si un elemento de conductor de forma arbitraria por el que circula una corriente eléctrica se coloca en el interior de un campo magnético B uniforme, la fuerza que actúa sobre un elemento de corriente de longitud dl es:

dF= I (dl x B)

7.4 Fuerzas magnéticas entre corrientes

Ley de Ampere

Establece que la integral de línea de B*ds a lo largo de cualquier trayectoria cerrada es igual a µI donde I es una intensidad de corriente constante que pasa a través de cualquier superficie delimitada por la trayectoria cerrada.

En el flujo magnético neto a través de cualquier superficie cerrada es cero. En forma equivalente, el número de líneas de campo magnético que entran a una superficie cerrada es la misma que el número de líneas que salen de ella. Las líneas de campo magnético son siempre cerradas, pues no existen polos magnéticos aislados.

Ley de Gauss

7.5 Leyes de electromagnetismo

Se define como el ampere como la intensidad de una corriente que, circulando en el mismo sentido por dos conductores rectilíneos y paralelos separados por el vacío por la distancia de un metro, origina en cada uno de ellos una fuerza atractiva de 2 x 10 -7 N por medio de longitud.

La ley de Ampere dice:

"La circulación de un campo magnético a lo largo de una línea cerrada es igual al producto de m0 por la intensidad neta que atraviesa el área limitada por la trayectoria".

7.6 Ley de Ampere

Es el campo magnético que crea una corriente eléctrica al pasar a través de una bobina de hilo conductor enrollado alrededor de la misma que conforma un inductor.

Un inductor puede utilizarse para diferenciar señales cambiantes rápidas o lentas. Al utilizar un inductor con un condensador, la tensión del inductor alcanza su valor máximo a una frecuencia dependiente de la capacitancia y de la inductancia.

Existen fenómenos de inducción electromagnética generados por un circuito sobre sí mismo llamados de inducción propia o autoinducción; y los producidos por la proximidad de dos circuitos llamados de inductancia mutua.

Matemáticamente se expresa:

L = - ε

∆i__

∆t

O bien, si despejamos a la fem inducida queda:

ε=-L ∆i__

∆t

Donde L= inductancia expresada en volts-segundo/ampere= henry (H).

ε=fem inducida medida en volts.

∆i=cambio de la corriente en amperes (A). La letra i indica que es una corriente inducida.

∆t= tiempo en el que se efectúa el cambio en la corriente medida en segundos (seg).

7.7 Inductancia magnéticas

La fem inducida por un inductor impide a la batería establecer instantáneamente una corriente. Por lo tanto, la batería tiene que realizar un trabajo contra el inductor para generar una corriente.

La energía necesaria para crear un campo magnético puede calcularse en dos formas: en función de las corrientes en las espiras de alambre o como una integral de la densidad de energía sobre el campo entero.

Si no se registran pérdidas (como las debidas a histéresis), la energía utilizada para crear el campo magnético puede recuperarse cuando sea apagado, de modo que representa la energía de él.

La potencia de las perdidas por histéresis es proporcionada a la superficie de la espira de las histéresis y a las frecuencias.

7.8 Energía asociada con un campo magnético

La energía almacenada por un inductor puede expresarse por unidad de volumen, lo que nos da el concepto de densidad de energía en el campo magnético. Por simplicidad considere un solenoide cuya inductancia está dada por la ecuación.

L= μoN2A

El campo magnético de un solenoide está dado por la ecuación B=μoNI. Despejando I de esta ecuación obtenemos: I= B

μoN

En general queda de la siguiente forma:

UB=1/2LI2=1/2μoN2A/l(B/μoN)2=(B2/2μo)(AL)

Debido a que AL es el volumen del solenoide, la energía almacenada por unidad de volumen en un campo magnético es la siguiente:

UB=UB = B2.

AL 2μo

Donde:

UB = Densidad de energía magnética asociada a un inductor.

UB = Energía almacenada en un inductor.

B = Campo magnético.

μo= Constante de permeabilidad del aire 12.56 x10-7 Tm/A.

7.9 Densidad de energía magnética

La Corriente Alterna En Los Hogares: La generación y distribución de electricidad es un proceso bastante complejo.

La Dinamo: Es un generador de corriente continua.

Transformador: Es un dispositivo que permite elevar o rebajar el voltaje de una corriente alterna, es decir, una corriente cuyo sentido e intensidad varían alternativamente

El Teléfono: Consta básicamente de un dispositivo que transforma las ondas de sonido que se emiten cuando uno habla en vibraciones de una corriente eléctrica y que la corriente así generada, siguiese fielmente las variaciones producidas por el sonido.

7.10 Aplicaciones

Unidad VII. Electromagnetismo