Introduccion
Las fuerzas características de los imanes se denominan fuerzas magnéticas. El desarrollo de la física amplió el tipo de objetos que sufren y ejercen fuerzas magnéticas. Las corrientes eléctricas y, en general, las cargas en movimiento se comportan como imanes, es decir, producen campos magnéticos. Siendo las cargas móviles las últimas en llegar al panorama del magnetismo han permitido, sin embargo, explicar el comportamiento de los imanes, esos primeros objetos magnéticos conocidos desde la antigüedad.
El término magnetismo tiene su origen en el nombre que en la época de los filósofos griegos recibía una región del Asia Menor, entonces denominada Magnesia; en ella abundaba una piedra negra o piedra imán capaz de atraer objetos de hierro y de comunicarles por contacto un poder similar.
Los fenómenos magnéticos habían permanecido durante mucho tiempo en la historia de la ciencia como independientes de los eléctricos. Pero el avance de la electricidad por un lado y del magnetismo por otro, preparó la síntesis de ambas partes de la física en una sola, el electromagnetismo, que reúne las relaciones mutuas existentes entre los campos magnéticos y las corrientes eléctricas. James Clark Maxwell fue el científico que cerró ese sistema de relaciones al elaborar su teoría electromagnética.
Definicion
Un campo magnético es una descripción matemática de la influencia magnética de las corrientes eléctricas y de los materiales magnéticos. El campo magnético en cualquier punto está especificado por dos valores, la dirección y la magnitud; de tal forma que es un campo vectorial. Específicamente, el campo magnético es un vector axial, como lo son los momentos mecánicos y los campos rotacionales. El campo magnético es más comúnmente definido en términos de la fuerza de Lorentz ejercida en cargas eléctricas. Campo magnético puede referirse a dos separados pero muy relacionados símbolos B y H.
Los campos magnéticos son producidos por cualquier carga eléctrica en movimiento y el momento magnético intrínseco de las partículas elementales asociadas con una propiedad cuántica fundamental, su espin. En la relatividad especial, campos eléctricos y magnéticos son dos aspectos interrelacionados de un objeto, llamado el tensor electromagnético. Las fuerzas magnéticas dan información sobre la carga que lleva un material a través del efecto Hall. La interacción de los campos magnéticos en dispositivos eléctricos tales como transformadores es estudiada en la disciplina de circuitos magnéticos.
Objetivos:
• Comprender los efectos del campo magnético sobre partículas cargadas y sobre
corrientes, entendiendo algunas de las aplicaciones prácticas de estas fuerzas.
• Comprender el magnetismo natural.
• Comprender el fenómeno de la inducción magnética y su aplicación a la
producción de corriente alterna y continua
MARCO TEÓRICO:
El magnetismo es la propiedad que poseen ciertas sustancias o elementos en la
naturaleza de atraer o adherirse a otras substancias, o repelerse; a los elementos
que posee magnetismo propio es llamado IMAN, los cuales, sin importar su forma,
tienen dos polos, llamados polo norte o N y polo sur o S; mismos que recibieron
sus nombres debido al comportamiento de un imán en la presencia del campo
magnético de la Tierra, el polo norte del imán tiende a apuntar al Polo Norte
geográfico de la Tierra y su polo sur apuntará al Polo Sur geográfico terrestre, esto
se utilizó para construir una brújula simple.
Los fenómenos magnéticos fueron conocidos por los antiguos griegos. Se dice
que por primera vez se observaron en la ciudad de Magnesia del Meandro en Asia
Menor, de ahí el término magnetismo. Sabían que ciertas piedras atraían el hierro,
y que los trocitos de hierro atraídos atraían a su vez a otros. Estas se
denominaron imanes naturales.Los imanes son toda sustancia que poseen o ha adquirido la propiedad de atraer
el hierro.
Existen 3 tipos de imanes:
1.Imanes naturales.- La magnetita es un potente imán natural, tiene la
propiedad de atraer todas las sustancias magnéticas. Su característica de
atraer trozos de hierro es natural. Está compuesta por óxido de hierro. Las
sustancias magnéticas son aquellas que son atraídas por la magnetita.
2. Imanes artificiales permanentes.- Son las sustancias magnéticas que al
frotarlas con la magnetita, se convierten en imanes, y conservan durante
mucho tiempo su propiedad de atracción.
