Electromagnetismo: Conceptos Clave, Leyes y Propiedades de la Materia
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Conceptos y Fenómenos Electromagnéticos
Campo Magnético
El campo magnético es el espacio donde se manifiestan los efectos de los polos magnéticos. Se representa mediante líneas de fuerza.
Los imanes se atraen o repelen entre sí, de manera similar a las cargas eléctricas.
Magnetismo
El magnetismo se manifiesta a través de las líneas de fuerza de un campo magnético, como las creadas por un imán permanente.
Magnitudes Magnéticas
- Inducción magnética (B): Número de líneas de campo magnético que atraviesan una superficie (medida en m2).
- Flujo magnético (Φ): Número total de líneas de fuerza que atraviesan una superficie. Se mide en Webers (Wb).
- Intensidad de campo magnético (H): Medida de la fuerza magnetizante.
Electromagnetismo
El electromagnetismo estudia la relación entre la electricidad y el magnetismo. Se puede crear un campo magnético a través de una corriente eléctrica, o generar una corriente eléctrica en presencia de un campo magnético.
Ley de Biot y Savart
La ley de Biot y Savart describe el campo magnético (B) creado por una carga eléctrica (q) en movimiento con velocidad (v) en un punto (P) a una distancia (r).
Inducción Magnética
La inducción magnética describe la relación entre la inducción magnética o densidad de flujo (B) y la intensidad de campo magnético (H).
Experimentos clave:
- Al acercar un imán a una espira conductora sin fuente de alimentación, un galvanómetro detecta el paso de corriente eléctrica mientras el imán está en movimiento.
- El sentido de la corriente al acercar el imán es opuesto al sentido cuando se aleja.
- Si se mantiene fijo el imán y se mueve la espira, el resultado es el mismo.
- Estos fenómenos demuestran la inducción electromagnética: la producción de una fuerza electromotriz (FEM) en un circuito debido a la variación del flujo magnético.
La fuerza electromotriz inducida (E) se puede calcular como: E = B * l * v (donde B es la inducción magnética, l es la longitud del conductor y v es la velocidad).
Ley de Faraday
La ley de Faraday establece que el valor absoluto de la fuerza electromotriz (FEM) inducida es proporcional a la velocidad de variación del flujo magnético que la genera.
Ley de Lenz
La ley de Lenz indica que la fuerza electromotriz (FEM) inducida genera una corriente que se opone a la variación del flujo magnético que la produce.
Propiedades Magnéticas de la Materia
Los materiales responden de diferentes maneras a los campos magnéticos:
- Diamagnéticos: Presentan campos magnéticos que se oponen al campo externo. Ejemplos:
- Oro: 0,999964
- Plata: 0,99998
- Cobre: 0,999991
- Paramagnéticos: Exhiben una imantación débil que refuerza el campo externo aplicado. Ejemplos:
- Vacío: 1
- Aire: 1,00000036
- Aluminio: 1,000021
- Volframio: 1,000068
- Paladio: 1,00082
- Ferromagnéticos: Se agrupan en dominios magnéticos (zonas de Weiss) y presentan una fuerte imantación. Ejemplos:
- Cobalto: 250
- Níquel: 600
- Hierro comercial: 6000
Permeabilidad Magnética
- μ0: Permeabilidad del vacío.
- μr: Permeabilidad relativa del material.
- μ: Permeabilidad absoluta (μ = μ0 * μr).