SELECCIÓN DE LA MUESTRA Y MUESTREO EN INVESTIGACIÓN CUALITATIVA.pdf
Magnetismo.pdf
1. 1
Unidad 6. Magnetismo
Física
Contenido
1. Magnetismo............................................................................................................................................ 1
2. Ley de Faraday ........................................................................................................................................ 2
3. Fem inducida por un alambre en movimiento ....................................................................................... 5
4. Ley de Lenz.............................................................................................................................................. 5
1. Magnetismo
Los primeros fenómenos magnéticos se observaron asociados a pie-
dras de imán o magnetita (óxido de hierro). Estos imanes naturales
atraían trozos pequeños de hierro no magnetizado. A fuerza de
atracción se le daba el nombre de magnetismo y al dispositivo que
ejerce una fuerza magnética, se le llama imán. Si un imán de barra se
introduce en un recipiente que contenga limadura de hierro y se reti-
ra, puede observarse que los trozos pequeños de hierro se adhieren
con mayor intensidad en las áreas pequeñas cercanas a los extremos
(Figura 1). Estas regiones donde se aprecia que la intensidad del imán
se concentra se llaman polos magnéticos. Los polos magnéticos co-
rrespondientes a Norte y Sur son diferentes, es decir, su polarización
es distinta por ello son útiles como las brújulas para navegar. De este
comportamiento surge la ley de la fuerza magnética que establece:
Polos aislados no existen. No importa cuántas veces se parta un imán por la mitad, cada parte será un
imán y tendrá un polo norte y uno sur. La atracción que ejerce un imán sobre hierro no magnetizado y
las fuerzas de atracción entre los polos magnéticos actúan a través de todas las sustancias.
Todo imán rodeado por un espacio en el cual sus
efectos magnéticos están presentes; tales regio-
nes se llaman campos magnéticos. Al igual que las
líneas de campo eléctrico fueron útiles para des-
cribir campos eléctricos, a las líneas del campo
magnético se les llama líneas de flujo y se utilizan
para visualizar campos magnéticos. La dirección
de una línea de flujo en cualquier punto es la
misma que la dirección de la fuerza magnética que
ejerce su acción sobre un polo norte imaginario
Fig. 1 El campo magnético se concentra
cerca de los extremos del imán. Imagen
recuperada de:
http://3.bp.blogspot.com/-
0ATJjYv_pnw/T-
IkWWQamxI/AAAAAAAAAHo/mDQ0RM
RbHxo/s1600/campo_magnetico.jpg
Polos magnéticos de igual naturaleza se repelen y los de diferente
naturaleza se atraen mutuamente.
Fig. 2 a) Las líneas de flujo magnético están en la dirección de la
fuerza ejercida sobre un polo norte independiente. b) Líneas de flujo
en la vecindad de una barra magnética. Imágenes recuperadas de:
http://rabfis15.uco.es/proyecto/Fund_teoricos/imagenes/lineas_ima
n2.gif y http://1.bp.blogspot.com/-MgJq6XsS8jo/Twds-
NaMzGI/AAAAAAAAAew/1TjqfvaSY1M/s1600/Fig+9.png
2. 2
Unidad 6. Magnetismo
Física
aislado situado en dicho punto, observa la figura 2a. las líneas del flujo magnético salen del polo norte
de un imán y entran en el polo sur. A diferencia de las líneas de campo eléctrico, las líneas de flujo
magnético no tienen puntos de origen ni extremo. Forman circuitos continuos que pasan a través de la
barra metálica, como se muestra en la figura 2b. Las líneas de flujo en la región comprendida entre dos
polos iguales o diferentes se muestran en la figura 3.
2. Ley de Faraday
Faraday descubrió que cuando un conductor corta líneas de flujo magnético, se produce una fem entre
los puntos extremos del conductor. Por ejemplo, se induce una corriente eléctrica en el conductor de
la figura 4a, a medida que se mueve hacia abajo y corta las líneas de flujo. (La letra I se utilizará para
corrientes inducidas y para corrientes variables). Cuanto más rápido sea el movimiento, más pronun-
ciada será la derivación o deflexión de la aguja en el galvanómetro. Cuando el conductor se mueve ha-
cia arriba y corta las líneas de flujo, se observa un fenómeno análogo, excepto que la corriente se in-
vierte (figura 4b). Si no se cortan las líneas de flujo, es decir, si el conductor se mueve paralelamente al
campo, no se induce corriente.