3. Imanes artificiales temporales.- Aquellos que producen un campo
magnético sólo cuando circula por ellos una corriente eléctrica. Un ejemplo
es el electroimán.
Las partes que conforman un imán son:
Eje Magnético.- Eje magnético de la barra de la línea que une los dos polos.
Línea neutra.- Línea de la superficie de la barra que separa las zonas
polarizadas.
Polos.- Son los dos extremos del imán donde las fuerzas de atracción son
más intensas. Son el polo norte y el polo sur.
En la interacción de los polos magnéticos de diferente nombre se atraen; los del
mismo nombre se repelen. Si se rompe un imán, cada uno de los trozos se
comporta como nuevo imán, y presenta sus propios polos norte y sur. Si
aproximamos 2 imanes tratando de unir sus polos, pueden ocurrir 2 cosas
distintas, se atraen o se rechazan, todo depende de los polos o puntas que
enfrenten.
El campo magnético es la región del espacio en la que actúa una fuerza sobre una
aguja imantada o sobre un imán. Un imán altera el espacio a su alrededor. Los
campos magnéticos se representan mediante líneas de fuerza. El campo es más
intenso en las regiones próximas a las líneas de fuerza (los polos).
Campo Magnético. Acciones sobre cargas en movimiento
Se puede definir el vector campo magnético B en un punto del espacio de modo semejante al que utilizábamos para definir el campo eléctrico E...Se observa experimentalmente que cuando una carga tiene una velocidad v en la proximidad de un imán o de un alambre por el que circula una corriente, además de la posible fuerza eléctrica, existe una fuerza adicional sobre ella que depende del valor y de la dirección de la velocidad. Podemos separar fácilmente estas dos fuerzas midiendo la fuerza que actúa sobre la carga cuando está en reposo y sustrayendo esta fuerza eléctrica de la fuerza total que actúa sobre la carga cuando ésta se mueve. Para mayor sencillez admitiremos que no existe E en el punto del espacio que se considera. Las experiencias realizadas con diversas cargas móviles a diferentes velocidades en un punto del espacio nos llevan a deducir:
a) La fuerza es proporcional al valor de la carga.
b) La fuerza es proporcional al módulo de la velocidad v.
c) El valor, la dirección y sentido de F depende de la dirección y sentido de v.
d) Si la velocidad está dirigida a lo largo de una línea determinada del espacio, la fuerza es cero.
e) Si la velocidad no está dirigida según esta línea, existe una fuerza que es perpendicular a v.
f) Si la velocidad forma un ángulo ß con esta línea, la fuerza es proporcional al senß.
g) La fuerza sobre una carga negativa es de sentido opuesto a la ejercida sobre una positiva de igual velocidad.
Característica principal del campo magnético
Al igual que en los casos de los campos gravitatorio y electrostático resulta interesante visualizar las líneas del campo B así corno evaluar su circulación y su flujo. En todos los ejemplos en los que hemos calculado B se ha puesto de manifiesto el hecho de que las líneas de campo se cierran siempre sobre sí mismas; este hecho es general y refleja, por otra parte, el que no es posible aislar los polos magnéticos (un imán siempre tiene un polo Norte y un polo Sur y a diferencia de las cargas no existen monopolos).
Ello implica que a través de cualquier superficie cerrada el flujo entrante y el saliente son idénticos y, en consecuencia, el flujo total a través de una superficie cerrada es nulo.
El magnetismo de la materia
El hierro es el material magnético por excelencia, pues en contacto con un imán y, en general, cuando es sometido a la acción de un campo magnético, adquiere propiedades magnéticas, esto es, se imana o magnetiza. El tipo de materiales que como el hierro presentan un magnetismo fuerte reciben el nombre de sustancias ferromagnéticas. Los materiales que por el contrario poseen un magnetismo débil se denominan paramagnéticos o diamagnéticos según su comportamiento.
Las sustancias ferromagnéticas se caracterizan porque poseen una permeabilidad magnética m elevada, del orden de 102 a 106 veces la del vacío m o. En las sustancias paramagnéticas el valor de m es ligeramente mayor que el del m o, mientras que en las sustancias diamagnéticas es ligeramente menor. Por tal motivo el magnetismo de este tipo de sustancias es inapreciable a simple vista.
Junto con el hierro, el níquel y el cobalto algunas aleaciones son sustancias ferromagnéticas. El estaño, el aluminio y el platino son ejemplos de materiales paramagnéticos, y el cobre, el oro, la plata y el cinc son diamagnéticos. A pesar de esta diferencia en su intensidad, el magnetismo es una propiedad presente en todo tipo de materiales, pues tiene su origen en los átomos y en sus componentes más elementales.
