Aplicaciones prácticas de los experimentos

Aplicaciones de los experimentos:

Los experimentos realizados se basan en la propiedad magnética de repulsión de polos iguales y atracción de polos opuestos, esto lo hemos conseguido tanto por imanes permanentes como por el paso de una corriente eléctrica a través de una bobina.
Una aplicación real de este experimento son los trenes Maglev.

Trenes maglev:

La propulsión de los trenes a cambiado mucho a lo largo de su historia, desde la combustión de madera o carbón, hasta los impulsados por maquinas de ciclo diesel, los cuales debido a su rendimiento son los mas usados actualmente. Sin embargo cada vez mas se esta empezando a implantar un nuevo sistema de propulsión conocido como MagLev.
Este sistema supone una revolución para el transporte terrestre de alta velocidad ya que es capaz de alcanzar velocidades superiores a los 480 km/h, mientras que los trenes convencionales marcan su velocidad máxima en 370 km/h. Esto se debe a que los trenes Maglev no pierden energía por la fuerza de rozamiento que en los trenes convencionales se produce entre los raíles y las ruedas. Esto es posible gracias a que este tipo de trenes flota sobre un campo magnético a unos 10 cm de los raíles.
Dentro de este tipo de propulsión podemos diferenciar dos diseños diferentes:

-Diseño alemán:

Este diseño incorpora electroimanes convencionales en todo el sistema y lo que lo hace levitar por atracción de campos electromagnéticos, es decir el efecto contrario al que hemos conseguido nosotros con la bobina, para conseguir el mismo efecto que el diseño alemán tendríamos que sujetar la placa de aluminio a una cierta altura de la bobina (no necesitaríamos cambiar la corriente ya que ahora necesitamos la fuerza atractiva generada). Los electroimanes se instalan en unas estructuras acopladas en la base de los coches que rodean el rail, que tiene forma de T. Cuando se activan, el tren es atraído por los electroimanes instalados a lo largo del rail. La propulsión se produce por otro sistema de electroimanes instalados en el rail y en la base del tren.

-Diseño japonés:

Este diseño es más parecido al experimento de los imanes permanentes, sin embargo los materiales utilizados para este tipo de trenes no son imanes sino materiales superconductores. Este fenómeno fue descubierto por Kamerlingh Onnes en 1911 y tiene la particularidad de que este tipo de materiales al estar a temperaturas muy bajas provocan el efecto Meissner.
El efecto Meissner, se basa en la desaparición del flujo del campo magnético en el interior del material superconductor cuando esta por debajo de su temperatura crítica.
Meissner y Ochsenfeld encontraron que el campo magnético se anula completamente en el interior del material superconductor y que las líneas de campo magnético son expulsadas del interior del material, por lo que este se comporta como un material diamagnético perfecto. El efecto Meissner es una de las propiedades que forman parte de la superconductividad y su descubrimiento sirvió para deducir que la aparición de la superconductividad es la transición de fase a otro estado diferente. Esto provoca efectos como el de la levitación de imanes superconductores.
El diseño japonés incorpora ocho imanes superconductores en cada coche, mientras que en el fondo del rail se encuentran miles de bobinas metálicas en forma de U.

El tren se mueve sobre sus ruedas al arrancar y al pararse. A medida que va adquiriendo velocidad, los imanes superconductores del coche inducen corrientes eléctricas en las bobinas de los raíles. Estas corrientes inducidas hacen que las bobinas generen un campo magnético. Los campos generados por los electroimanes del tren y el del rail se repelen entre si, haciendo que el tren levite sobre el rail.
En las paredes del rail en forma de U se instalan dos hileras de electroimanes. Estos electroimanes cambian su polaridad repetidamente, atrayendo y repeliendo los electroimanes superconductores del tren, que de esta forma consigue impulsarse hacia delante.


Los imanes japoneses son capaces de proporcionar potentes campos magnéticos con un consumo de electricidad mínimo, sin embargo este coste que el modelo alemán necesita en electricidad es similar al que necesita el modelo japonés para equipos de refrigeración criogénicos. Este es el principal problema de la superconductividad el cual actualmente se esta intentando solventar con nuevos materiales cerámicos que tan solo necesitan una refrigeración por nitrógeno liquido.


