UNIVERSIDAD SANTO TOMÁSVICERRECTORÍA GENERAL DE UNIVERSIDAD ABIERTA Y A DISTANCIA

FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍAINGENIERÍA INFORMÁTICA

FISICA ELECTRICIDAD Y MAGNETISMOCódigo SAC 16877

GLORIA OSORIO RINCÓN Código: 76063

Medellín, septiembre 22 de 2012

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INTRODUCCIÓN

En la elaboración de éste trabajo se ilustra la relación entre ciencia y tecnología: el

electromagnetismo, con ejercicios se muestra la dependencia entre el

conocimiento científico y las aplicaciones tecnológicas de la actualidad.

El caso del electromagnetismo es notable, entre otras cosas, por el hecho de que

una vez llevados a cabo los descubrimientos científicos tuvieron inmediata

aplicación práctica y viceversa, las aplicaciones prácticas fomentaron la

investigación científica para resolver diferentes problemas, lo cual a su vez abrió

nuevos horizontes científicos.

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OBJETIVOS

Conocer los conceptos básicos del electromagnetismo, adquiriendo

destrezas en el uso y manejo de dispositivos eléctricos, tan necesarios en

la vida profesional.

Conocer la relación entre fenómenos magnéticos y eléctricos.

Conocer diferentes sistemas de generación de corriente eléctrica.

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1. Responder ampliamente:

2.1 ¿QUÉ ES ELECTROMAGNETISMO Y CUÁL ES SU UTILIDAD?

El electromagnetismo consolida los fenómenos eléctricos y magnéticos

en una sola teoría, es una rama de la física cuyos fundamentos fueron

razonados por Michael Faraday y formulados por primera vez de modo

completo por James Clerk Maxwell.

El electromagnetismo describe los fenómenos físicos macroscópicos en

los cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento,

usando para ello campos eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre las

sustancias sólidas, líquidas y gaseosas; considerado como una de las

cuatro fuerzas fundamentales del universo actualmente conocido.

Por ser una teoría macroscópica, es decir, aplicable sólo a un número

muy grande de partículas y a distancias grandes respecto de las

dimensiones de éstas, el electromagnetismo no describe los fenómenos

atómicos y moleculares, para los que es necesario usar la mecánica

cuántica. (Feynman, 1974)

La relación entre electricidad y magnetismo dio lugar, a útiles e

importantes aplicaciones tecnológicas importantes como el telégrafo,

con el que el hombre pudo comunicarse por medios eléctricos, y a las

máquinas eléctricas, o sea, motores eléctricos y generadores de

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electricidad. De esta forma, el hombre tuvo a su disposición fuentes de

corriente eléctrica de gran intensidad, hecho que cambió drásticamente

la vida, dando lugar a una revolución en la forma de vida de la

humanidad, cuyas consecuencias fueron la iluminación eléctrica y el

teléfono, entre otras.

Otra novedad importante que se dio en el desarrollo de estas

aplicaciones de la electricidad y el magnetismo fue la creación de los

primeros laboratorios industriales, que desempeñaron un papel

primordial en los subsiguientes avances.

James Glerk Maxwell realizó una gran síntesis teórica de los trabajos de

Ampére y faraday sobre la electricidad y el magnetismo, lo que lo llevó

al descubrimiento de la luz era de origen eléctrico y magnético. Además,

como consecuencia de la teoría que desarrolló predijo la existencia de

las ondas electromagnéticas. También hay resaltar que la teoría

electromagnética de Maxwell sirvió para el futuro desarrollo de la teoría

de la relatividad de Einstein.

Años después de que Maxwell hiciera la predicción de las ondas

electromagnéticas en forma teórica, Hertz llevó a cabo un notable

experimento, que lo llevó a indagar si en la naturaleza efectivamente

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existen ondas electromagnéticas. Su trabajo verificó en forma brillante

las predicciones de Maxwell.

