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República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria
Universidad Politécnica Territorial del Norte de Monagas “Ludovico Silva”
Caripito Estado Monagas
Técnicas de Alta Tensión
CAMPOS ELÉCTRICO Y MAGNÉTICO
Profesora: Participantes:
Daniela Pires Tomas Pereira. V-11.779.058
Jimi Rueda. V-21.696.028
Maturín, 01/02/2021.
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INTRODUCCIÓN
Los descubrimiento y la compresión de fenómenos tales como el comportamiento
de un objeto en presencia de otro o que la materia estaba constituida por
partículas elementales como los electrones, permitió a los científicos un mejor
entendimiento de la naturaleza que nos ha conducido a grandes avances
tecnológicos. Todos estos nuevos conocimientos deben ser comprendidos por una
comunidad diferente a la científica. Como manejar ideas como: ¿qué entendemos
por campo eléctrico y campo magnético? La relación que existe entre ambos;
¿qué son materiales dieléctricos y materiales magnéticos? ¿En dónde se
emplean? y ¿cómo se deben usar? Para que no se reduzca a formulas y
ejercicios. En este trabajo se presenta un enfoque alternativo fácil de comprender,
ya que en la cotidianidad se le da uso a distintos elementos como cables,
accesorios, condensadores, aislantes, cauchos, tarjetas de débito o crédito, discos
duros y flexibles en ordenadores, todo tipo de transformador o motor, imanes (en
todo vehículo se dispone de al menos veinte imanes distintos), sensores para la
navegación de satélites artificiales de comunicación, etc. Después de una breve
reflexión, a nadie se le escapará la importancia, las implicaciones económicas o la
variedad de aspectos, tanto en la vida cotidiana como en aspectos más
sofisticados, en donde se emplean materiales que presentan determinadas
propiedades “dieléctricas” o "magnéticas". Y ¿en qué propiedades se basan sus
aplicaciones? Sus características. A la respuesta de estas y otras cuestiones nos
referiremos a continuación.
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CAMPOS ELÉCTRICOS Y MAGNÉTICOS
Uno de los aspectos ambientales más estudiados por Red Eléctrica desde hace
muchos años es, sin duda, el de los campos eléctricos y magnéticos por el interés
e inquietud social que ha generado su posible incidencia en la salud.
Un campo electromagnético es una zona donde existen campos eléctricos y
magnéticos, creados por las cargas eléctricas y su movimiento, respectivamente.
Los campos electromagnéticos se forman por el movimiento de cargas eléctricas
y nuestro organismo está habituado a convivir con ellos. Las instalaciones
eléctricas generan campos electromagnéticos de frecuencia extremadamente
baja (50 Hz ó 60 Hz) por lo que transmiten muy poca energía.
CAMPO ELÉCTRICO
Región del espacio en la que interactúa la fuerza eléctrica; es un campo físico que
se representa por medio de un modelo que describe la interacción entre cuerpos y
sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica. Se puede describir como
un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor (q) sufre los
efectos de una fuerza eléctrica (F) dada por la siguiente ecuación:
F= qE
La presencia de carga eléctrica en una región del espacio modifica las
características de dicho espacio dando lugar a un campo eléctrico. Así pues,
podemos considerar un campo eléctrico como una región del espacio cuyas
propiedades han sido modificadas por la presencia de una carga eléctrica, de tal
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modo que al introducir en dicho campo eléctrico una nueva carga eléctrica, ésta
experimentará una fuerza.
El campo eléctrico se representa matemáticamente mediante el vector campo
eléctrico, definido como el cociente entre la fuerza eléctrica que experimenta una
carga testigo y el valor de esa carga testigo (una carga testigo positiva).
La definición más intuitiva del campo eléctrico se puede dar mediante la ley de
Coulomb. Esta ley, una vez generalizada, permite expresar el campo entre
distribuciones de carga en reposo relativo. Sin embargo, para cargas en
movimiento se requiere una definición más formal y completa, se requiere el uso
de cuadrivectores y el principio de mínima acción.
Debe tenerse presente de todas maneras que desde el punto de vista relativista, la
definición de campo eléctrico es relativa y no absoluta, ya que observadores en
movimiento relativo entre sí medirán campos eléctricos o "partes eléctricas"
del campo electromagnético diferentes, por lo que el campo eléctrico medido
dependerá del sistema de referencia escogido.
