Este documento describe los conceptos fundamentales del electromagnetismo. Explica que el origen del campo magnético está en las cargas eléctricas en movimiento y describe la ley de Biot-Savart para calcular campos magnéticos. También describe la inducción electromagnética, la ley de Faraday-Lenz, y cómo los transformadores funcionan induciendo una corriente eléctrica en un circuito secundario a través de un campo magnético variable generado en un circuito primario.

1. FÍSICA
4. Electromagnetismo
1. Campo magnético; origen.
2. Efectos del campo magnético.
3. Inducción electromagnética: ley de
Faraday-Lenz; transformadores.

2. 1. Campo magnético;
origen.
Evolución histórica
Antigüedad
Muy pocos conocimientos sobre el magnetismo. Se
conoce la magnetita, o piedra imán.
Siglo X
En China se conoce la brújula y se utiliza para la
navegación.

3. Siglo XVII
Gilbert (Inglaterra) propone que la Tierra se comporta
como un imán.
Siglo XIX
•Öersted explica la causa del magnetismo,
relacionándolo con las corrientes eléctricas.
•Aparece la Teoría Magnética (Faraday, Lenz,
Ampère).
•Maxwell relaciona matemáticamente electricidad y
magnetismo. Unifica ambas teorías en la Teoría
Electromagnética, y demuestra que la luz es una onda
electromagnética.

4. Características de los imanes
• Interacción a distancia.
• Cada imán posee dos polos
(Norte y Sur).
• Fuerza atractiva entre polos
opuestos y repulsiva entre
polos iguales.
• Desvían la brújula.
• La Tierra se comporta como
un imán. El polo Norte
geográfico es un polo Sur
magnético, y viceversa.

5. Características del campo magnético (B)
Propiedad del espacio producida por un imán que hace
que cualquier otro imán situado en dicho espacio sufra
una fuerza magnética.
• Es una magnitud vectorial.
• Tiene menor intensidad que el
campo electrostático, pero es
mucho más intenso que el
gravitatorio.
• Depende del medio, según la
constante magnética Km.
• Es un campo no conservativo.
• Las líneas de campo van desde los polos Norte a los
polos Sur de los imanes. Son líneas cerradas.

6. Unidades
•Tesla (T), en el S.I. 1T
•Gauss (G). 10 4 G
Constante magnética (Km)

Km  μ: permitividad magnética
4
En el vacío: 0  4  10 7 T  m  A1
0
K m0   10 7 T  m  A1
4

7. Experiencias de Öersted: el origen del campo magnético.
El científico danés Öersted relacionó
experimentalmente los imanes con las corrientes
eléctricas y demostró que:
1. Una corriente eléctrica desvía una brújula colocada a
una cierta distancia. Es decir, la corriente eléctrica se
comporta como imán.
2. Corrientes paralelas se atraen o repelen según el
sentido de la corriente.
Conclusión:
El origen de un campo magnético está en la
existencia de cargas eléctricas en movimiento. Toda
carga eléctrica en movimiento origina a su alrededor
un campo magnético.

8. Cálculo de campos magnéticos:
Ley de Biot-Savart
• La dirección de B es perpendicular al plano
formado por el movimiento de las cargas
(Intensidad de corriente) que lo origina y la
distancia desde la corriente a dicho punto (r).
• El sentido viene
dado por la regla
del sacacorchos al
girar el sentido de
la corriente sobre
el vector r.

 

B TOTAL   Bi

9. Corriente rectilínea Espira
I I
B B
2  r 2R
En el centro de la espira.
Solenoide o bobina
N I
B
L
En el interior del solenoide.

10. 2. Efectos del campo magnético.
Del mismo modo que B es originado por cargas en
movimiento, también produce efectos sólo sobre cargas
en movimiento. Ley de Lorentz:
Fuerza magnética sobre una carga en movimiento
   
Fm  q  v  B  Fm  q  v  B  sen

11. Desarrollo de la Ley de Lorentz
   2 ª Ley de Newton
 Si v  B  Fm  q  v  B  
 
 
v2
     F  m  ac  Fm  m  
Como Fm  v
 
 R
 

MCU  q B 
   cte 
v2 mv  m 
q v B  m  R    M .C.U .
R q B T  2 m  cte 

 q B 

 

Si v no es  B :

12. Ley General de Lorentz
Considera la acción conjunta de los campos eléctrico (E)
y magnético (B), produciendo una fuerza
electromagnética.
  