Después de los experimentos de Hertz no quedó ya ninguna duda,

desde el punto de vista conceptual, acerca de la realidad física de los

campos, idea que Faraday matemática. Esta idea ha sido de crucial

importancia en la física posterior, tanto para la relatividad de Einstein

como par las teorías modernas de las partículas elementales.

Otras consecuencias de los trabajos de Maxwell y Hertz fue el inicio de

las comunicaciones inalámbricas.

A principios del presente siglo, los trabajos de Marconi solamente había

dado por resultado el telégrafo inalámbrico. La necesidad de desarrollar

la radiotelefonía precipitó el inicio de la electrónica moderna. De hecho,

esta rama del electromagnetismo consolidó el importante papel de los

laboratorios industriales, la radio, que dominaría la vida humana durante

varias décadas, y posteriormente la televisión, que tanta repercusión ha

tenido.

La posibilidad práctica de construir pilas voltaicas produjo una revolución

en el estudio de la electricidad. Hemos de mencionar que en muchos

laboratorios era muy poco factible construir las máquinas de electricidad

por fricción, ya que eran bastante caras; sin embargo, las pilas eran

relativamente baratas. Permitieron el avance de la ciencia química ya

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que estaban al alcance de muchos laboratorios; de otra manera no se

hubieran podido realizar muchas investigaciones científicas. Gran parte

de los primeros descubrimientos electroquímicos fueron hechos

precisamente con pilas voltaicas. Poco después de haber recibido una

carta de Volta en la que explicaba cómo construir una pila, William

Nicholson (1.753 – 1.825) y Anthony Carlisle (1.768 – 1.840)

construyeron en Londres uno de estos dispositivos, y con el fin de

conseguir una mejor conexión eléctrica, conectaron cada una de las

terminales de la pila a un recipiente con agua. Se dieron cuenta de que

en una de las terminales aparecía hidrógeno y en la otra, oxígeno. Fue

así como descubrieron el fenómeno de la electrólisis, en el que, por

medio de una corriente eléctrica, se separan los átomos que componen

la molécula del agua. Humphry Davi (1.778 – 1.829), también en

Inglaterra, descompuso por medio de la electrólisis otras sustancias, y

así descubrió los metales sodio y potasio al descomponer

electroquímicamente diferentes sales minerales, como la potasa

cáustica, la soda fundida, etc. También obtuvo electroquímicamente los

elementos bario, calcio, magnesio y estroncio. Poco después Faraday

descubrió, también con las pilas voltaicas, las leyes de la electrólisis.

En la actualidad el uso de el electromagnetismo es muy común en los

electroimanes que pueden ser de diferentes tamaños y formas según el

uso al que se destinen. Los más pequeños se emplean, por ejemplo,

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para construir timbres de aviso o alarma, relés para diferentes

funciones, interruptores automáticos de corriente, altavoces, cabezales

de grabadoras de audio y vídeo, cabezales de lectura-escritura de

disquetes, etc. Los de mayor tamaño se emplean en grúas para levantar

metales o chatarra.

En Alemania y Japón existen trenes que funcionan por levitación

magnética llamados “Maglev”. Esos trenes emplean poderosos

electroimanes que les permiten levantarse o “levitar” por encima de los

rieles, por lo que llegan a desarrollar velocidades de unos 500

kilómetros por hora (aproximadamente 300 millas por hora) pues al no

tener casi contacto directo el cuerpo del tren con los rieles, no existe

prácticamente pérdidas de energía por fricción.

El electromagnetismo encuentra también aplicación en los

transformadores de corriente eléctrica para elevar o disminuir la tensión

o voltaje que requieren diferentes los dispositivos eléctricos que

empleamos diariamente, tanto en los centros de trabajo como en el

hogar. (Marcelo Alonso, 1976)

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2.2 ¿CÓMO SE CREA UN CAMPO MAGNÉTICO QUE NO SEA

GENERADO POR UN IMÁN?

2.2.1 Campo creado por una partícula cargada

Desde la experiencia de Öersted ya

sabemos que las corrientes

eléctricas producen campos

magnéticos, puesto que una

corriente eléctrica afecta a la brújula.