El hecho de que los campos magnéticos producidos por los imanes fueran semejantes a los producidos por las corrientes eléctricas llevó a Ampère a explicar el magnetismo natural en términos de corrientes eléctricas. Según este físico francés, en el interior de los materiales existirían unas corrientes eléctricas microscópicas circulares de resistencia nula y, por tanto, de duración indefinida; cada una de estas corrientes produciría un campo magnético elemental y la suma de todos ellos explicaría las propiedades magnéticas de los materiales.
Así, en los imanes las orientaciones de esas corrientes circulares serían todas paralelas. En el resto, al estar tales corrientes orientadas al azar, se compensarían mutuamente sus efectos magnéticos y darían lugar a un campo resultante prácticamente nulo.
La imanación del hierro fue explicada por Ampère en la siguiente forma: en este tipo de materiales el campo magnético exterior podría orientar las corrientes elementales paralelamente al campo de modo que al desaparecer éste quedarían ordenadas como en un imán.
De acuerdo con los conocimientos actuales sobre la composición de la materia, los electrones en los átomos se comportan efectivamente como pequeños anillos de corriente. Junto a su movimiento orbital en torno al núcleo, cada electrón efectúa una especie de rotación en torno a sí mismo denominada espín; ambos pueden contribuir al magnetismo de cada átomo y todos los átomos al magnetismo del material. En la época de Ampère se ignoraba la existencia del electrón; su hipótesis de las corrientes circulares se adelantó en tres cuartos de siglo a la moderna teoría atómica, por lo que puede ser considerada como una genial anticipación científica.
Campo magnético terrestre
La existencia del campo magnético terrestre ejerce un efecto protector de la vida sobre la Tierra. De no ser por él, el nivel de radiación procedente del espacio sería mucho más alto y el desarrollo y mantenimiento de la vida en la forma actualmente conocida probablemente no hubiera sido posible.
A la radiación cósmica procedente de las explosiones nucleares que se producen continuamente en multitud de objetos celestes situados en el espacio exterior, se le suma la que proviene de la actividad de la corona solar. Un chorro de partículas cargadas. compuesto principalmente de protones y electrones, es proyectado desde el Sol hacia la superficie terrestre como si de una corriente de viento se tratara, por lo que se denomina viento solar.
Al llegar a la zona de influencia del campo magnético terrestre (también llamada Magnetosfera) todas estas partículas cargadas que provienen de la radiación cósmica y del viento solar, sufren la acción desviadora de las fuerzas magnéticas. Éstas se producen en una dirección perpendicular a la trayectoria de la partícula y a las líneas de fuerza del campo magnético terrestre y sitúan a una importante cantidad de protones y electrones en órbita en torno a la Tierra como si se trataran de pequeños satélites. Sólo una pequeña fracción formada por aquellas partículas que inciden en la dirección de las líneas de fuerza, no experimenta fuerza magnética alguna y alcanza la superficie terrestre. Ese conjunto de partículas cargadas orbitando alrededor de la Tierra se concentra, a modo de cinturones, en ciertas regiones del espacio. Son los llamados cinturones de radiación de Van Allen. En ellos, la densidad de partículas cargadas moviéndose a gran velocidad es tan alta que en las expediciones espaciales el atravesarlos supone siempre un riesgo, tanto para los astronautas como para el instrumental de comunicación.
La formula con DEV C++ (FUERZA DE LORENTZ)
#include<iostream>
#include<conio.h>
#include<iomanip>
#include<math.h>
using namespace std;
int main()
{
float F,Q,V,B;
cout<<"\n"<<setw(50)<<"FUERZA DE LORENTZ";
cout<<"\n";
cout<<setw(50)<<"================";
cout<<"\n\n\n";
cout<<setw(50)<<"INGRESAR CARGA ELECTRICA=";
cin>>Q;
cout<<setw(50)<<"INGRESAR VELOCIDAD=";
cin>>V;
cout<<setw(50)<<"INGRESAR CAMPO MAGNETICO=";
cin>>B;
F=(Q*V)*B;
cout<<"\n"<<setw(50)<<"FUERZA DE LORENTZ="<<F<<endl;
getch();
system("pause");
return 0;
} FINDEL PROGRAMA
