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Universidad Abierta Interamericana

Ing. en Sistemas Informáticos





Universidad Abierta Interamericana




Ingeniería en Sistemas Informáticos



Electromagnetismo-Estado Sólido 1

TRABAJO PRÁCTICO FINAL

Inducción Magnética


Profesores:

  • Vallhonrat, Carlos Jorge

  • Cingolani, Enrique Antonio

Alumnos:

  • Juan Pablo Pechacek

  • Daniela Gangemi

  • Jesica Belen

  • Pablo Sobrecasas

Comisión: 4°B

Turno: Noche

Sede: Centro

Año: 2012



Índice:


Introducción 3

¿Qué es la Inducción Magnética? 3

¿Por qué ocurre esto? 3

Imán 3


Ley de Faraday 4

Ley de Lenz 6

Maxwell 7

Maneras de Inducir 7

Flujo Magnético 9

Campo Eléctrico 11

Caso Práctico: 11

Campo Electrico y Magnetico 12

El Espectro Electromagnético (EM) 13

Gráfico: 14

¿Cuál es el uso real? 14

Almacenamiento de datos 15

¿Qué es un dispositivo de lmacenamiento por medio magnético? 15

Ferromagnetismo 15

¿Qué es la interacción ferromagnética? 16

¿Qué es la Histéresis? 16

Ciclo de histéresis de un material 16




Introducción

¿Qué es la Inducción Magnética?


La inducción magnética es el proceso mediante el cual campos magnéticos generan campos eléctricos.
Al generarse un campo eléctrico en un material conductor, los portadores de carga se verán sometidos a una fuerza y se inducirá una corriente eléctrica en el conductor.
Entonces, se puede generar una corriente eléctrica inducida a partir de un campo magnético.

Veamos el siguiente ejemplo:




Al acercar el imán a la espira conductora (sin fuente de alimentación) se detecta una corriente eléctrica mientras el imán esté en movimiento.

¿Por qué ocurre esto?


Para entender esto necesitamos entender dos puntos fundamentales:

  1. El imán

  2. La Ley de Faraday-Lenz



Imán


Un imán es un material que tiene la capacidad de producir un campo magnético en su exterior, el que es capaz de atraer al hierro, así como también al níquel y al cobalto.

Existen imanes de origen natural y otros fabricados de forma artificial. Generalmente, aquellos que son naturales manifiestan sus propiedades en forma permanente, como es el caso de la magnetita o Fe304.



La característica de atracción que poseen los imanes se hace más potente y evidente hacia sus extremos o polos, los que son denominados norte y sur, ya que tienden a orientarse a los extremos de nuestro planeta, ya que sus polos son imanes naturales gigantes. Así como sucede con los imanes, debido a los polos, en la Tierra, el espacio en el que se manifiesta la acción de los enormes imanes se denomina campo magnético. Éste se representa a través de líneas de fuerza. Las líneas de fuerza son trazos imaginarios de van de polo a polo, de norte a sur por fuera del imán y en sentido contrario por su parte interna.



Ley de Faraday


A principios de la década de 1830, Faraday en Inglaterra y J. Henry en U.S.A., descubrieron de forma independiente, que un campo magnético induce una corriente en un conductor, siempre que el campo magnético sea variable. Las fuerzas electromotrices y las corrientes causadas por los campos magnéticos, se llaman fem inducidas y corrientes inducidas. Al proceso se le denomina inducción magnética.


Faraday demostró que podía inducir una corriente en una bobina al acercar o alejar un imán en cuando el polo norte del imán penetra en la bobina ,el aguja del galvanómetro se desvía hacia la derecha del lector en cuando el polo norte se aleja la aguja se mueve hacia la izquierda ,lo cual indica que la corriente ,cambio de sentido




Un flujo variable produce una fem inducida en una espira. Como esta fem es el trabajo realizado por unidad de carga, esta fuerza por unidad de carga es el campo eléctrico inducido por el flujo variable. La integral de línea de este campo eléctrico alrededor de un circuito completo será el trabajo realizado por unidad de carga, que coincide con la fem del circuito.



La fem inducida en un circuito es proporcional a la variación temporal del flujo magnético que lo atraviesa.




Ley de Lenz


La fem y la corriente inducida en un circuito poseen una dirección y sentido tal que tienden a oponerse a la variación que los produce.




La corriente inducida se debe al movimiento relativo entre el imán y la espira.
Nota Importante: El sentido de la corriente inducida se opone a la variación del flujo que la produce.

Maxwell


Hacia 1860, James Clerk Maxwell dedujo que las leyes fundamentales de la electricidad y el magnetismo podían resumirse de forma matemática en lo que se conoce como las Leyes de Maxwell.