Otras aplicaciones de los experimentos:
Otra aplicación que se nos ha ocurrido para los experimentos de levitación magnética es el uso de estos imanes o electroimanes como amortiguadores de pequeñas vibraciones en maquinas o como suspensión de maquinas pequeñas.


Principales aplicaciones del electromagnetismo

Otras aplicaciones importantes del electromagnetismo son las siguientes:


Microondas:
En 1946, fue el doctor estadounidense Percy Spencer el que se percató que el efecto de las microondas podía cocinar los alimentos sin que el calor fuera perceptible a su alrededor
El funcionamiento de un microondas se basa en que la mayoría de los alimentos contienen moléculas de agua, las cuales tienen la característica de un dipolo eléctrico, es decir, poseen un extremo con carga positiva y un extremo con carga negativa.
El campo electromagnético generado en el microondas mueve las moléculas de agua haciendo que se orienten en una dirección. Tras orientar en una dirección todas las moléculas de agua, el campo magnético se invierte, lo que hace que todas las moléculas de agua roten; Esto ocurre gracias a que la frecuencia de resonancia de estas, es la misma frecuencia que tienen las microondas. Estas variaciones en la orientación del campo electromagnético suceden lo suficientemente rápido como para producir calor debido a la agitación molecular. De esta forma el alimento se calienta por la excitación de las moléculas de agua, que se están moviendo, girando sobre sí mismas, a gran velocidad
.

RSN:
La resonancia magnética es la aplicación medica de las maquinas MIR (Magnetic resonante Imaging), para la captación de imágenes del interior del cuerpo humano, esto es posible gracias a la aplicación de un campo magnético muy intenso generado por una bobina electromagnética. Cuando el cuerpo humano se expone a este campo magnético las moléculas de agua y los tejidos se orientan siguiendo la dirección del campo. En este momento se aplica un pulso de radioondas con la frecuencia de resonancia apropiada, haciendo que los átomos pasen a estado excitados. Cuando el pulso decae, los átomos vuelven a su estado anterior liberándose energía, la cual es detectada y empleada para generar una imagen. Aplicando campos magnéticos de distintas intensidades se pueden obtener distintas secciones anatómicas del cuerpo.
Este sistema ha sido también utilizado para hacer medidas no invasivas del flujo sanguíneo en la red de venas y arterias de la cabeza, por lo que tiene multitud de aplicaciones en el diagnostico y tratamiento de accidentes cerebro vasculares.
Esta técnica de resonancia se llama angiografía de proyección. Cuanto más rápido es el flujo de sangre a través de un vaso capilar, mas brillante aparece en la pantalla. Si un vaso sanguíneo no aparece tan brillante como debería, el flujo de sangre es anormalmente lento, lo que podría indicar la presencia de un obstáculo que esta obstruyendo el paso de sangre, como ocurre en la arteriosclerosis. El empleo de esta técnica en la detección y tratamiento de estas enfermedades se convierte ya casi en indispensable en muchos hospitales.




Altavoz y micrófono:
El altavoz es un transductor electrostático que transforma señales eléctricas en ondas de presión, y densidad sonora.
Esta compuesto por:

El sistema de excitación, constituido por un imán permanente que posee un fuerte campo magnético; dentro de ese campo esta situada una bobina móvil que esta unida al cuello del diafragma.
El sistema acústico tiene por finalidad impartir un movimiento al aire que lo rodea. La señal eléctrica hace que se desplace la bobina y esta mueve el cono.
Los altavoces más usuales son los electromagnéticos. Todos los altavoces electromagnéticos tienen el mismo principio de funcionamiento: Se parte de la existencia de un campo magnético permanente creado por un imán fijo, el cual tiene su polo sur enfrentado a una bobina de un conductor eléctrico que tiene la capacidad de moverse en la dirección longitudinal.
De esta forma cuando la corriente del amplificador (representación eléctrica del sonido) atraviesa la bobina produce un campo magnético variable que reacciona ante el campo permanente creado por el imán fijo.
La transformación de la señal eléctrica en una acústica se produce de forma que si la corriente que entra es positiva, la bobina adquiere polaridad sur y va a ser repelida por el imán fijo, en cambio si la corriente que entra en la bobina, es negativa, la bobina adquiere polaridad norte y será atraída por el imán fijo.
Como resultado de esto un pulso positivo hace que el cono se desplace hacia fuera y uno negativo hacia dentro. Cuando el diafragma se desplaza, al ser propulsado por el imán fijo, produce cambios de presión de aire que percibimos como sonido.