Campo eléctrico producido por un conjunto de cargas puntuales. Se muestra en
rosa la suma vectorial de los campos de las cargas individuales:
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La definición más intuitiva del campo eléctrico se puede dar mediante la ley de
Coulomb. Esta ley, una vez generalizada, permite expresar el campo entre
distribuciones de carga en reposo relativo. Sin embargo, para cargas en
movimiento se requiere una definición más formal y completa, se requiere el uso
de cuadrivectores y el principio de mínima acción. A continuación se describen
ambas.
Ley de Coulomb
La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas
puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de
ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las
separa. Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) midió cuantitativamente la
atracción y repulsión eléctricas y dedujo la ley que las gobierna.
Mediante una balanza de torsión, Coulomb encontró que la fuerza de atracción o
repulsión entre dos cargas puntuales (cuerpos cargados cuyas dimensiones son
despreciables comparadas con la distancia r que las separa) es inversamente
proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
El valor de la constante de proporcionalidad depende de las unidades en las que
se exprese F, q, q’ y r. En el Sistema Internacional de Unidades de Medida vale
9·109 Nm2/C2.
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Obsérvese que la ley de Coulomb tiene la misma forma funcional que la ley de la
Gravitación Universal.
Debe tenerse presente de todas maneras que desde el punto de vista relativista, la
definición de campo eléctrico es relativa y no absoluta, ya que observadores en
movimiento relativo entre sí medirán campos eléctricos o "partes eléctricas"
del campo electromagnético diferentes, por lo que el campo eléctrico medido
dependerá del sistema de referencia escogido.
Ley de Gauss
El teorema de Gauss afirma que el flujo del campo eléctrico a través de una
superficie cerrada es igual al cociente entre la carga que hay en el interior de dicha
superficie dividido entre e0.
Para una línea indefinida cargada, la aplicación del teorema de Gauss requiere los
siguientes pasos:
1.-A partir de la simetría de la distribución de carga, determinar la dirección del
campo eléctrico.
La dirección del campo es radial y perpendicular a la línea cargada
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2.-Elegir una superficie cerrada apropiada para calcular el flujo
Tomamos como superficie cerrada, un cilindro de radio r y longitud L.
Flujo a través de las bases del cilindro: el campo E y el vector
superficie S1 o S2 forman 90º, luego el flujo es cero.
Flujo a través de la superficie lateral del cilindro: el campo E es paralelo al
vector superficie dS. El campo eléctrico E es constante en todos los puntos
de la superficie lateral,
El flujo total es, E·2p rL
3. Determinar la carga que hay en el interior de la superficie cerrada
La carga que hay en el interior de la superficie cerrada vale q=l L, donde l es la
carga por unidad de longitud.
4.-Aplicar el teorema de Gauss y despejar el módulo del campo eléctrico
El mismo resultado que hemos obtenido previamente, pero de una forma mucho
más simple.
Ejemplo de Campo eléctrico
Campo eléctrico: Se denomina al espacio que forma un cuerpo cargado
eléctricamente.
Campo producido por una carga puntual: Se denomina al espacio donde una
carga que pueda imaginarse concentrada en un punto produzca un campo
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eléctrico.
Líneas de fuerza: Son aquellas líneas trazadas en un campo eléctrico de una
área cargada eléctricamente de tal modo que sean tangentes a ella en cada punto.
Cabe destacar las siguientes propiedades de las líneas de fuerza:
No hay línea de fuerza que empiece o termine en el espacio que rodea las
cargas.
Todas las líneas de fuerza divergen radialmente a partir de las cargas
positivas, mientras que convergen radialmente hacia las cargas negativas.
Las líneas de fuerza nunca se cruzan.
Intensidad del campo eléctrico: Es igual al cociente de dividirla fuerza (F) que
recibe la carga de prueba entre su valor (q2), cuando la carga de prueba se coloca
en el punto considerado.
F=N
q2=C
E=N/C
k=9x109 Nm2/C2
r=m
E=F/q2=(k)q2/r2
Ejemplo de problema de aplicación:
Calcular la intensidad del campo eléctrico de una carga de prueba de 3x10-8 C que
recibe una fuerza de 7.2x1 0-10 N.
E=F/q2=7.2x10-10 N/3x10-8 C=2.4 x 10-2 N/C
Energía potencial eléctrica: Se denomina al trabajo necesario para mover una
carga de un punto a otro dentro de un campo eléctrico.