La corriente eléctrica más pequeña que podemos imaginar es una

simple partícula cargada. Generando un campo magnético creado por

una partícula en movimiento.

2.2.2 Campo creado por una corriente rectilínea

Una corriente eléctrica

rectilínea de longitud

indefinida crea un campo

magnético a su alrededor,

realizando el campo

magnético de un conductor sobre otro.

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Una corriente rectilínea o una carga en movimiento crean a su alrededor

líneas de fuerza magnéticas como las dadas en la figura.

2.2.3 Campo creado por una bobina

Se tiene un circuito con una bobina o solenoide y una brújula en sus

proximidades. Cuando cerramos el circuito la bobina se porta como un

electroimán, desviando la brújula hacia uno de sus polos.

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2.3 ¿CÓMO ES EL COMPORTAMIENTO DE ESTE CAMPO?

El comportamiento de los campos magnéticos se debe al movimiento de

cargas, como ocurre cuando una corriente fluye en un circuito que de

acuerdo con la forma (de tal circuito) se creará un campo en una

determinada dirección, por ejemplo el campo que se genera en un

alambre (infinito), en este caso la dirección del campo estará dada por la

ley de la mano derecha, que para este caso, el índice indicará la

dirección de la corriente y los demás dedos indicarán el sentido del

campo magnético, el cual es circular alrededor del alambre.

Cuando la corriente fluye por un alambre en forma de espiral

(circular), la dirección del campo será perpendicular al plano que

forma el espiral.

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Cuando la corriente fluye por una bobina o solenoide (arreglo de espiras,

una a continuación de la otra), la dirección del campo es paralelo al eje en

el cual se forma la bobina.

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2. Explique el funcionamiento básico del motor eléctrico tenga en cuenta

la relación electricidad y magnetismo.

El funcionamiento básico del motor eléctrico se relaciona con una bobina

por la que pasa corriente la se porta como un imán, si esta bobina se

encuentra en un campo magnético, tenderá a moverse como un imán

cualquiera. Esta propiedad se aprovecha para crear motores eléctricos

que pueden mover lavadoras, lavaplatos o juguetes.

En la imagen vemos un motor eléctrico por dentro: La parte exterior, estátor,

tiene un electroimán, con el fin de hacer girar el rotor. Para comprenderlo,

fijémonos en el dibujo de abajo.

Vemos en amarillo, azul y rojo a las bobinas del estátor. Por ellas pasa

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corriente alterna en diferente fase, como se ilustra en la parte inferior de la

imagen.

Cuando la corriente alterna roja está en un máximo (1), el campo

magnético apunta hacia abajo (en ese momento los campos de las otras

dos se contrarrestan). En el punto 2 es la bobina azul la que impone la

dirección del campo y en el momento 3 es la bobina amarilla.

De esta forma, la bobina del inducido, que busca alinearse con el campo

magnético, debe girar constantemente.

Hay otros motores eléctricos con principios diferentes. En el motor

eléctrico lineal, se busca que la fuerza magnética produzca un

desplazamiento en línea recta, en vez de un giro. En el tren de la figura

hay distribuidos por la vía imanes situados entre los raíles que repelen los

que lleva el tren. En este caso, la repulsión magnética es la que causa el

movimiento.

Hay también motores eléctricos parecidos al de corriente alterna, pero

que funcionan con corriente continua. En estos casos, hay un sistema de

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contactos (bornes) que cambian de polaridad a medida que gira el

inductor, aunque se mantenga siempre el mismo sentido de la corriente.

De esta forma se consigue igualmente una acción giratoria sobre el rotor.

Existen otras posibilidades. Incluso hay motores que funcionan sin

apoyarse en campos magnéticos. No obstante, como regla general,

podemos afirmar que Los motores eléctricos convierten energía

eléctrica en energía mecánica gracias al campo magnético.

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BIBLIOGRAFÍA

Feynman, R. (1974). Feynman lectures on Physics Volume 2. Addison Wesley Longman.

Marcelo Alonso, E. J. (1976). Física. Fondo Educativo Interamericano.

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