Supón que cierta cantidad de conductores se mueve a través de un campo magnético, como la
figura 5. La magnitud de la corriente inducida es directamente proporcional al número de espiras y a la
rapidez del movimiento. Es evidente que se induce una fem debido al movimiento relativo entre el con-
ductor y el campo magnético. El mismo efecto se observa cuando la bobina se mantiene estacionada y
el imán se mueve hacia arriba.
Fig. 3 a) Las líneas del flujo magnético entre dos polos magnéticos diferentes. b)
Líneas de flujo en el espacio entre dos polos magnéticos iguales. Imagen recupe-
rada de: http://fisipedia.angelfire.com/index_archivos/image242.jpg
Fig. 4 Cuando un conductor corta
líneas de flujo magnético, se induce
una corriente eléctrica. Imagen recu-
perada de: http://2.bp.blogspot.com/-
ZV_L5KEDzuA/US5WB03jH_I/AAAAAA
AADXk/C_37tKQ6j9o/s1600/lenz.JPG
Ley de Faraday (inducción).
3. 3
Unidad 6. Magnetismo
Física
En resumen:
1. El movimiento relativo entre un conductor y un campo magnético induce una fem en el conduc-
tor.
2. La dirección de la fem inducida depende de la dirección del movimiento del conductor con res-
pecto al campo.
3. La magnitud de la fem es directamente proporcional a la rapidez con la cual las líneas del cam-
po magnético son cortadas por el conductor.
4. La magnitud de la fem es directamente proporcional al número de vueltas del conductor que
corta las líneas de flujo.
Donde..:
= Fem inducida media
= cambio en el flujo magnético que ocurre durante un intervalo de tiempo
Un flujo magnético que cambia con rapidez de un weber por segundo inducirá una fem de un volt por
cada vuelta de conductor. El signo negativo en la ecuación significa que la fem inducida está en una
dirección tal que se opone al cambio que la produce.
Ahora bien, se verá cómo puede el flujo magnético que eslabona a un conductor. En el caso
simplemente de un alambre recto que se mueve a través de las líneas de flujo, representa la
rapidez con la cual varía el flujo que eslabona al conductor. Si es necesario que exista un circuito cerra-
do para que haya una corriente inducida y con mayor frecuencia, la fem inducida está en una espira o
bobina de alambre. Hay que recordar que el flujo magnético que pasa a través de una espira de área
efectiva A está dada por:
Donde…:
B es la densidad del flujo magnético.
Cuando B está en teslas (webers por metro cuadrado) y A se expresa en metros cuadrados, estará
dado en webers. Un cambio de flujo puede ocurrir básicamente de dos formas:
1. Al cambiar la densidad del flujo B que pasa a través de una espira de un área A constante:
( )
2. Al cambiar el área efectiva A en un campo magnético de densidad de flujo B constante:
( )
En la figura 6 se muestran dos ejemplos de cambio de la densidad de flujo a través de una espira de
área constante. En la figura 6a, el polo norte de un imán se desplaza a través de una espiral circular.
Fig. 5. La fem inducida en una
bobina es proporcional al
número de vueltas de alam-
bre que cruza el campo.
Imagen recuperada de:
http://laplace.us.es/wiki/ima
ges/6/6b/Experimento-
faraday-03.png
4. 4
Unidad 6. Magnetismo
Física
El cambio en la densidad de flujo induce una corriente en la espira, como se indica por medio del gal-
vanómetro. En la figura 6b, se observa que no se induce ninguna corriente en la espira B en tanto que
en la espira A es constante. No obstante, al variar rápidamente la resistencia en el circuito de la iz-
quierda, la densidad de flujo magnético B que eslabona a la espira puede incrementarse o disminuir.
Mientras varía la densidad del flujo se induce una corriente en la bobina de la derecha.
