Magnetismo e Inducción Electromagnética
1. ¿Desde cuándo el hombre conoce las propiedades magnéticas del hierro?
Tales de Mileto, hacia el 550 A.C., describió las propiedades de este mineral. El estudio de los fenómenos magnéticos estuvo limitado durante mucho tiempo a los imanes obtenidos de esta forma. Sin embargo, el desarrollo científico y tecnológico permitió aprovechar el magnetismo en interesantes aplicaciones.
2. ¿Qué relación hay entre el campo magnético y la corriente eléctrica?
Una corriente eléctrica genera a su alrededor un campo magnético. La intensidad de dicho campo depende de la intensidad de la corriente que circula en el circuito.
3. Definir inducción magnética.
El campo magnético se caracteriza mediante la magnitud vectorial denominada inducción magnética, que se mide en tesla (T). Cuando se acercan polos diferentes, se produce una gran concentración de las líneas de campo magnético que unen los extremos de los imanes. En cambio, cuando están próximos polos iguales, las líneas de campo no unen los extremos de los imanes, por efecto de la repulsión.
4. Explicar y analizar la ley de Lorentz.
La fuerza magnética es una fuerza a distancia, al igual que la fuerza gravitatoria y la eléctrica, aunque su descripción es más complicada. Una carga Q que se mueve a velocidad V en un campo magnético B experimenta una fuerza perpendicular al campo y a la velocidad. Este comportamiento se puede simbolizar matemáticamente mediante el llamado producto vectorial.
Fórmulas: F = q * v * B
Estas expresiones ponen de manifiesto que:
- Una carga en reposo (v=0) no experimenta fuerza magnética con respecto al campo B.
- Si la velocidad está en la misma dirección que el campo (α=0), entonces la carga no experimenta fuerza magnética.
- La carga experimentará la máxima intensidad de fuerza magnética cuando se mueva en dirección perpendicular.
- La fuerza es siempre perpendicular al desplazamiento de la carga, por tal motivo.
- Como la fuerza magnética es perpendicular al desplazamiento, nunca realiza trabajo sobre una carga en movimiento.
5. Explicar la regla de la mano izquierda.
Los físicos determinan la dirección de la fuerza ejercida sobre una carga en un campo magnético usando la regla de la mano izquierda. Formando un ángulo recto, cada dedo indica un vector: el índice representa la dirección del campo, el dedo mayor representa la velocidad de la partícula y, entonces, el pulgar representa la fuerza (sobre una carga positiva).
6. Definir qué es el Tesla.
Unidad de campo magnético. Es la intensidad del campo magnético que produce una fuerza de 1 N, cuando circula una corriente de 1 A por un conductor de 1 m de largo.
7. Desarrollar y analizar el flujo del campo magnético.
Flujo del campo magnético: es una medida de la cantidad de líneas de campo magnético que atraviesan una superficie unitaria (de 1 cm2 o 1 mm2), indica la concentración de campo magnético en una superficie dada.
8. Explicar la ley de Faraday o Ley de la inducción electromagnética.
Faraday logró demostrar que la FEM inducida en una espira es proporcional a la variación temporal del flujo del campo magnético a través de la superficie que encierra. A esto se lo conoce como Ley de Faraday o Ley de la Inducción Electromagnética.
Fórmula: fem = -dΦ/dt
En el caso de una bobina de N espiras, el flujo de una sola espira se multiplica N veces; entonces, la FEM inducida por un cambio temporal del flujo será:
Fórmula: fem = -N * dΦ/dt
9. Analizar la ley de Lenz.
El físico ruso Heinrich Lenz descubrió que el sentido de una FEM inducida es tal que se opone a la causa que la produce. La ley de Lenz predice cuál será el sentido de la corriente inducida.
10. ¿En qué se basa el funcionamiento de los micrófonos y parlantes?
La corriente cambiante que un aparato eléctrico hace circular por una bobina puede usarse para hacer bailar un imán al ritmo de esa corriente.
En esto se basa el funcionamiento de un parlante: una membrana pegada al imán que se mueve, impulsa al aire cuando vibra y traduce sus vibraciones a sonido. La corriente que hace mover al imán está modelada por la señal musical. De esta manera, se puede reproducir música grabada.
11. ¿Cómo se puede obtener en forma sencilla un generador eléctrico?
Un generador eléctrico consiste en hacer girar una bobina dentro de un campo magnético uniforme. De acuerdo con la ley de Faraday, al girar la bobina se inducirá una FEM, ya que en diferentes instantes tendrá flujos magnéticos diferentes.
12. ¿Qué entiende por motor eléctrico?
Un motor eléctrico transforma energía eléctrica en energía cinética. Su estructura básica es sencilla: cuando se hace pasar corriente por la bobina, se genera un campo magnético que interactúa con el imán, atrayéndola y provocando su giro. Un mecanismo interno del motor hace que cuando la bobina da media vuelta, se invierte el sentido de la corriente.
13. Analizar el funcionamiento de los transformadores.
En Argentina, la red de alimentación eléctrica provee una diferencia de potencial (voltaje) de 220 V. Este voltaje no puede ser utilizado por cualquier artefacto eléctrico. La solución para este tipo de problema es utilizar un transformador, dispositivo que convierte el voltaje proveniente de los generadores eléctricos.
14. ¿Qué son los rectificadores?
Los rectificadores son dispositivos electrónicos que convierten la corriente alterna en continua mediante el uso de diodos y capacitores.