Magnetismo

  En la naturaleza existe un mineral de hierro llamado magnetita el cual también se conoce como imán (oxido ferroso férrico) que tiene la propiedad de atraer otros metales como el hierro, el acero, el cobalto y el níquel. Esta propiedad recibe el nombre de magnetismo y los minerales que poseen esta propiedad reciben el nombre de imanes.

   La magnetita es un iman natural. Los imanes construidos por el hombre se llaman imanes artificiales y pueden obtenerse frotando una barra de hierro o de acero con un iman natural, con iman ya formado por procedimientos eléctricos.

El magnetismo constituye uno de los fenómenos más atractivos y misteriosos conocido desde la antigüedad. Hoy día se sabe que toda la materia presenta propiedades magnéticas en determinadas condiciones y existen diferentes tipos de magnetismo y variables magnéticas que lo caracterizan.

Las características principales de los imanes son las siguientes:

·               Si se introduce un iman recto dentro de una caja que contiene limaduras de hierro o tachuelas se observa que estas se adhieren en mayor cantidad en los extremos que dando la parte central despejada. estas regiones de máxima atracción se denominan polos magnéticos.

·                Si se suspende un iman recto de un hilo de tal manera que pueda girar libremente en un plano horizontal se orienta en la dirección norte –sur geográfica. cuando el iman apunta hacia el norte este se llama polo norte y cuando apunta hacia el sur se llama polo sur. aquí podemos ver unas de las grandes aplicaciones de este fenómeno como lo es la brújula y ya sabemos porque siempre apunta hacia el norte. Por esto un científico llamado William Gilbert dijo que la tierra se comportaba como iman gigante dio los pasos para entender por qué una brújula se orienta en la dirección Norte –Sur. Pensó que la tierra necesariamente debe comportarse como un imán gigante cuyo polo norte magnético debe atraerse con el polo sur de la brújula y viceversa, el polo sur magnético de la tierra debe atraer al polo norte de la brújula como se muestran en las siguientes figuras.

·             Otras de las principales características es que si suspendemos el polo norte de un iman y acercamos el polo norte de otro iman observamos que se repelen pero si a este polo norte acercamos el polo sur de otro iman vemos que se atraen. Es decir polos magnéticos del mismo nombre se repelen y polos magnéticos diferentes se atraen.

    Unos de los pioneros sobre el magnetismo y su aplicación para la circulación de energía eléctrica fue el físico danés Hans cristhian Oersted que en 1819 experimentando con circuitos eléctricos ocurrió algo inesperado y es que sobre la mesa de su laboratorio había una brújula cercana a los cables del circuito, y comprobó con sorpresa que el imán de su aguja se desviaba cada vez que circulaba corriente por el cable. Gracias a este fenómeno se puede construir un electroimán hoy en día y puede explicarse que es el  campo magnético la cual es una fuerza invisible actuante en este tipo de fenómenos. En el siguiente video podemos se explica con detenimiento el experimento de Oersted.

Reflexión

Hasta ahora hemos dicho que un iman recto puede girar libremente en un plano horizontal se orienta aproximadamente en la dirección norte –sur geográfica. En consecuencia, si un iman en las condiciones citadas se coloca en una determinada región del espacio y cambia de posición, orientándose a otra dirección esto indica que sobre el iman actúan una fuerza y por consiguiente se ha realizado una interacción. Decimos entonces que en la región del espacio donde está situado el iman existe un campo magnético. La dirección del campo magnético es el eje longitudinal del iman y el sentido, el que va dirigido del polo sur(S) al polo norte (N).

De acuerdo con lo explicado una brújula o aguja imantada que puede girar libremente en un plano horizontal, permite determinar experimentalmente si en una región del espacio existe un campo magnético, así como su dirección y sentido.

Referencias bibliograficas

·        Figueroa Douglas, Electromagnetismo - Física  6, para ciencias e ingeniería, Caracas, Vidasa editorial.

·        Sitio electrónico, www.webdelprofesor.ula.ve .

Condensadores

      En nuestra vida cotidiana tenemos relación con equipos eléctricos llámese televisores, radios, secadores, consolas de video juegos, etc. y por alguna razón en un momento determinado los hemos desarmado por curiosidad solo para ver que hay dentro de estos artefactos  y nos llevamos una gran impresión al ver cuántos materiales, cables, resistencias, entre otros componen la estructura necesaria para hacer  funcionar estos equipos.