Potencial eléctrico: Es el trabajo que se lleva a cabo dentro de un campo
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eléctrico para hacer pasar cargas eléctricas dentro del sistema.
Potencial en un punto: Es el trabajo suministrado sobre la unidad de carga para
llevarla desde un punto de energía potencial cero hasta el punto considerado. Las
unidades de potencial eléctrico son: Volts (V).
W=J
V=V
q=C
V=W/q=q/r
En los modelos relativistas actuales, el campo eléctrico se incorpora, junto con
el campo magnético, en campo tensorial cuadridimensional, denominado campo
electromagnético.
Los campos eléctricos pueden tener su origen tanto en cargas eléctricas como
en campos magnéticos variables. Las primeras descripciones de los fenómenos
eléctricos, como la ley de Coulomb, solo tenían en cuenta las cargas eléctricas,
pero las investigaciones de Michael Faraday y los estudios posteriores de James
Clerk Maxwell permitieron establecer las leyes completas en las que también se
tiene en cuenta la variación del campo magnético.
Esta definición general indica que el campo no es directamente medible, sino que
lo que es observable es su efecto sobre alguna carga colocada en su seno. La
idea de campo eléctrico fue propuesta por Faraday al demostrar el principio
de inducción electromagnética en el año 1832.
La unidad del campo eléctrico en el SI es Newton por Culombio (N/C), Voltio por
metro (V/m) o, en unidades básicas, kg·m·s−3·A−1 y la ecuación dimensional es
MLT-3I-1.
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¿Sabías qué las líneas eléctricas generan campos electromagnéticos de una
frecuencia extremadamente baja (50 Hz)? De hecho, el campo electromagnético
de los tendidos en alta tensión es menor que la de electrodomésticos de uso
común como la televisión, el móvil o el microondas.
Los niveles que genera la Red Eléctrica se mantienen por debajo de los
recomendados por el Consejo de la Unión Europea gracias a las medidas
preventivas que se aplican en el diseño de las instalaciones.
CAMPO MAGNÉTICO
Te explicamos qué es un campo magnético, cómo se produce y cuáles son sus
características. Además te contamos sobre el campo magnético terrestre.
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Los campos magnéticos son dipolares, poseen un polo Norte y un polo Sur.
Se llama campo magnético a un espacio en la cual tienen lugar fenómenos
magnéticos debido a la influencia de un cuerpo con propiedades magnéticas, sea
el caso de un imán o un material ferromagnético imantado.
El campo magnético en la física se define también como una magnitud
vectorial que da cuenta de la intensidad magnética, es decir, que expresa el
fenómeno de la atracción entre un imán y determinados materiales (cobalto y
hierro). Dichos imanes pueden ser de diferentes tipos de materiales, y tienen
siempre un polo norte y un polo sur.
El campo magnético no se trata de la fuerza en sí, sino de un espacio en el que
esa fuerza se ejerce como resultado del movimiento de cargas eléctricas. En él
actúan fuerzas sobre partículas cargadas en movimiento, lo que le da su carácter
vectorial.
El campo magnético se representa por el trazado de unas líneas imaginarias,
las cuales reciben el nombre de líneas de fuerza magnética o líneas del campo
magnético.
Un campo magnético es la representación matemática del modo en que las
fuerzas magnéticas se distribuyen en el espacio que circunda a una fuente
magnética. Esta fuente puede ser un imán, una carga en movimiento o una
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corriente eléctrica (muchas cargas en movimiento). Siempre que exista alguno
de estos elementos, habrá un campo magnético a su alrededor, es decir, un
campo de fuerzas magnéticas. Fuera de este campo no hay efectos
magnéticos.
Una característica fundamental de los campos magnéticos es que son dipolares:
poseen un polo Norte y un polo Sur, a los que también se les dice polo positivo
y polo negativo. A diferencia de los campos eléctricos que pueden generarse
por cargas eléctricas (como un electrón), no existen “cargas magnéticas” que
generen campos magnéticos. Siempre tienen asociados dos polos. Como
consecuencia, las líneas del campo magnético son siempre cerradas, como en
el caso del imán: salen del polo norte y llegan al polo sur.
Característica del campo magnético
Tiene un polo norte y un polo sur.
Los polos opuestos se atraen y los polos iguales se repelen.
Se puede generar a partir de corrientes eléctricas en movimiento o de
imanes.