Estas ecuaciones relacionan los vectores E y B con sus fuentes, que son las cargas en reposo, las corrientes y los campos variables.

Maxwell demostró que estas ecuaciones podían combinarse para dar lugar a una ecuación de ondas que debían satisfacer los vectores E y B cuya velocidad en el vacío debía ser:

Dicha velocidad coincide con la velocidad de la luz en el vacío. Luego la luz también es una onda electromagnética.




Maneras de Inducir


  1. Inducción de fem por cambio de ángulo

  2. Inducción de fem por cambio de campo

  3. Inducción de fem por variación en área

Las tres vias implican un cambio en una propiedad: flujo magnético






Flujo Magnético



QUE ES EL FLUJO MAGNETISMO?:
El flujo magnético es una medida de la cantidad de magnetismo, tal como se denomina al fenómeno físico por el cual los materiales ejercen fuerzas de atracción o de repulsión sobre otros materiales.

Se lo calcula a partir del campo magnético (región de espacio en la que una carga eléctrica puntual que se desplaza a una velocidad sufre los efectos de una fuerza perpendicular y proporcional tanto a la velocidad como al campo B), la superficie sobre la que actúa y el ángulo de incidencia conformado entre las líneas de campo magnético y los diferentes elementos de la mencionada superficie.


La unidad de flujo magnético a instancias del Sistema Internacional de Medidas es el weber y se denomina wb, por tanto, es que se conocen como weberímetros a aquellos aparatos empleados para medir el flujo magnético. En tanto, en el sistema cegesimal, se emplea el maxwell.
El weber o weberio equivale al flujo magnético que al atravesar un circuito de una sola espira provoca en la misma una fuerza electromotriz de un voltio, si es que se anula el mencionado flujo en un segundo como consecuencia del decrecimiento uniforme.
El nombre de weber fue introducido en honor al físico alemán Wilhelm Eduard Weber, quien se destacó como tal en el siglo XIX por sus aportes en el campo magnético y también como formador de futuros profesionales físicos.

El flujo magnético se representa de manera gráfica a través de la letra griega fi, cuyo símbolo es: Φ.


Ejemplos Gráficos:









Campo Eléctrico

Un campo eléctrico es un campo de fuerza creado por la atracción y repulsión de cargas eléctricas (la causa del flujo eléctrico) y se mide en Voltios por metro (V/m). El flujo decrece con la distancia a la fuente que provoca el campo.


Los campos eléctricos estáticos (también conocidos como campos electrostáticos) son campos eléctricos que no varían con el tiempo (frecuencia de 0 Hz). Los campos eléctricos estáticos se generan por cargas eléctricas fijas en el espacio, y son distintos de los campos que cambian con el tiempo, como los campos electromagnéticos generados por electrodomésticos, que utilizan corriente alterna (AC) o por teléfonos móviles, etc.

Caso Práctico:

Cuando una lámpara de mesa está enchufada, es decir, conectada a la red eléctrica a través del enchufe, sólo hay un campo eléctrico. El campo eléctrico puede compararse con la presión dentro de una manguera cuando se conecta al sistema de abastecimiento de agua y el grifo está cerrado. El campo eléctrico está relacionado con la tensión, cuya unidad es el voltio (V). Se genera por la presencia de cargas eléctricas y se mide en voltios por metro (V/m). Cuanto mayor sea la fuente de alimentación del electrodoméstico, mayor será la intensidad del campo eléctrico resultante.


Cuando se enciende la lámpara, es decir, cuando la corriente pasa por el cable de alimentación, hay un campo eléctrico y un campo magnético. El campo magnético se origina como resultado del paso de corriente (es decir, el movimiento de electrones) a través del cable eléctrico. En el ejemplo de la manguera, el campo magnético se correspondería con el paso del agua a través de la manguera. La unidad del campo de inducción magnética es el Tesla (T). Sin embargo, los campos magnéticos que se miden normalmente están dentro del rango de los microteslas (μT), es decir, una millonésima de Tesla. Otra unidad que se utiliza a veces es el Gauss (G). Un Gauss equivale a 100 microteslas.

Cuando la lámpara está apagada (izda.): campo eléctrico


Cuando la lámpara está encendida (dcha.): campo eléctrico y magnético



Campo Electrico y Magnetico




Los campos Eléctrico y Magnético oscilan localmente.

Las direcciones locales del Campo Eléctrico y Magnético son mutuamente perpendiculares


La generación de OEM requiere que las dimensiones del medio emisor sean del orden de la longitud de onda generada.

