ELECTROMAGNETISMO
El electromagnetismo, estudia los fenómenos eléctricos y magnéticos que se unen
en una sola teoría aportada por Faraday, que se resumen en cuatro ecuaciones
vectoriales que relacionan campos eléctricos y magnéticos conocidas como
las ecuaciones de Maxwell. Gracias a la invención de la pila de limón, se
pudieron efectuar los estudios de los efectos magnéticos que se originan por el paso
de corriente eléctrica a través de un conductor.
El Electromagnetismo, de esta manera es la parte de la Física que estudia los
campos electromagnéticos y los campos eléctricos , sus interacciones con la
materia y, en general, la electricidad y el magnetismo y las partículas
subatómicas que generan flujo de carga eléctrica.
El electromagnetismo, por ende se comprende que estudia conjuntamente los
fenómenos físicos en los cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en
movimiento, así como
los relativos a los campos magnéticos y a sus efectos sobre diversas sustancias
sólidas, líquidas y gaseosas.
LEY DE AMPERE
La ley de Gauss nos permitía calcular el campo eléctrico producido por una
distribución de cargas cuando estas tenían simetría (esférica, cilíndrica o un plano
cargado).
Del mismo modo la ley de Ampère nos permitirá
calcular el campo magnético producido por una distribución de corrientes cuando
tienen cierta simetría.
Los pasos que hay que seguirpara aplicar la ley de Ampère son
similares a los de la ley de Gauss.
ï‚· Dada la distribución de corrientes
deducir la dirección y sentido del campo
magnético
ï‚· Elegir un camino cerrado apropiado, atravesado por corrientes
y calcular la circulación del
campo magnético.
ï‚· Determinar la intensidad de la corriente que atraviesa el camino cerrado
ï‚· Aplicar la ley de Ampère y despejar el módulo del campo
magnético.
LEY DE BIOT-SAVART
La ley de Biot-Savart La ley de Biot-Savart calcula el campo producido por un elemento dl de la corriente de intensidad I en un punto P
distante r de dicho elemento.
El campo producido por el elemento tiene la dirección perpendicular al plano determinado por los
vectores unitarios ut y ur, y sentido el que
resulta de la aplicación de la regla del
sacacorchos. ut es un vector unitario que señala la
dirección de la corriente, mientras que ur
señala la posición del
punto P desde el elemento de corriente dl. Salvo en el caso
de espira circular o de una corriente rectilínea, la aplicación de la ley de
Biot-Savart es muy complicada. Para
determinar el campo producido por un solenoide sumando
los campos producidos por cada una de las espiras que lo forman, existen dos
aproximaciones: Mediante la ley de Biot-Savart se calcula el campo producido
por una espira circular en un punto de su eje. Se supone que el solenoide de
longitud L tiene Nespiras muy apretadas, y luego, se calcula la contribución de
todas las espiras al campo en un punto del eje del solenoide. La Ley de
Biot-Savart en campos magnéticos se resume en esta fórmula
B = (μa‚€/4π) (I•dS•Å™/r²)
FUENTES DE CAMPOS MAGNETICOS
Campos magnéticos tienen su origen en los corrientes eléctricos: un
corriente más fuerte resulta en un campo más fuerte. Un
campo eléctrico existe aun que no haya corriente. Cuando hay corriente, la
magnitud del campo
magnético cambiará con el consumo de poder, pero la fuerza del campo eléctrico quedará igual.
Fuentes naturales de campos electromagnéticos
En el medio en que vivimos, hay campos electromagnéticos por todas partes, pero
son invisibles para el ojo humano. Se producen campos
eléctricos por la acumulación de cargas eléctricas en determinadas zonas de la
atmósfera por efecto de las tormentas. El campo
magnético terrestre provoca la orientación de las agujas de los compases en
dirección Norte-Sur y los pájaros y los peces lo utilizan para orientarse.
Fuentes de campos electromagnéticos generadas por el hombre
Además de las fuentes naturales, en el espectro
electromagnético hay también fuentes generadas por el hombre: Para
diagnosticar la rotura de un hueso por un accidente deportivo, se utilizan los
rayos X. La electricidad que surge de cualquier toma de corriente lleva
asociados campos electromagnéticosde frecuencia baja. Además, diversos tipos de
ondas de radio de frecuencia más alta se utilizan para
transmitir información, ya sea por medio de antenas de televisión, estaciones
de radio o estaciones base de telefonía móvil.
Campos
electromagnéticos de frecuencias bajas
En presencia de una carga eléctrica positiva o negativa se producen campos
eléctricos que ejercen fuerzas sobre las otras cargas presentes en el campo. La
intensidad del
campo eléctrico se mide en voltios por metro (V/m). Cualquier conductor
eléctrico cargado genera un campo eléctrico asociado,
que está presente aunque no fluya la corriente eléctrica. Cuanto mayor sea la
tensión, más intenso será el campo eléctrico a una determinada distancia del
conductor.