Cuanto más cerca esté un campo magnético del punto de origen, mayor
será su intensidad.
Su propagación ocurre a la velocidad de la luz.
Se representa con las llamadas líneas de campo magnético.
Líneas del campo magnético
La presencia de un imán altera el espacio que lo rodea y obliga a que se
acomoden las limaduras de hierro siguiendo un patrón específico, es decir, obliga
a que estas se alineen.
Esta alineación no es azarosa sino que ocurre en dirección al campo magnético, lo
que da lugar al registro de un espectro magnético.
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Los extremos donde tales líneas se unen reciben el nombre de polos magnéticos.
Las líneas externas del imán se registran de polo norte a polo sur, mientras que
las internas lo hacen de polo sur a polo norte. Esto da lugar a líneas cerradas.
Las líneas del campo magnético nunca se cruzan entre ellas.
El vector B tiene el mismo sentido de la línea de campo de cada punto y es
tangente a la misma. Su intensidad será mayor en el punto donde las líneas de
concentren.
Unidades del campo magnético
En el Sistema Internacional, la unidad de campo magnético se denomina Tesla y
se abrevia con el signo T. Un Tesla es igual a un weber por metro cuadrado.
El campo magnético, en tanto cantidad vectorial, se representa con el siguiente
signo:
La intensidad del campo magnético se representa con el signo H y se expresa o
se mide en amperios por metro.
La fuerza del campo magnético se representa con la letra F, cuya unidad de
medida es el newton (N).
Por su parte, la masa del polo magnético se representa con la letra m.
Intensidad del campo magnético
Se llama intensidad del campo magnético a la fuerza que es ejercida en el campo
sobre la unidad del polo Norte, aplicado en un punto. Para calcular la intensidad
del campo magnético se aplica la siguiente fórmula: H = F/m.
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Origendeuncampomagnético
Para que exista un campo magnético debe existir una fuente de energía
magnética (como un imán), una carga en movimiento o una corriente eléctrica.
Estos elementos son los únicos capaces de crear un campo magnético y los
únicos que pueden ser afectados por él.
Una carga eléctrica (como un electrón moviéndose en el espacio) genera a su
alrededor un campo magnético que ejercerá una fuerza sobre otra carga en
movimiento. Lo mismo sucede con las corrientes eléctricas.
El caso de los imanes es particular porque no hay cargas en movimiento
involucradas, sino que estos materiales generan un campo magnético debido a
ciertos fenómenos microscópicos de cierta complejidad.
Según lo describen la Ley de Ampére y las ecuaciones de Maxwell, campos
magnéticos y campos eléctricos suelen existir juntos en la naturaleza. Ciertos
cambios en el tiempo de un campo magnético producen campos eléctricos. Un
buen ejemplo de la coexistencia de estos dos campos son las radiaciones
electromagnéticas, como la luz. La presencia de campos magnéticos puede
comprobarse empleando un aparato conocido como magnetómetro.
Tiposdecampomagnético
Un electroimán se genera por el desplazamiento de las cargas de una corriente eléctrica.
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Los campos magnéticos se pueden clasificar de acuerdo a su fuente de creación:
Campos magnéticos provenientes de un imán. Los imanes son materiales que
tienen la particularidad de poseer un campo magnético permanente, creado por lo
que en física se conoce como el spin de los electrones (puede entenderse
pensándolo como un giro sobre sí mismos). Por otro lado, hay metales que pueden
“convertirse” en imanes cuando son magnetizados por medio de un campo
magnético externo.
Campos magnéticos provenientes de corriente. Toda carga en movimiento
produce un campo magnético. Por eso, una corriente eléctrica también produce un
campo magnético. Por ejemplo: los electroimanes (como el de la figura superior)
son dispositivos en los que por medio de una batería se hace circular corriente por
un cable enrollado en un metal. Esta corriente genera un campo magnético a su
alrededor que magnetiza el metal y generando otro campo magnético. Así, los
electroimanes se utilizan para generar campos magnéticos variables ya que
cambiando la corriente, cambia el campo magnético
Direccióndeuncampomagnético
Las líneas del campo magnético nos indican su dirección.
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La dirección de un campo magnético se puede describir empleando líneas
o vectores, encargados de señalar la dirección hacia donde apuntan las fuerzas
magnéticas. En la figura de arriba se pueden ver claramente las líneas del
campo magnético generado por el imán, que indican la dirección de la fuerza
con la que el imán interactúa con las partículas metálicas.