En el micrófono ocurre el proceso inverso. Las ondas sonoras hacen que el diafragma de del micrófono vibre. Un electrodo móvil situado a continuación del diafragma hace presión sobre una gran cantidad de finos gránulos de carbón. El electrodo ejerce distintas presiones sobre los gránulos de carbón, y con mayores presiones el electrodo presiona más fuertemente los gránulos, permitiendo que circule mayor corriente.

Experimento 2: Levitación electromagnética

Introducción

La levitación ha sido desde siempre un fenómeno que ha apasionado a los físicos, que han competido entre ellos para obtener la respuesta a esta alucinante cuestión.
La levitación se basa casi totalmente en el campo del electromagnetismo, ya que este campo nos proporciona una fuerza intangible, y que a la vez puede proporcional niveles muy altos de esta.
Por ello hemos decidido basar este experimento en ese fenómeno de la física. Hemos tratado de construir una bobina que levite. El proceso de construcción viene expresado a continuación.

Materiales

Los materiales para construir este experimento son los siguientes:

-Hilo de cobre de 1mm. de grosor

-Generador de corriente

-Pinzas eléctricas con formas de cocodrilo

-Plancha de aluminio de 5mm de grosor


Construcción

Para construir este experimento se seguirán los siguientes pasos

-Primero construiremos la bobina de cobre, con un radio de aproximadamente 20 centímetros, y usando unos 40 metros de cobre.

-La bobina la fijaremos con bridas para que quede lo mas rígida posible, de esta manera conseguiremos que el campo magnético sea mas uniforme.

-Luego conectaremos las pinzas de “cocodrilo” al hilo de cobre, de las cuales saldrán unos cables que serán los que conectaremos al generador de corriente.

-Situaremos la bobina sobre la plancha de aluminio, asegurándonos previamente que la polaridad de la bobina producirá repulsión con la plancha de aluminio.

-Cuando tengamos los cables conectados a este encenderemos el generador de corriente a 10 voltios y 5 amperios.

Observaciones

Al conectar la fuente de alimentación de nuestra bobina, deberíamos apreciar que esta repele de la plancha de aluminio. Si no es así, subiremos el voltaje poco a poco hasta poder apreciar este fenómeno.


Precauciones

Tenemos que tener cuidado de no aumentar el voltaje demasiado sin aumentar a la vez la corriente, ya que un voltaje demasiado alto con un amperaje muy bajo puede quemar la fuente de alimentación.
También hay que tener cuidado de no tocar la bobina cuando la fuente está conectada ya que podemos sufrir una electrocución.

Fundamentos teóricos

El ‘por qué’ de este experimento es relativamente sencillo. Sabemos que al hacer fluir una corriente por un cable que conforma una bobina estamos creando un campo magnético.
Al cambiar la polaridad o la orientación de esta cambiaremos la dirección del campo magnético producido.
También sabemos que el aluminio es un material magnético, ya que tiene electrones libres para moverse.
La siguiente declaración parece obvia, por un lado tenemos una bobina que genera un campo magnético que se puede regular, encender y apagar. Por otro lado tenemos un metal que tiene electrones libres que pueden ser atraídos o alejados a un campo magnético. Por lo tanto al situar la bobina sobre la plancha de aluminio, el campo magnético generado por esta repelerá de los electrones de la plancha de aluminio, haciendo de esa que se levante la bobina.

Errores

Antes de citar los errores tendríamos que explicar que ocurrió en nuestro experimento cuando encendimos el generador de corriente. La bobina no levito. Sin embargo si pudimos observar que al deslizar la bobina sobre la plancha de aluminio esta daba la apariencia de rozar menos con la plancha de aluminio. Un comportamiento similar al del “Air Hockey” de los recreativos.

El experimento no funcionó del todo, aunque no fue un rotundo fracaso, ya que pudimos extraer los siguientes errores, que nos podrían ayudar en una próxima realización del mismo experimento.

-El primer error que fue decisivo para que no levitase la bobina como esperábamos. El problema fue que no dispusimos de suficiente cobre como para construir una bobina suficientemente ancha.

