Fenomenos Electromagneticos

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE CIENCIA DEPARTAMENTO DE FISICA

EXPERIENCIA Nº 5 FENOMENOS ELECTROMAGNETICOS.
OBJETIVOS.1. Verificar la polaridad magnética de imanes permanentes, campo terrestre y de bobinas que conducen corrientes continuas. 2. Obtener espectros magnéticos de imanes permanentes y de bobinas conduciendo corrientes continuas. 3. Verificar las siguientes leyes:Oersted, Faraday, Ampère, Lenz, Biot-Savart. 4. Entender el principio de funcionamiento de un transformador. 5. Verificar la ecuación fundamental de un transformador. 6. Evaluar el rendimiento de un transformador. INTRODUCCION.En textos y artículos se cita que los fenómenos electrostáticos y magnéticos se conocieron en la antigüedad antes de Cristo (escritos de Tales de Mileto 600 años AC, Sócrates,Platón, entre otros). En el año 1600 de nuestra era, Gilbert resume los conocimientos acumulados del magnetismo en su obra "De Magnete". Los estudios cuantitativos del magnetismo comienzan cuando se establece que la fuerza entre polos magnéticos obedece a la ley inversa de los cuadrados de la distancia, similarmente como ocurre con la fuerza entre cargas eléctricas. Pronto se establece que lospolos magnéticos, Norte y Sur, no pueden separarse como monopolos magnéticos, como ocurre con las cargas eléctricas. En 1820, Oersted establece una relación entre magnetismo y cargas móviles, al descubrir que una aguja magnética podía ser desviada por una corriente eléctrica. Estos hechos, llevan a Ampère a idear una teoría que argumentaba que las propiedades magnéticas de todas las sustancias erandebidas a la circulación de corrientes eléctricas ultra microscópicas. En la actualidad, se conoce bien que las propiedades magnéticas de las sustancias se deben a tales corrientes. Estas se conocen como corrientes de Ampère y se deben principalmente al spin de los electrones.

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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE CIENCIA DEPARTAMENTO DE FISICA Los descubrimientos anteriores permitenestablecer que los campos magnéticos pueden crearse a partir de corriente eléctrica. Biot y Savart establecen una relación que permite obtener campos magnéticos a partir de corrientes eléctricas. El campo así creado se conoce como inducción magnética, y la expresión matemática es la ley de BiotSavart:
B( r ) = ˆ µ0 r id × 2 4π r

∫

La fuerza magnética que experimenta una carga eléctrica enmovimiento con una velocidad v , está dada por la ecuación:

F = qv × B
Las corrientes eléctricas están constituidas por muchas partículas cargadas en movimiento a lo largo del conductor. Por tanto, si el conductor se encuentra sumergido en un campo magnético, todas las partículas que forman la corriente experimentan una fuerza. Esta fuerza se traduce en una fuerza neta sobre el conductor. Laexpresión de fuerza que ejerce un campo magnético sobre un conductor de corriente, se expresa por:

F = ∫ dF = ∫ id × B
La idea de que corrientes eléctricas (campos eléctricos) producen campos magnéticos indujo a pensar, a los científicos de aquella época, que imanes o campos magnéticos puedan también generar campos eléctricos. Después de varios experimentos sin éxito, aparece Faraday en 1840diciendo que se observan efectos eléctricos a partir del campo magnético siempre que algo esté variando. El fenómeno observado lo denomina fuerza electromotriz inducida o simplemente fem. La fem inducida se origina en todo circuito sometido a un flujo magnético variable en el tiempo. Estos efectos quedan formalizados en la ley de Faraday y Lenz, que establece que: "la fem inducida por variaciones deflujo magnético tiene un sentido que se opone siempre a la causa que lo produce", y se expresa matemáticamente como:

ε = ∫E⋅d = −

dΦ dt

(volt )

Desde el punto de vista teórico, se puede obtener el flujo magnético conociendo la fem inducida, mediante la integración de la ecuación anterior:

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φ = ∫...