Observa que cuando el polo norte (N) de un imán es movido dentro de la bobina figura 6a, la
corriente fluye en una dirección igual al sentido de las manecillas del reloj, si vemos hacia el imán. Por
lo tanto, el extremo de la bobina cercano al polo N del imán se vuelve también un polo N (por la regla
del pulgar de la mano derecha). El imán y la bobina experimentarán una fuerza de repulsión, lo que
provoca que se ejerza una fuerza para mantenerlos juntos. Si se saca el imán de la bobina, se creará
una fuerza de atracción que hará necesario ejercer una fuerza para separarlos.
Ejemplo. Una bonina de alambre con un área de se coloca en una región de densidad de flujo
constante igual a 1.5 T. en un intervalo de tiempo de 0.001 s, la densidad del flujo se reduce a 1.0 T. Si
la bobina consiste en 50 vueltas de alambre, ¿cuál será la fem inducida?
Solución. El cambio en la densidad de flujo es:
De la ecuación ( ) el cambio de flujo es:
( )( )
Sustituyendo la ecuación, se obtiene:
La segunda manera general en la cual el flujo que eslabona a un conductor puede cambiar es variar el
área efectiva penetrada por el flujo.
Fig. 6 a) Inducción de una corriente mediante
el movimiento de un imán dentro de una
bobina. b) Una corriente que cambia en la
bonina A induce una corriente en la bobina B.
imágenes recuperadas de:
http://electronicaengeneral.files.wordpress.co
m/2013/05/386eb-
induc-
cion_electromagnetica.png?w=223&h=176 y
http://www.fisicanet.com.ar/fisica/electrodin
amica/ap1/induccion_electromagnetica01.jpg
5. 5
Unidad 6. Magnetismo
Física
3. Fem inducida por un alambre en movimiento
Otro ejemplo de un área variable en un campo B constante se muestra en la figura
7. Un conductor en movimiento de longitud l se desliza a lo largo de un conductor
en forma de estacionario con velocidad v. El flujo magnético que penetra en la espi-
ra. En consecuencia, se induce una fem en el alambre en movimiento y circula una
corriente alrededor de la espira.
El origen de la fem puede entenderse si se recuerda que
una carga en movimiento dentro de un campo magnético
experimenta una fuerza dada por:
En la figura 7, las cargas libres en el conductor en
movmiento se mueven hacia la derechaa través de un
campo magnético de arriba hacia debajo de la hoja.
La fuerza magnética F que actúa sobre las cargas las hace que se muevan a través de la longitid l del
alambre en una dirección dada por la regla del tornillo de rosca derecha (alejándose del lector para una
corriente convencional). El trabajo por unidad de carga representa la fem inducida, la cual se expresa:
Si la verlocidad v del alambre en movimiento forma un ángulo con respecto al campo B, es necesario
una forma más general para la ecuación:
Ejemplo. Un alambre de 0.2 m de longitud se mueve con una velocidad constante de 4 m/s en una
dirección que está a 40° con respecto a la densidad del flujo magnético de 0.5 T. Calcula la fem
inducida.
Solución. Se sustituye directamente en la ecuación:
( )( ) ( ) ( )
El signo menos no aparece en la ecuación ya que la dirección de la fem inducida es la
misma que la dirección de la fuerza magnética y efectúa trabajo sobre la carga en movimiento.
4. Ley de Lenz
La Ley de Lenz establece:
Una corriente inducida fluirá en una dirección tal que se opondrá por su campo magnético al movimien-
to del campo magnético que produce.
Fig. 7. La fem inducida en un
alambre que se mueve perpen-
dicularmente a un campo mag-
nético. Imagen recuperada de:
http://termodinamica2012-
1.wikispaces.com/Maquinas+El
ectricas
6. 6
Unidad 6. Magnetismo
Física
La dirección de la corriente inducida en un conductor recto que se mueve a través de un campo mag-
nético, puede ser determinada a partir de la Ley de Lenz, sin embargo, hay un método más sencillo que
establecer con la regla de Fleming.
Si el pulgar, el dedo índice y el dedo medio de la mano derecha se
ponen en ángulo recto con respecto al otro, con el pulgar apuntando
en dirección en la que se mueve el alambre y el índice apuntando en
la dirección del campo (N a S), el dedo medio apuntará en dirección
convencional de la corriente inducida.
Fig. 8 La regla de la mano derecha
para determinar la dirección de la
corriente inducida.