-Luego el proceso de fabricación de la bobina fue manual, por lo tanto esta no era una pieza perfectamente sellada, por ello el campo magnético generado al hacer correr la corriente a través de esta no era suficientemente uniforme como para generar una fuerza suficientemente centrada como para levantar el cobre.

Mejoras

Si pusiésemos una plancha de aluminio sobre la bobina en lugar de debajo de ella, y le diésemos la vuelta a esta, la fuerza sería de atracción con la plancha en vez de repulsión, auque también sería una aplicación de levitación.

Experimento 1: Levitación magnética

EXPERIMENTO 1

Introducción

El objetivo de este experimento es construir una estructura que nos permita determinar el máximo acercamiento posible entre dos imanes situados uno sobre el otro. Luego intentaremos determinar la fuerza de los imanes sabiendo la distancia mínima entre ellos.

Lista de aparatos

Dos imanes de forma cúbica
Metacrilato transparente
Sierra de hoja fina
Pegamento de contacto
Lima
Regla + 0,05 cm.

Construcción de la estructura

La estructura está compuesta de láminas de metacrilato sobrepuestas unas sobre otras. Cortamos las láminas por separado como mostramos en la figura a continuación. A continuación limamos bien los cantos de las láminas para que estas estén lo mas rectas posibles, así el pegamento de contacto podrá trabajar mejor.

Pegamos las láminas con cuidado hasta conseguir el resultado mostrado en la figura. Nos aseguramos durante la construcción de que los imanes pueden moverse libremente por dentro de la estructura.

Realización del experimento

Para realizar el experimento seguiremos los siguientes pasos.
De los dos imanes uno lo usaremos como imán estático y el otro lo usaremos como imán dinámico. El imán estático lo colocaremos en la parte inferior de la estructura y fijaremos con pegamento de contacto.
Introduciremos el segundo imán por la parte superior y lo dejaremos caer.

Una vez el imán ha llegado a una posición de equilibrio mediremos la distancia mínima entre ambos.

Fundamentos físicos

Las fuerzas que actúan sobre el imán dinámico son el peso y el campo magnético generado por el otro imán. Cuando este llega a su posición de equilibrio, podemos afirmar que la fuerza del campo magnético es igual al peso del imán.
Sabiendo la fuerza del campo magnético y el área sobre la que está actuando podemos medir la intensidad de campo magnético que existe entre los dos imanes usando la SIGUIENTE FÓRMULA.


Errores

Como todo experimento este tiene sus errores. Los principales errores vienen como consecuencia de una imperfecta construcción de la estructura que contendrá a nuestros dos imanes. Nos estamos refiriendo al rozamiento que existirá entre el imán dinámico y las paredes de nuestra estructura.
Esta fuerza de rozamiento actuara a favor de una de las dos fuerzas QUE NO PODREMOS SABER, produciendo así unos resultados no del todo correctos.

Otro error es que los dos imanes no tengan la misma fuerza, (a pesar de ser el mismo “modelo”). A la hora de calcular la fuerza de cada imán, no podremos obtener un resultado exacto, ya que solamente podremos medir la fuerza entre ambos.

El tercer y último error viene introducido por el material de medición, en este caso la regla. A la hora de medir la distancia mínima entre los dos imanes existirá un error que vendrá determinado por la regla que estemos usando, generalmente la mitad de una medición (+0,05cm)

Magnetismo y electromagnetismo

ELECTROMAGNETISMO

Potencial eléctrico debido a una carga puntual

Potencial y diferencia potencial

El potencial eléctrico es simplemente una medida de la energía total por unidad de carga en un punto dado del espacio.
Vemos que la fuerza sobre q es inversamente proporcional a su distancia con la carga B.

El trabajo realizado en traer una carga de prueba desde el infinito a un punto de nuestro campo es igual al potencial eléctrico.

Para una única carga puntual podemos aplicar:

Potencial debido a mas de una carga

Si hay mas de una carga contribuyendo al potencial total en un punto, podemos calcular el potencial debido a este número “n” de cargas como la sumatoria de los potenciales debidos a cada una de las cargas por separado.


Potencial e intensidad de campo

Llevar una carga desde un punto A hasta un punto B dentro de un campo significa tener que actuar en contra de la fuerza electroestática.