Los campos eléctricos son más intensos cuanto menor es la
distancia a la carga o conductor cargado que los genera y su intensidad
disminuye rápidamente al aumentar la distancia. Los materiales
conductores, como
los metales, proporcionan una protección eficaz contra los campos magnéticos.
Otros materiales, como
los materiales de construcción y los árboles, presentan también cierta
capacidad protectora. Por consiguiente, las paredes, los
edificios y los árboles reducen la intensidad de los campos eléctricos de las
líneas de conducción eléctrica situadas en el exterior de las casas. Cuando las líneas de conducción eléctrica están enterradas en
elsuelo, los campos eléctricos que generan casi no pueden detectarse en la
superficie.
Los campos magnéticos se originan por el movimiento de cargas
eléctricas. La intensidad de los campos magnéticos se mide en amperios
por metro (A/m), aunque en las investigaciones sobre campos electromagnéticos
los científicos utilizan más frecuentemente una magnitud relacionada, la
densidad de flujo (en microteslas, µT). Al contrario que los campos eléctricos,
los campos magnéticos sólo aparecen cuando se pone en marcha un
aparato eléctrico y fluye la corriente. Cuanto mayor sea la intensidad de la
corriente, mayor será la intensidad del campo magnético.
Al igual que los campos eléctricos, los campos magnéticos son más intensos en
los puntos cercanos a su origen y su intensidad
disminuye rápidamente conforme aumenta la distancia desde la fuente. Los
materiales comunes, como
las paredes de los edificios, no bloquean los campos magnéticos.
1. La fuente de los campos magnéticos es la corriente eléctrica.
2. Su intensidad se mide en amperios por metro (A/m). Habitualmente,
los investigadores de CEM utilizan una magnitud relacionada, la densidad de
flujo (en microteslas (µT) o militeslas (mT).
3. Los campos magnéticos se originan cuando se pone en marcha un aparato eléctrico y fluye la corriente.
4. La intensidad del
campo disminuye conforme aumenta la distancia desde la fuente.
5. Lamayoría de los materiales no atenúan los campos magnéticos.
Campos electromagnéticos de frecuencias altas
Los teléfonos móviles, la televisión y los transmisores de radio y radares
producen campos de RF. Estos campos se utilizan para transmitir información a
distancias largas y son la base de las telecomunicaciones, así como de la
difusión de radio y televisión en todo el mundo. Las microondas son campos de
RF de frecuencias altas, del orden de GHz. En los hornos de
microondas, utilizamos estos campos para el calentamiento rápido de alimentos.
En las frecuencias de radio, los campos eléctricos y magnéticos están
estrechamente relacionados y sus niveles se miden normalmente por la densidad
de potencia, en vatios por metro cuadrado (W/m2).
DENSIDAD DE FLUJO MAGNETICO
La densidad de flujo magnético, visualmente notada como B, es el flujo magnético por unidad de área
de una sección normal a la dirección del
flujo, y es igual a la intensidad del
campo magnético.
La unidad de la densidad en el Sistema Internacional de Unidades es el Tesla.
Está dado por:
Donde B es la densidad del
flujo magnético generado por una carga q que se mueve a una velocidad v a una
distancia r de la carga, y ur
es el vector unitario que une la carga con el punto donde se mide B (el punto
r).
O bien
Donde B es la densidad del flujo magnético generado por
un conductor por el cual pasauna corriente I, a una distancia r.
Este campo B también se llama inducción magnética.
La fórmula de esta definición se llama Ley de Biot-Savart, y es en magnetismo
la “equivalente” a la Ley de Coulomb de la electrostática: Sirve para calcular
fuerzas de atracción-repulsión entre conductores atravesados por corrientes de
carga.
El campo inducción, B, o densidad de flujo magnético (los tres nombres son
equivalentes) es incluso mas importante en electromagnetismo que el propio
campo magnético H, y aparece en las ecuaciones de Maxwell con mayor relevancia
que este.
Ecuaciones de Maxwell
Las ecuaciones de Maxwell son las ecuaciones que describen los fenómenos
electromagnéticos. La gran contribución de James Clerk Maxwell fue
reunir en estas ecuaciones largos años de resultados experimentales, debidos a
Coulomb, Gauss, Ampere, Faraday y otros, introduciendo los conceptos de campo y
corriente de desplazamiento, y unificando los campos eléctricos y magnéticos en
un solo concepto: el campo electromagnético. De las ecuaciones de Maxwell se
desprende la existencia de ondas electromagnéticas propagándose con velocidad vf:
El valor numérico de esta cantidad, que depende del medio material, coincide con el valor de
la velocidad de la luz en dicho medio, con lo cual Maxwell identificó la luz
con una onda electromagnética, unificando la óptica con el electromagnetismo.