El hecho de que el campo magnético posea dirección, implica que es un vector.
Cualquier fuerza es una cantidad vectorial, es decir, representa una magnitud
que posee una dirección y un sentido, como por ejemplo la velocidad. Como el
campo magnético es proporcional a la fuerza magnética, entonces también es
una cantidad vectorial. De hecho, resulta interesante notar que la fuerza
magnética que siente una partícula en movimiento inmersa en un campo
magnético es siempre perpendicular a la dirección de dicho campo y de su
propia velocidad.
Campomagnéticoterrestre
El campo magnético terrestre desvía a las radiaciones provenientes del Sol.
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Nuestro planeta posee un campo magnético natural, también llamado campo
geomagnético. En el centro de la Tierra hay hierro fundido (por las altas
temperaturas). Debido a la rotación terrestre, este líquido metálico está en
constante movimiento, formando una corriente eléctrica (al moverse el metal, se
mueven los electrones que lo componen). Esta corriente es la que produce el
campo magnético terrestre que es tan intenso que escapa de la superficie de la
Tierra.
El campo magnético terrestre cumple un rol importantísimo ya que desvía
radiaciones muy peligrosas para los seres vivos provenientes del Sol. Sin el
campo magnético terrestre, la atmósfera sería destruida por rayos cósmicos.
Con este campo interactúan las brújulas que empleamos para la navegación: su
aguja magnetizada se alinea siempre con el campo magnético terrestre
indicando el norte. Además, muchos animales migratorios utilizan el campo
magnético del planeta para orientarse y movilizarse siempre en las mismas
direcciones durante períodos específicos del año.
Símbolo internacional de advertencia de campo magnético intenso (usado cualquiera sea
su origen).
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Comparación de B, H y M dentro y fuera de un imán de barra cilíndrico.
Un campo magnético es una descripción matemática de la influencia magnética de
las corrientes eléctricas y de los materiales magnéticos. El campo magnético en
cualquier punto está especificado por dos valores, la dirección y la magnitud; de tal
forma que es un campo vectorial. Específicamente, el campo magnético es
un vector axial, como lo son los mecánicos y los campos rotacionales. El campo
magnético es más comúnmente definido en términos de la fuerza de
Lorentz ejercida en cargas eléctricas.
El término se usa para dos campos distintos pero estrechamente relacionados,
indicados por los símbolos B y H, donde, en el Sistema Internacional de
Unidades, H se mide en unidades de amperios por metro y B se mide
en teslas o newtons por metro entre amperio. En un vacío, H y B son lo mismo
aparte de las unidades; pero en un material con magnetización (denotado por el
símbolo M), B es solenoidal (no tiene divergencia en su dependencia espacial)
mientras que H es no rotacional (libre de ondulaciones).
Los campos magnéticos se producen por cualquier carga eléctrica producida por
los electrones en movimiento y el momento magnético intrínseco de las partículas
elementales asociadas con una propiedad cuántica fundamental, su espín. En
la relatividad especial, campos eléctricos y magnéticos son dos aspectos
interrelacionados de un objeto, llamado el tensor electromagnético. Las fuerzas
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magnéticas dan información sobre la carga que lleva un material a través
del efecto Hall. La interacción de los campos magnéticos en dispositivos eléctricos
tales como transformadores es estudiada en la disciplina de circuitos magnéticos.
Historia
Si bien algunos materiales magnéticos han sido conocidos desde la antigüedad,
como por ejemplo el poder de atracción que la magnetita ejerce sobre el hierro, no
fue sino hasta el siglo XIX cuando la relación entre la electricidad y el magnetismo
quedó plasmada, pasando ambos campos de ser diferenciados a formar el cuerpo
de lo que se conoce como electromagnetismo.
Hans Christian Ørsted, Der Geist in der Natur, 1854
Antes de 1820, el único magnetismo conocido era el del hierro. Esto cambió con
un profesor de ciencias poco conocido de la Universidad de
Copenhague, Dinamarca, Hans Christian Oersted. En 1820 Oersted preparó en su
casa una demostración científica a sus amigos y estudiantes. Planeó demostrar el
calentamiento de un hilo por una corriente eléctrica y también llevar a cabo
demostraciones sobre el magnetismo, para lo cual dispuso de una aguja de brújula
montada sobre una peana de madera.