      Entre tantos componentes electrónicos y eléctricos podemos encontrar los famosos Condensadores.los cuales tienen por funcion el almacenaje de energia. Para saber un poco de donde surge el término nos vamos a la historia

      Nos remontamos a noviembre de 1745 donde un científico alemán llamado Ewald Georg von Kleist invento lo que conocemos como condensador. Realmente fue reconocido unos meses después del mismo año cuando un científico holandés, Pieter van Musschenbroek, también profesor de la universidad de Leyden invento un condensador con una botella de cristal llena de agua hasta la mitad forrada por dentro y fuera de papel aluminio. En este experimento el vidrio actúa como dialectrico sin embargo se pensaba que era el agua. Se colocaba un alambre o cadena que es impulsada por un corcho en la parte superior de la botella esta se enganchaba a una manivela de generador estático lo cual posteriormente emitía dos cargas iguales pero opuestas en equilibrio donde fueron conectadas por un cable produciendo lo que conocemos hoy en día como un cortocircuito. A esta experiencia se le llamo Botella de Leyden. A continuacion vemos en lasimagenes al cientifico holandes y la botella de Leyden.

   

 Esta misma experiencia la utilizo Benjamín Franklin donde descubrió que una pieza plana de vidrio trabajado, así como el modelo de recipiente, lo impulsaron a desarrollar el cuadrado plano condensador. También el químico ingles Michael Faraday es considerado como el mayor pionero del uso del condensador eléctrico en aquel tiempo para trasladar gran energía eléctrica almacenada a grandes distancias. Por ser el más reconocido el tamaño de un condensador se mide en unidades llamadas faradios (F) en honor a sus grandes aportes. Un faradio por ser una unidad muy grande se suele utilizar otros sub-múltiplos,  tales  como  microfaradios  (µF=10F), nano faradios (nF=10-9 F) y picofaradios (pF=10-12 F).

La representacion grafica de un condensador esta dado por la forma :

Existen diferentes tipos de condensadores hoy en dia los cuales podemos clasificarlos en: Condensadores electroliticos , electroliticos de tantalo, poliester, poliester metalizado,ceramico de lenteja , ceramico de tubo entre otros. a continuacion vemos en la figura los diferentes tipos de condensadores que se usan en la actualidad.

En el siguiente video podemos ahondar un poco mas sobre que son los condensadores y sus respectivas aplicaciones en los diferentes aparatos electricos.

Reflexion

Debemos tener en cuenta la existencia de estos componentes para el funcionamiento de los equipos electricos y saber su aplicacion en la vida cotidiana. puedo concluir en una definicion sencilla de lo que es un condesador fundamentado en lo que hemos visto hasta ahora : Un condensador electrico es un dispositivo compuesto por dos placas de metal separadas por un dialectrico o aislante que crea un campo electrico, todo esto con el fin de almcenar energia electrica. 

Referencias bibliograficas

·        Sear-Zemansky, Física General, Aguila

POTENCIAL ELECTRICO

      Hasta ahora hemos visto ramas fundamentales del electromagnetismo como los son la ley de coulomb, campo eléctrico y la ley de Gauss. Todas ellas permiten un estudio exhaustivo de cómo se comportan las cargas eléctricas, el flujo eléctrico en los cuerpos pero en especifico hay otra ley o bien se podría llamar una cantidad que se puede hallar por producto escalar llamado el potencial eléctrico.

Podríamos abordar una definición específica de lo que es el potencial eléctrico:

     “El potencial eléctrico en un punto de un campo eléctrico es una magnitud que se mide por el cociente entre el trabajo (W) que debe realizar un agente externo para desplazar una carga de prueba + q con una rapidez constante desde el infinito hasta el punto  considerado y el valor de dicha carga”. 

 

      Es decir también que en el potencial eléctrico en un punto se toma un  punto p a una gran distancia infinita  de toda carga y el potencial Vp a esta distancia se da como valor 0. Por lo tanto el Wqp es el trabajo que debe hacer el agente exterior para trasladar o mover la carga de prueba +q  hasta el punto Q.

      Esto llamado diferencial de potencial ya que Vq-Vp,  la cual viene dada por dos puntos p y q podemos definirlo  como una magnitud que se mide por el cociente  entre el trabajo (Wqp) que debe realizar un agente externo  para desplazar con rapidez constante  entre dichos puntos una carga de prueba  +q y el valor de dicha carga.

       Un ejemplo grafico de un potencial eléctrico en la imagen siguiente es debido al movimiento de una carga de prueba  +q, la cual se mueve mediante un agente exterior desde un punto  A hasta un punto B en  un  campo producido por una carga de prueba la cual como lo establece la definicion realiza un trabajo.