El trabajo hecho : dw=-E q dx (el signo negativo es por que la dirección de la fuerza se opone a la dirección del campo E).

Por lo tanto:


En otras palabras, el campo eléctrico es igual a la inversa de la gradiente del potencial eléctrico.

Las unidades son voltios por metro (vm-1)



Equipotenciales

Superficies equipotenciales

La mejor forma de representar como el potencial eléctrico varía a través de un objeto cargado es encontrando las regiones donde el potencial es el mismo. Estas regiones son conocidas como superficies equipotenciales.
En dos dimensiones se pueden representar con líneas.


Mucho cuidado ya que en los diagramas puede parecer que se están representado figuras de dos dimensiones, mientras que en realidad se están representado superficies de tres.


Relación de las líneas equipotenciales con las líneas de campo

Existe una sencilla relación entre las líneas de campo eléctrico y las líneas equipotenciales. Siempre tienen que ser perpendiculares unas a las otras.

Las líneas grises son las líneas equipotenciales, las rosas son las líneas de campo.


Fuerza electromotriz inducida

Producción de EMF inducida por movimientos relativos

Un EMF es inducido en un conductor en el momento que un flujo magnético es cortado.
Si el campo magnético es perpendicular a la superficie que lo corta, el flujo magnético que pasa por el área A es definido en términos de la fuerza de campo magnético B.

Siendo igual al flujo, A el área por el que pasa y B la fuerza del campo magnético.

Si el área por el que pasa el flujo no es perpendicular a esta pero forma un ángulo conocido con las líneas de campo, entonces podemos expresar el flujo de la siguiente manera:

El flujo se puede medir en Tm-2­ o en Wb

De esta forma podemos calcular el EMF inducido en términos del flujo como mostramos a continuación.



El EMF inducido es igual a la frecuencia de cortes de flujo. Se puede obtener el mismo resultado moviendo lo imanes y dejando la corriente estática.


Fuerza electromotriz inducida (EMF)

Cualquier material conductor contiene cargas, y al mover el material a través de un campo magnético, existirá una fuerza sobre esas cargas.

· La velocidad con que se mueve el cable
· La fuerza del campo magnético
· La longitud de cable contenida en el campo magnético

Se puede medir la magnitud de la EMF inducido sin consideramos un electrón en equilibrio en el medio del cable.

Fuerza eléctrica debido a EMF

Fuerza magnética debido al movimiento


Entonces:

Al no haber flujo de corriente, la EMF es igual a la diferencia de potencial
Concluimos por lo tanto que:



Esto demuestra que la EMF inducida solo depende de la fuerza del campo magnético, la longitud del cable sumergido en este campo y la velocidad con la que se mueve a través de el.

Ley de Faraday

La ley de Faraday es una ley interesante por que une tres efectos físicamente distintos en una sola ecuación:

Donde puede cobrar tres significados diferentes :
1. puede ser el flujo cortado por un cable en movimiento
2. puede ser el cambio de flujo como consecuencia del movimiento de un imán
3. puede ser el cambio de flujo como consecuencia de un imán estacionario que está cambiando de fuerza.




Ley de Lenz

La ley de Lenz dice que la dirección del EMF inducido es tal que si una corriente fuese provocada a fluir por el cable, esta opondría el cambio de posición del cable que la creó.


a) b)


Tanto en el diagrama a) como en el b) se esta produciendo una corriente en el cable debido a la EMF. El movimiento en ambos casos se encontraría con una fuerza en contra que se opondría a el. Esta fuerza vendría causada por la corriente inducida.

Corriente alterna

Cable en un campo magnético – generador de corriente alterna :
A continuación mostramos la estructura de un típico generador de corriente alterna.

La vuelta de bobina rueda dentro del campo magnético debido a una fuerza externa. A medida que rueda la cantidad de flujo magnético que pasa por esta cambia con el tiempo, e induce una EMF, (Según la ley de Faraday), causando un flujo de corriente.

Ambos lados de la vuelta de bobina sufren fuerzas opuestas de movimiento (Según la ley de Lenz).

El trabajo realizado en dar vueltas a la vuelta de bobina produce energía eléctrica.


Valores de RMS

RMS=raíz cuadrada de la media de las corrientes producidas al cuadrado.