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Mientras llevaba a cabo su demostración eléctrica, Oersted notó para su sorpresa
que cada vez que se conectaba la corriente eléctrica, se movía la aguja de la
brújula. Se calló y finalizó las demostraciones, pero en los meses sucesivos
trabajó duro intentando explicarse el nuevo fenómeno. ¡Pero no pudo! La aguja no
era ni atraída ni repelida por la corriente. En vez de eso tendía a quedarse
en ángulo recto. Hoy sabemos que esto es una prueba fehaciente de la relación
intrínseca entre el campo magnético y el campo eléctrico plasmada en
las ecuaciones de Maxwell.
Como ejemplo para ver la naturaleza un poco distinta del campo magnético basta
considerar el intento de separar el polo de un imán. Aunque rompamos un imán
por la mitad este "reproduce" sus dos polos. Si ahora volvemos a partir otra vez en
dos, nuevamente tendremos cada trozo con los polos norte y sur diferenciados. En
magnetismo no se han observado los monopolos magnéticos.
Fuerza de Lorentz
Al contrario que en los campos eléctricos, una partícula cargada que se
encuentre en reposo en el interior de un campo magnético no sufre la acción de
ninguna fuerza. Otra caso bien distinto se produce cuando la partícula se
encuentre en movimiento, ya que por el contrario, en este caso, la partícula sí que
experimentará la acción de una fuerza magnética que recibe el nombre de fuerza
de Lorentz.
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Por tanto, los campos magnéticos son generados por cargas en movimiento y sólo
ejercen una acción sobre cargas eléctricas que se encuentran en movimiento.
La ley de Lorentz establece que una partícula cargada q que circula a una
velocidad v→ por un punto en el que existe una intensidad de campo
magnético B→, sufrirá la acción de una fuerza F→ denominada fuerza de
Lorentz cuyo valor es proporcional al valor de q, B→ y v→ se obtiene por medio
de la siguiente expresión:
F→=q·v→×B→
El nombre de campo magnético o intensidad del campo magnético se aplica a
dos magnitudes:
La excitación magnética o campo H es la primera de ellas, desde el punto
de vista histórico, y se representa con H.
La inducción magnética o campo B, que en la actualidad se considera el
auténtico campo magnético, y se representa con B.
Desde un punto de vista físico, ambos son equivalentes en el vacío, salvo en una
constante de proporcionalidad (permeabilidad) que depende del sistema de
unidades: 1 en el sistema de Gauss, en el SI. Solo se diferencian en medios
materiales con el fenómeno de la magnetización.
Uso
El campo H se ha considerado tradicionalmente el campo principal o intensidad de
campo magnético, ya que se puede relacionar con unas cargas, masas o polos
magnéticos por medio de una ley similar a la de Coulomb para la electricidad.
Maxwell, por ejemplo, utilizó este enfoque, aunque aclarando que esas cargas
eran ficticias. Con ello, no solo se parte de leyes similares en los campos
eléctricos y magnéticos (incluyendo la posibilidad de definir un potencial escalar
magnético), sino que en medios materiales, con la equiparación matemática
de H con E, por un lado, y de B con D, por otro, se pueden establecer
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paralelismos útiles en las condiciones de contorno y las relaciones
termodinámicas; las fórmulas correspondientes en el sistema electromagnético de
Gauss son:
Fuentes del campo magnético
Limaduras de hierro mostrando el campo magnético de un imán de barra producido por un
imán debajo del papel.
Un campo magnético tiene dos fuentes que lo originan. Una de ellas es
una corriente eléctrica de conducción, que da lugar a un campo magnético
estático, si es constante. Por otro lado una corriente de desplazamiento origina un
campo magnético variante en el tiempo, incluso aunque aquella sea estacionaria.
La relación entre el campo magnético y una corriente eléctrica está dada por la ley
de Ampére. El caso más general, que incluye a la corriente de desplazamiento, lo
da la ley de Ampére-Maxwell.
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Ilustración de un campo magnético alrededor de un alambre a través del cual
fluye corriente eléctrica.