  • antenas de radio que emiten en AM (amplitud modulada), en onda larga o corta, tienen dimensiones de decenas a centenares de metros

  • microondas, con longitudes de onda típicas en el rango de los micrones se generan en cavidades resonantes de algunos centímetros de tamaño

  • rango del infrarrojo a los rayos X está asociado a emisión de ondas electromagnéticas por átomos o moléculas

  • rayos Y están asociados a procesos nucleares.



El Espectro Electromagnético (EM)

Se denomina espectro electromagnético a la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas. Referido a un objeto se denomina espectro electromagnético o simplemente espectro a la radiación electromagnética que emite (espectro de emisión) o absorbe (espectro de absorción) una sustancia. Dicha radiación sirve para identificar la sustancia de manera análoga a una huella dactilar. Los espectros se pueden observar mediante espectroscopios que, además de permitir observar el espectro, permiten realizar medidas sobre el mismo, como son la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiación.

El espectro electromagnético se extiende desde la radiación de menor longitud de onda, como los rayos gamma y los rayos X, pasando por la luz ultravioleta, la luz visible y los rayos infrarrojos, hasta las ondas electromagnéticas de mayor longitud de onda, como son las ondas de radio. Se cree que el límite para la longitud de onda más pequeña posible es la longitud de Planck mientras que el límite máximo sería el tamaño del Universo (véase Cosmología física) aunque formalmente el espectro electromagnético es infinito y continuo

Gráfico:






¿Cuál es el uso real?


Los campos electromagnéticos tienen muchas utilizaciones dentro de nuestra vida cotidiana. Por ejemplo: TV, Laser, Microondas, Rayos X, Luz, Radiación Térmica, etc.
Otro ejemplo de uso, es un motor eléctrico que convierte la energía proveniente de una batería en movimiento.


Almacenamiento de datos

¿Qué es un dispositivo de lmacenamiento por medio magnético?

Los dispositivos de almacenamiento por medio magnético son los más antiguos y más utilizados actualmente, por permitir administrar una gran densidad de información. Es decir, permiten almacenar una gran cantidad de datos en un pequeño espacio físico.


La lectura y grabación de la información en un dispositivo de almacenamiento por medio magnético se da por la manipulación de partículas magnéticas presentes en la superficie del medio magnético. Para la grabación, el cabezal de lectura y grabación del dispositivo genera un campo magnético que magnetiza las partículas magnéticas, representando así dígitos binarios (bits) de acuerdo a la polaridad utilizada. Para la lectura, el cabezal de lectura y grabación genera un campo magnético, que cuando entra en contacto con las partículas magnéticas del medio verifica si esta atrae o repele al campo magnético, sabiendo así si el polo encontrado en la molécula es positivo o negativo.



Ferromagnetismo


Es muy importante en la industria y la tecnología moderna, y es la base de muchos aparatos eléctricos y electromecánicos, tales como electroimanes, motores eléctricos, generadores, transformadores y almacenamiento magnético como grabadoras y discos duros.

El ferromagnetismo no es una propiedad que depende sólo de la composición química de un material, sino que también depende de su estructura cristalina y la organización microscópica.




¿Qué es la interacción ferromagnética?


Es la interacción magnética que hace que los momentos magnéticos tiendan a disponerse en la misma dirección y sentido. Ha de extenderse por todo un sólido para alcanzar el ferromagnetismo.



¿Qué es la Histéresis?


Definición: Es la tendencia de un material a conservar una de sus propiedades, en ausencia del estímulo que la ha generado.
Histéresis Magnética: En física se encuentra la histéresis magnética si al magnetizar un ferromagneto éste mantiene la señal magnética tras retirar el campo magnético que la ha inducido.
La histéresis magnética, es el fenómeno que permite el almacenamiento de información en los imanes de los discos duros o flexibles de los ordenadores: el campo induce una magnetización en el pequeño imán, que se codifica como un 0 o un 1. Esta codificación permanece en ausencia de campo, y puede ser leída posteriormente, pero también puede ser invertida aplicando un campo en sentido contrario.


Ciclo de histéresis de un material


Se puede utilizar el magnetómetro de Köpsel, que se encarga de proporcionarle al material ferromagnético los cambios senoidales de la corriente eléctrica para modificar el sentido de los imanes.


Se produce histéresis al someter al núcleo a un campo creciente, los imanes (ó dipolos) elementales giran para orientarse según el sentido del campo. Al decrecer el campo, la mayoría de los imanes elementales recobran su posición inicial, sin embargo, otros no llegan a alcanzarla debido a los rozamientos moleculares conservando en mayor o menor grado parte de su orientación forzada, haciendo que persista un magnetismo remanente que obligue a cierto retraso de la inducción respecto de la intensidad de campo.


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