MAGNETISMO II

LÍNEAS DE FUERZA MAGNÉTICAS

La Figura 1 es reproducción de una fotografía. En ella se representa un curioso experimento. Un brazo descansa sobre los 6 polos de un electroimán y toda una serie de clavos grandes se mantienen de pie en él como si fueran cerdas. El brazo no siente en absoluto la acción de las fuerzas magnéticas; sus hilos invisibles pasan a través de él sin revelar su presencia. Pero los clavos de hierro se someten sumisamente a su acción y se colocan en un orden determinado, poniendo de manifiesto la dirección de las fuerzas magnéticas.

Figura 1. Las fuerzas magnéticas pasan a través del brazo.

El hombre no posee ningún órgano sensible a los campos magnéticos, por lo tanto, lo único que podemos hacer es imaginarnos las fuerzas que rodean a los imanes^[1]. Sin embargo, no es difícil descubrir indirectamente cómo se distribuyen estas fuerzas. Lo mejor para conseguir esto es emplear limaduras de hierro. Estas limaduras se echan, formando una capa uniforme, sobre un trozo de cartulina lisa (o sobre una lámina de vidrio), debajo de ella se coloca un imán ordinario y se agitan suavemente las limaduras dándole unos golpecitos a la cartulina. Las fuerzas magnéticas pasan sin dificultad a través de la cartulina o del vidrio y las limaduras de hierro se imantan; por eso, cuando golpeamos la cartulina, se separan por un instante de su superficie y pueden girar influidas por las fuerzas magnéticas y tomar la posición que en cada punto dado tomaría una aguja magnética, es decir, se orientan siguiendo las "líneas de fuerza" magnéticas. Como resultado, se obtiene que las limaduras forman filas que ponen de manifiesto la distribución de las líneas de fuerza invisibles.

Figura 2. Distribución de las limaduras de hierro en un cartón puesto sobre los polos 

Cuando colocamos sobre el imán nuestra cartulina con las limaduras y la agitamos, obtenemos el cuadro que muestra la Figura 2. Las fuerzas magnéticas crean un sistema complejo de líneas curvas. Puede verse cómo salen radialmente de cada polo del imán y cómo las limaduras se unen entre sí formando arcos más o menos largos entre ambos polos. Estas limaduras de hierro muestran de una manera gráfica lo que el físico ve ante sí mentalmente y que de forma invisible existe alrededor de cada imán. Las líneas formadas por las limaduras son tanto más densas y bien definidas cuanto más cerca están de un polo; por el contrario, se enrarecen y pierden nitidez a medida que se alejan de él.

Figura 2. Distribución de las limaduras de hierro en un cartón puesto sobre los polos 

MAGNETISMO

                                                 EL PROBLEMA DE LA BRÚJULA

Estamos acostumbrados a pensar que la aguja magnética siempre señala con uno de sus extremos hacia el norte y con el otro hacia el sur. Por esto parece absurda la pregunta que sigue:

¿En qué sitio de la esfera terrestre los dos extremos de la aguja magnética señalan al norte?

Y más disparatada aún resulta esta otra:

¿En qué sitio de la Tierra los dos extremos de la aguja magnética señalan hacia el sur?

El lector estará dispuesto a decir que en nuestro planeta ni existen ni pueden existir estos sitios. Pero sí, existen.

Recuerde usted que los polos magnéticos de la Tierra no coinciden con los geográficos y se dará cuenta de cuáles son los sitios a que se refieren las preguntas. ¿Hacia dónde señalará la aguja magnética situada en el polo sur geográfico? Uno de sus extremos señalará hacia el polo magnético más próximo y el otro en sentido contrario. Pero estando en el polo sur geográfico, cualquiera que sea la dirección que tomemos siempre iremos hacia el norte,puesto que en el polo sur geográfico no hay otra dirección, en torno a él todo es norte. Por lo tanto, la aguja magnética que se encuentre allí señalará con sus dos extremos hacia el norte.

Lo mismo ocurrirá con la aguja magnética que se sitúe en el polo norte geográfico, cuyos dos extremos señalarán al sur.

POTENCIAL ELÉCTRICO

ENERGÍA POTENCIAL ELÉCTRICA

A esta energía se le llama energía potencial porque en su estado almacenado tiene el potencial de realizar un trabajo. Por ejemplo: entre mas alto se encuentre un objeto, mayor es la energía potencial que tiene, pues existe mas distancia con respecto al suelo. Al dejar un objeto en libertad, este se mueve hacia al suelo y disminuye su energía potencial pero aumenta su energía cinética.

Al poner una carga e prueba (recuerda que estas son positivas y su carga es muy pequeña) esta se moverá hacia la carga negativa, y aumentara se energía cinética, pero disminuirá su energía potencial eléctrica, cuanto más lejos se ubiquen la carga de prueba con respecto a la carga negativa, mayor capacidad tiene el campo eléctrico de realizar trabajo. Por tanto, mayor será la capacidad de la carga para desarrollar energía cinética.

POTENCIAL ELÉCTRICO

Cuando se trabaja con partículas cargadas en campos eléctricos, es más conveniente considerar la energía potencial por unidad de carga, a este concepto se le llama potencia eléctrico.