        Hay algo muy importante y es que no siempre el potencial será positivo, lo cual se discutió en la clase, ya  que  el potencial eléctrico será positivo si es necesario realizar un trabajo (agente externo) para trasladar la carga y será negativo si es el campo que realiza el trabajo.

       La diferencia de potencial o potencial electrico viene expresado en energía por unidad de carga, es decir, joule/coulomb la cual es denominada voltio lo cual puede interpretarse que Se debe hacer un trabajo (W) de 1 joule para trasladar una carga de un coulomb a través de una diferencia de potencial de 1 voltio

     En el siguiente video se explica acerca un poco mas del potencial electrico ahondando mas en el concepto del mismo sobre el trabajo que realiza el movimiento de las cargas de prueba en un punto determinado y el comportamiento del campo electrico.

Referencias bibliográficas

·        Tipler Paúl A, física tomo 2 editoriales Reverte S.A para Venezuela 1986.

·        Sear-Zemansky, Física General, Aguilar S.A 1977.

La magnitud del campo electrico

La magnitud del campo electrico creado por una carga puntual viene dada por la siguiente ecuacion:

 Si el campo es creado por varias cargas puntuales, el campo resultante se determina a traves de una suma vectorial:

Un campo eléctrico estático puede ser representado geométricamente con líneas tales que en cada punto el campo vectorial sea tangente a dichas líneas, a estas líneas se las conoce como "líneas de campo". Las líneas de campo se utilizan para crear una representación gráfica del campo, y pueden ser tantas como sea necesario visualizar.
Las líneas de campo son líneas perpendiculares a la superficie del cuerpo, de manera que su tangente geométrica en un punto coincide con la dirección del campo en ese punto. Esto es una consecuencia directa de la ley de Gauss, es decir encontramos que la mayor variación direccional en el campo se dirige perpendicularmente a la carga.

 En el caso estático al ser el campo eléctrico un campo irrotacional las líneas de campo nunca serán cerradas (cosa que sí puede suceder en el caso dinámico, donde el rotacional del campo eléctrico es igual a la variación temporal del campo magnético cambiada de signo, por tanto una línea de campo eléctrico cerrado requiere un campo magnético variable, cosa imposible en el caso estático).

En el caso dinámico pueden definirse igualmente las líneas sólo que el patrón de líneas variará de un instante a otro del tiempo, es decir, las líneas de campo al igual que las cargas serán móviles.

A continuacion se representa en esta imagen las lineas del campo electrico:

En el siguiente video podemos observar los fenomenos electricos y magneticos que se dan para diferenciar su comportamiento.

 La esfera esta  constituida por una red de hilos de cobre la cual podemos considerar como una jaula de Faraday. De acuerdo con la ley de Gauss, en el interior la electricidad es nula.

El campo magnético es detectado por la brújula y el eléctrico detectado por las bolitas.

Ensayo nro. 3: Campo Electrico

En este capitulo vemos que el campo eléctrico asociado a una carga aislada o a un conjunto de cargas es aquella región del espacio en donde se dejan sentir sus efectos. Así, si en un punto cualquiera del espacio en donde está definido un campo eléctrico se coloca una carga de prueba o carga testigo, se observará la aparición de fuerzas eléctricas, es decir, de atracciones o de repulsiones sobre ella.

 

Es representado mediante un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza electrica y se describe matemáticamente  como un campo vectorial en el cual una carga electrica puntual de valor Q sufre los efectos de una fuerza eléctrica.

 

 

PRINCIPIO DE LA SUPERPOSICION

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La fuerza total sobre una partícula q debido a un conjunto de cargas Q_i es la suma vectorial de cada fuerza que experimenta q debido a cada Q_i, es decir

Principio de la superposición

ensayo 2: ley de coulomb

En la década de 1780 el físico francés Charles Coulomb investigó  la relación cuantitativa de las fuerzas eléctricas entre objetos cargados. Su ley la demostró usando una balanza de torsión , que él mismo inventó, identificando cómo varía la fuerza eléctrica en función de la magnitud de las cargas y de la distancia entre ellas.

 

Esta ley postula que la fuerza eléctrica entre dos partículas cargadas estacionarias es:

• inversamente proporcional al cuadrado aplicado a la separación r entre las partículas y está dirigida a lo largo en la línea que las une.
• proporcional al producto en las cargas q₁ y q₂.
• atractiva si las cargas tienen signo opuesto y repulsiva si las cargas tienen igual signo. 

La fuerza de atraccion o repulsion entre dos cargas puntuales es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa y directamente proporcional al producto de sus cargas.