Como se puede ver en el dibujo, independientemente de que la carga en
movimiento sea positiva o negativa, en el punto A nunca aparece campo
magnético; sin embargo, en los puntos B y C el campo magnético invierte su
dirección dependiendo de si la carga es positiva o negativa. La dirección del
campo magnético viene dado por la regla de la mano derecha, siendo las pautas
las siguientes:
En primer lugar se imagina un vector qv, en la misma dirección de la
trayectoria de la carga en movimiento. La dirección de este vector depende
del signo de la carga, esto es, si la carga es positiva y se mueve hacia la
derecha, el vector +qv estará orientado hacia la derecha. No obstante, si la
carga es negativa y se mueve hacia la derecha, el vector es -qv va hacia la
izquierda;
a continuación, vamos señalando con los cuatro dedos de la mano
derecha (índice, medio, anular y meñique), desde el primer vector qv hasta
el segundo vector Ur, por el camino más corto o, lo que es lo mismo, el
camino que forme el ángulo menor entre los dos vectores. El pulgar
extendido indicará en ese punto la dirección del campo magnético.
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CONCLUSIÓN
Campos eléctricos tienen su origen en diferencias de voltaje: entre más elevado
sea el voltaje, más fuerte será el campo que resulta. Campos magnéticos tienen
su origen en las corrientes eléctricas: una corriente más fuerte resulta en un
campo más fuerte. Un campo eléctrico existe aunque 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.
En el medio en que vivimos, hay campos eléctricos y magnéticos 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. Por su parte el campo magnético terrestre provoca la
orientación de las agujas de las brújulas en dirección Norte-Sur y los pájaros y los
peces lo utilizan para orientarse.
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 electromagnéticos de 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.
La longitud de onda y la frecuencia determinan otra característica importante de
los campos eléctricos y magnéticos. Las ondas electromagnéticas son
transportadas por partículas llamadas cuantos de luz. Los cuantos de luz de ondas
con frecuencias más altas (longitudes de onda más cortas) transportan más
energía que los de las ondas de menor frecuencia (longitudes de onda más
largas). Algunas ondas electromagnéticas transportan tanta energía por cuanto de
luz que son capaces de romper los enlaces entre las moléculas. De las
radiaciones que componen el espectro electromagnético, los rayos gamma que
emiten los materiales radioactivos, los rayos cósmicos y los rayos X tienen esta
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capacidad y se conocen como «radiación ionizante». Las radiaciones compuestas
por cuantos de luz sin energía suficiente para romper los enlaces moleculares se
conocen como «radiación no ionizante». Las fuentes de campos
electromagnéticos generadas por el hombre que constituyen una parte
fundamental de las sociedades industriales (la electricidad, las microondas y los
campos de radiofrecuencia) están en el extremo del espectro electromagnético
correspondiente a longitudes de onda relativamente largas y frecuencias bajas y
sus cuantos no son capaces de romper enlaces químicos.
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 el suelo, 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
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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.
Los campos magnéticos se generan únicamente cuando fluye la corriente
eléctrica. En este caso, coexisten en el entorno del aparato eléctrico campos
magnéticos y eléctricos. Cuanto mayor es la intensidad de la corriente, mayor
es la intensidad del campo magnético.
Todos los materiales dieléctricos son aislantes, pero no todos los materiales
aislantes son dieléctricos. Este material si es sometido a un campo eléctrico
externo, puede establecerse en él un campo eléctrico interno, a diferencia de
los materiales aislantes con los que suelen confundirse. Se denomina
dieléctrico al material mal conductor de electricidad, por lo que puede ser
utilizado como aislante eléctrico.
Los materiales magnéticos son aquellos que poseen naturalmente propiedades
de atracción o repulsión sobre otros materiales. Esta fuerza, conocida
como magnetismo o fuerza magnética, es uno de los dos componentes de la
radiación electromagnética y se produce por la alineación particular de los
electrones en la materia, generando un campo magnético llamado dipolo (con
un polo positivo y uno negativo).
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BIBLIOGRAFÍA
MATERIALES MAGNETICOS COTEC. Primera edición: Marzo 2003.
Ley de Gauss - Wikipedia, la enciclopedia librees.wikipedia.org
Dielectricoses.slideshare.net
Significado de Campo magnético (Qué es, Concepto y Definición)
Significadoswww.significados.com
La ley de Coulombwww.sc.ehu.es
Ley de Coulomb - EcuRedwww.ecured.cu
Carga y Campo Eléctricoswww.etitudela.com
Física: principios de electricidad y magnetismo - COREReadercore.ac.uk
Campo Magnéticowww.experimentoscientificos.es
Campos eléctricos y magnéticos | Red Eléctrica de Españawww.ree.es
Ejemplo de Campo eléctricowww.ejemplode.com