<< El potencial en un punto del campo eléctrico es la energía potencial de la unidad de carga positiva en ese punto >>

El potencial eléctrico se expresa como:

V=Ep/q

La unidad del potencial eléctrico en el S.I. es el voltio (V), que equivale a un julio por culombio (J/C). Un voltio representa el potencial que existe en un punto en el que, al colocar una carga de un culombio, adquiere una energía potencial de un julio.

El potencial eléctrico es una magnitud escalar, cuyo valor depende de la posición del punto considerado. Por lo tanto, si consideramos 2 puntos A y B en un campo eléctrico, sus respectivos potenciales serán:

VA= EPA/q  y  VB= EPB/q

La diferencia de potencial entre los puntos A y B cuyo potencial en cada punto es VA y VB respectivamente, se expresa como:

▲V= VA - VB

Si una carga positiva se mueve en la dirección el campo eléctrico, quiere decir que la carga pierde energía potencial y siempre va de un punto de mayor potencial a una de menor potencial, por lo tanto, se dice que hay una caída de potencial.

CAMPO ELÉCTRICO IV

    CAMPO ELÉCTRICO UNIFORME

Un campo eléctrico es uniforme si en cualquier punto del campo su dirección e intensidad es la misma.

El campo eléctrico entre dos placas es uniforme excepto en los extremos de las placas, debido a que en dichos extremos las líneas de fuerza se curvan.

La diferencia de potencial entre las placas se relaciona con la variación de la energía potencial eléctrica y con la carga mediante la expresión:

                                               ▲V= ▲E_P/q

·         BLINDAJE ELECTROSTÁTICO

Cuando un conductor electrizado se encuentra en equilibrio electrostático, el campo eléctrico es nulo en todos sus puntos internos. Si dicho conductor presenta una cavidad interna, las cargas eléctricas se reorganizan rápidamente en la superficie externa del conductor, con el fin de anular el campo eléctrico en todos los puntos internos.

Los conductores huecos se emplean para proteger artefactos de los afectos eléctricos; para ello, se encierran dentro de una cubierta metálica, de  modo que se produce un blindaje electrostático, este fenómeno se puede comprobar por medio de la jaula de faraday.

  EL GENERADOR DE VAN DER GRAFF

El generador es una maquina electrostática creada por el físico norteamericano Robert Van der Graff en 1930, esta máquina consiste en una banda de caucho que pasa por 2 poleas, una de las cuales se encuentra impulsada por un motor que le imprime rotación. Al moverse, la banda de caucho es electrizada por un conjunto de agujas metálicas parecidas a las de un cepillo, las cuales mantienen un potencial negativo con relación a la tierra. El generador de Van der Graff es empleado para acelerar partículas subatómicas en los laboratorios de investigación.

CAMPO ELÉCTRICO III

INTENSIDAD DEL CAMPO ELÉCTRICO

Toda carga (llamada fuente) da lugar a fuerzas sobre cargas ubicadas en su proximidad. Es válido suponer que el espacio que rodea a cualquier carga fuente se caracteriza por el hecho de que cualquier carga puesta próxima a ella estará sometida a una fuerza eléctrica. Para determinar un campo eléctrico se utiliza una magnitud física denominada intensidad del campo eléctrico.

‘’la intensidad del campo eléctrico (E) en un punto dado es el cociente entre la fuerza (F) que el campo ejerce sobre una carga de prueba situada en ese punto y el valor (q) de dicha carga’’.

 La unidad del campo eléctrico en el S.I. es el newton por el culombio (N/C)

Como la fuerza es un vector, el campo eléctrico también lo es. El valor del vector campo eléctrico es igual a la fuerza que en dicho punto experimenta una carga eléctrica positiva.

CAMPO ELÉCTRICO II

LAS LINEAS DE FUERZA

Las líneas de fuerza son las líneas que utilizan para representar gráficamente un campo eléctrico, las cuales son tangentes, en cada punto, a la intensidad del campo.

Un campo electrostático se puede apreciar el valor de su intensidad en una zona o un punto determinado por la intensidad de líneas, en las zonas de mayor intensidad, la densidad de líneas es mayor (las líneas están más juntas) que en las zonas de menor intensidad (las líneas están más separadas)

Las líneas de fuerza de un campo eléctrico se pueden materializar, al producir campos eléctricos intensos.

  Una importante característica de las líneas de fuerza, que consiste en que ninguna de estas líneas podrá cruzarse, ya que en cada punto existe una única dirección para el campo eléctrico y, en consecuencias, por cada punto pasa una única línea de fuerza.

CAMPO Y POTENCIAL ELECTRICO

CAMPO ELÉCTRICO

Se sabe que la fuerza eléctrica es una fuerza a distancia y que los objetos cargados se consideran como cargas puntuales, cuya norma está determinada por la ley de coulomb. Lo anterior se ha presentado bajo un punto de vista newtoniano.

Cuando se habla de campo, pasamos a otra forma de concebir   el fenómeno eléctrico. En presencia de una carga, el espacio se enrarece o cambia, de tal manera que si colocamos pequeñas cargas siguen una dirección determinada, Esta deformación o alteración del espacio se denomina campo eléctrico.

·       A mayor carga mayor es la deformación o alteración del espacio que rodea el objeto eléctricamente cargado.

  Michael faraday fue quien introdujo el termino de campo eléctrico para referirse a la influencia que ejerce un objeto cargado eléctricamente sobre un espacio que lo rodea.è