Si nos fijamos en la siguiente gráfica podemos apreciar la gráfica sinusoidal que produce la corriente alterna.


El gráfico muestra la potencia media.



Permeabilidad del espacio libre

determina la fuerza de los campos magnéticos en el vacío. La unificación entre la electricidad y el magnetismo, finalmente establecida por el trabajo del físico escocés James Clerk Maxwell (1831-79), mostró que las tres constantes fundamentales, μ0 , ε0 y c (velocidad de la luz) están relacionadas entre sí por la siguiente fórmula:


Transformadores

Una diferencia de potenciales entra en el transformador, y otra diferencia de potenciales distinta sale de este. El valor de la diferencia de potenciales que sale del transformador puede ser alterada (aumentada/disminuida), cambiando el radio de vueltas de cable entre las dos partes del transformador.

Tenemos que entender los siguientes puntos para comprender correctamente el funcionamiento de un transformador:

- El voltaje de salida viene determinado por el voltaje de entrada y el radio de vueltas del cable entre las dos partes del transformador.
- El valor de la carga que se conecte determina la corriente de salida de acuerdo con la fórmula; V=IR
- El valor de la potencia de salida viene determinado por los valores de arriba; P=VI
- Para un transformador ideal, el valor de la potencia de entrada es igual al valor de la potencia de salida.
- De esta forma podemos calcular el valor de la corriente de entrada usando la fórmula; P=VI

A continuación una breve explicación del funcionamiento de un transformador:

- La diferencia potencial que atraviesa la bobina primaria crea una corriente alterna a través de esta, a consecuencia de la cual se crea un campo magnético alternante en el núcleo de hierro.
- Este campo magnético alternante se une con el creado por la segunda bobina e induce una EMF. El valor de la EMF inducida depende de la frecuencia de cambio de flujo, que incrementa al incrementar el número de vueltas de la bobina secundaria. Los voltajes de entrada y salida están relacionados directamente con el radio de vueltas entre las dos bobinas.




Transmisión de potencia eléctrica

Los transformadores juegan un papel muy importante en el traslado seguro y efectivo de potencia eléctrica a través de largas distancias.

-Si grandes cantidades de potencia están siendo distribuidas, entonces las corrientes usadas serán altas. (Potencia=VI)
-Los cables no pueden tener una resistencia cero. Esto significa que disiparán algo de potencia.
-La potencia disipada es P=I2R. Si la corriente es grande, entonces la (corriente)2 será muy grande.
-A lo largo de grandes distancias, la potencia gasta puede ser muy significativa.
-La solución es la siguiente: trasmitir la potencia a una muy alta diferencia potencial.
-Y con una corriente muy pequeña.
-Una diferencia potencial muy alta es mucho mas eficiente, pero también es mas peligrosa para el usuario.
-Por lo que se pueden usar transformadores para aumentar la diferencia potencial para su transporte, y cuando ha llegado a su destino, se vuelven a usar transformadores para volver a bajar la diferencia potencial, para que sea menos peligrosa para el usuario.

CAMPO MAGNETICO

CONOCIMIENTOS PREVIOS

Imanes naturales:

Muchas veces hemos visto como un imán, hecho de magnetita o ciertas otras aleaciones férricas, atrae objetos de acero u otros metales derivados del hierro. Las substancias que son fuertemente atraídas por los imanes se llaman ferromagnéticas, las que sólo son atraídas muy débilmente (de forma imperceptible a nuestra vista) son paramagnéticas, y las que no son afectadas de ninguna forma o son débilmente repelidas por un imán son diamagnéticas.

Líneas de fuerza:

El campo magnético es el único en que las líneas de fuerza que indican la dirección del campo son visibles.
En la figura de la izquierda ves una superficie salpicada de limaduras de hierro. Si pulsas el botón Imán verás sus líneas de fuerza debido a que cada partícula de hierro se convierte en un pequeño imán y todas ellas se alinean según las líneas de fuerza existentes.
Existe el convenio de admitir que las líneas de fuerza salen del polo norte del imán y se introducen por el polo sur, tal como vemos en la figura adjunta.
Dentro del imán las líneas de fuerza se mantendrían paralelas, indicando un valor homogéneo de la intensidad de campo.