     
Fem  Fe  Fm  q  E  q  v  B
Campo EM

   
  

Fem  q  E  v  B 

13. Ley de Laplace:
Fuerza magnética sobre una corriente rectilínea
  
 
Fm  I  L  B  Fm  I  L  B  sen
El vector L tiene:
• Módulo la longitud del
conductor.
• Dirección del conductor.
• Sentido de la corriente.

14. Fuerza entre corrientes rectilíneas y paralelas
 Ley de Laplace: Fm  I1  L1  B2 1 
  Fm  I1 I 2
  I2     N / m
 Ley de Biot-Savart: B21= 2 r  L1 2 r
 
Atracción Repulsión
Definición de Amperio (A): "Cantidad de corriente que
circula por dos hilos paralelos separados 1 m, cuando
entre ellos se ejerce, en el vacío, una fuerza por
unidad de longitud de 2 · 10-7 N/m."

15. Fuerza sobre un circuito cerrado (espira)
Todos los casos son reducibles al ejemplo de una espira
rectangular.

 

F1   F3  


    F  0

F2   F4 

    
    
 M  r1  F1  r3  F3
La espira no se desplaza, sin
embargo el momento de fuerzas
origina un giro hasta colocarla
perpendicular al campo.

16. Galvanómetro
Instrumento que mide la
intensidad de corriente de un
circuito. Consiste en una
bobina por la que pasa dicha
corriente y que gira alrededor
de un eje por la acción de un
campo magnético creado por
un imán. Un resorte helicoidal
se opone a este giro,
llegándose a una situación de
equilibrio.
El ángulo que haya girado la bobina dependerá de la
intensidad de corriente. Una aguja unida a la bobina
marca sobre una escala el valor de dicha intensidad.

17. Motor eléctrico
Consigue un movimiento
rotatorio completo.
En corriente continua tienen
una parte fija (estator,
normalmente el imán que
crea el campo magnético) y
otra móvil (rotor, el conjunto
de espiras).
En corriente alterna se consigue el giro con una sola
espira, pero la intensidad de corriente varía de forma
adecuada para producir un giro constante.

18. 3. Inducción electromagnética: Ley
de Faraday-Lenz;
transformadores.
Inducción electromagnética: generación de corriente
eléctrica en un circuito a partir de un campo magnético.
Este fenómeno fue observado en el s. XIX por Faraday
y Henry.
Experiencia de Faraday: colocando un imán frente a
una espira conductora, solo se observa corriente en la
espira si se acercan o se alejan. El sentido de la
corriente depende de si acercamos o alejamos, y de qué
polo enfrentemos a la espira.
Experiencia de Henry: al colocar un trozo de material
conductor entre dos imanes se observa que al mover el
conductor se origina corriente en él.

19. Experiencia de Faraday
Experiencia de Henry

20. Observaciones de Faraday y Lenz
• El origen de la corriente inducida es la variación del
campo magnético que atraviesa la superficie delimitada
por la espira, es decir, la variación de flujo magnético
que la atraviesa.
• El sentido de la
corriente es tal
que origina un
nuevo campo
magnético
inducido que se
opone a la
variación del flujo.

21. Flujo Magnético (Фm)
  B uniforme

m   B  dS  
 
 
 m  B  S  B  S  cos 
Unidad S.I.: Weber (Wb)
Ley de Lenz-Faraday
"La corriente inducida en un circuito es originada
por la variación del flujo magnético que atraviesa
dicho circuito. Su sentido es tal que se opone a
dicha variación."
Cálculo de la f.e.m inducida (ε) d m
Unidad S.I.: Voltio (V)
 
dt

22. Transformadores
Transforman la intensidad de la
f.e.m. Consta de un núcleo de
hierro alrededor del cual están
enrrollados dos circuitos. Al
circular una corriente alterna
por el primario se origina un
campo magnético variable en el
núcleo de hierro. Dicho campo 1  2
crea un flujo magnético, 
N1 N 2
también variable, que atraviesa
el circuito secundario.
Este flujo variable, induce una corriente en el
secundario, es decir, se origina una f.e.m. inducida. Su
valor depende del número de espiras de ambos
circuitos.