Imanes y corrientes:

Investigando sobre el campo magnético, Öersted realizó la experiencia que vemos en la imagen adjunta. En principio la brújula señala el Norte geográfico, pero cerrando el circuito cambia su orientación, de forma que se sitúa perpendicular a la corriente.
Esta experiencia daba el mismo resultado en cualquier lugar que pusiera la brújula.
La única interpretación posible era que la corriente creaba líneas de fuerza magnéticas circulares y concéntricas con la corriente.

ACCION DEL CAMPO MAGNETICO

Sobre una partícula cargada:

En la escena superior ves un osciloscopio, donde un chorro de electrones es desviado de su trayectoria por campos magnéticos variables.

Sobre una corriente rectilínea:

Si el campo magnético afecta a las partículas cargadas en movimiento, también deberá afectar a un conductor por el que pase una corriente. Las cargas en su interior tenderán a moverse empujadas por el campo, pero al estar confinadas dentro del cuerpo del conductor realizarán una fuerza medible sobre él.
En la escena se estudia el efecto del campo sobre una corriente rectilínea. Si se trata de un conductor con recorrido curvado, o un campo no homogéneo, es preciso considerar el conductor descompuesto en infinidad de fragmentos rectos de longitud Dl. y sumar (integrar) la fuerza hecha sobre cada uno.


Sobre una espira de corriente:

Una de las aplicaciones más interesantes del electromagnetismo ha sido la producción de energía mecánica en los motores eléctricos como el de la figura.
Todos sabemos que en ellos una o más bobinas giran dentro de un campo magnético al hacer pasar corriente por ellas.
¿Por qué ocurre así?. Para comprenderlo vamos a estudiar el caso más sencillo posible.
Se trata de una espira moviéndose en un campo magnético. Puedes comprender que en el caso de una bobina se produciría el mismo efecto, multiplicado por el número de espiras.

CREACION DE CAMPOS MAGNETICOS

Por una partícula cargada:

Desde la experiencia de Öersted ya sabemos que las corrientes eléctricas producen campos magnéticos, puesto que una corriente eléctrica afecta a la brújula.
La corriente eléctrica más pequeña que podemos imaginar es una simple partícula cargada.
La partícula de carga q y velocidad V crea el campo B en un punto definido por el vector R desde la partícula.


La constante μo se llama permeabilidad magnética del vacío.

Por una corriente rectilínea:

Una corriente eléctrica rectilínea de longitud indefinida crea un campo magnético a su alrededor.
El valor de la inducción magnética viene dado por:

Donde I es la intensidad de corriente y r la distancia al punto en que se mide el campo B. La constante μ, permeabilidad magnética, depende del medio.
En esa expresión no se determina la dirección y sentido del campo. Para eso es muy práctica la regla de la mano derecha.



Por una bobina:

En la imagen tienes un circuito con una bobina o solenoide y una brújula en sus proximidades. Cuando cerramos el circuito la bobina se porta como un electroimán, desviando la brújula hacia uno de sus polos.

Explicación del magnetismo natural:

Nos preguntábamos al principio la relación entre el campo magnético del campo creado por un imán natural y el creado por una corriente.
Después de ver el campo magnético creado por una bobina, vemos la similitud que hay entre el campo que creado por ella y el de un imán.
Ambos cuerpos tienen polaridad y líneas de fuerza similares.

CONCLUSIONES

Un campo magnético B produce sobre una partícula de carga q y velocidad V una fuerza F dada por la expresión adjunta.



Bajo esta fuerza la partícula se mueve en una trayectoria circular (si V es perpendicular a B), o helicoidal (si V y B forman un ángulo oblicuo).
La unidad de inducción magnética, el tesla, producirá una fuerza de un newton sobre la unidad de carga moviéndose a la velocidad de 1 m/s perpendicular al campo.
Un conductor rectilíneo, de longitud L, portador de corriente de intensidad I es afectado por el campo B según la expresión superior de la derecha. Si el conductor es curvilíneo o B no es homogéneo, hay que integrar el efecto del campo sobre infinitos elementos de conductor Dl . Así se indica en la expresión inferior de la derecha.


Una espira de superficie S, portadora de corriente sufriría bajo un campo magnético un par de fuerzas M dado por la expresión de la derecha. Una bobina sufriría un efecto similar, multiplicado por el número de espiras.