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ELECTROIMANES Y ELECTROMAGNETISMO

PERTENECE A: NATHALIA MENDIETA

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUILFACULTAD DE CIENCIAS MATEMTICAS Y FSICASCARRERA DE INGENIERIA EN SISTEMAS COMPUTACIONALESGUAYAQUIL-ECUADOR2015

*PARALELO: S1C*PROFESOR: ING. SOL LOPEZDOMINGUEZContenidoINTRODUCCION5OBEJTIVO GENERAL6OBJETIVOS ESPECIFICOS6ELECTROIMAN7ELECTROIMAN E IMAN PERMANENTE9FUERZAS SOBRE LOS MATERIALES FERROMAGNETICOS10REDUCTANCIA12DISPOSITIVOS QUE USAN ELECTROIMANES12MAGNETISMO15ELECTROMAGNETISMO15LA FUERZA ELECTROMAGNETICA16VARIABLE Y MAGNITUDES17INDUCCION ELECTROMAGNETICA18OBSERVACIONES DE OERSTED, FARADAY Y HENRY18LEY DE FARADAY- HENRY- LENZ18AUTOINDUCCION19INDUCION MUTUA19CONSIDERACION GENERAL (AUTOINDUCCION E INDUCCION MUTUA)20CONCLUSION21BIBLIOGRAFIA22

TABLA DE FIGURAS

Ilustracin 1: Electroimn7Ilustracin 2: Fuerza aplicada8Ilustracin 3: Tubos de rayos catdicos13Ilustracin 4: Espectrmetro de masas13Ilustracin 5: Frenos magnticos14Ilustracin 6: Electroimanes en gras14Ilustracin 7: Motores elctricos14Ilustracin 8: Electromagnetismo15

INTRODUCCION

A travs de esta investigacin daremos a conocer sobre los electroimanes y electromagnetismo, daremos a conocer ms a fondo sobre las ventajas, desventajas, usos y dispositivos que contienen a los electroimanes. Mientras que en el electromagnetismo trataremos sobre su comportamiento en el campo magntico y elctrico y sobre las leyes que aplica.

OBEJTIVO GENERALDemostrar la relacin existente entre la electricidad y el magnetismo por medio de la induccin electromagntica y el electroimnOBJETIVOS ESPECIFICOS Aprender sobre los comportamientos bsicos de la electricidad. Explicar sobre la ley de Faraday- Henry- Lenz Conocer sobre los elementos que comprenden a los electroimanes Comprender la relacin que hay entre la electricidad y el magnetismo.

ELECTROIMAN

Un electroimn es un tipo particular de imn en el que el campo magntico se produce mediante el flujo de unacorriente elctrica, desapareciendo en cuanto cesa dicha corriente. Tal efecto se consigue mediante el contacto de dos metales; uno en estado neutro y otro formado por un cable enrollado sobre el primero y atravesado por dicha corriente.El tipo ms simple de electroimn es un simple trozo de alambre enrollado formando una bobina. Una bobina con forma de tubo recto de dos formas (parecido a un tornillo) se llama solenoide, y cuando adems se curva de forma que los extremos coincidan se denomina toroide. Pueden producirse campos magnticos mucho ms fuertes si se sita un ncleo de materialparamagntico o ferromagntico (normalmente hierro dulce) dentro de la bobina.

Al someter un material ferromagntico a un campo magntico intenso, los dominios tienden a alinearse con ste, de forma que aquellos dominios en los que los dipolos estn orientados con el mismo sentido y direccin que el campo magntico inductor aumentan su tamao. Este aumento de tamao se explica por las caractersticas de las paredes de Bloch, que avanzan en direccin a los dominios cuya direccin de los dipolos no coincide; dando lugar a un mono dominio. Al eliminar el campo, el dominio permanece durante cierto tiempo. El ncleo concentra el campo magntico, que puede entonces ser mucho ms fuerte que el de la propia bobina y dependiendo de la histresis del material, el campo permanecer ms o menos tiempo despus de cesar la corriente del electroimn.

La histresis es la tendencia de un material a conservar una de sus propiedades, en ausencia del estmulo que la ha generado. Se encuentra, por ejemplo, histresis magntica si al magnetizar un ferromagneto ste mantiene la seal magntica tras retirar el campo magntico que la ha inducido. Tambin se puede encontrar el fenmeno en otros comportamientos electromagnticos, o los elsticos.

Hay muchos materiales cristalinos que presentan ferromagnetismo como el hierro, cobalto, nquel, gadolinio, disprosio, as como compuestos de varios elementos tales como: MnAs,MnBi, MnSb, CrO2, MnOFe2O3, FeOFe2O3, NiOFe23, CuOFe2O3, MgOFe23, EuO, Y3Fe5O12.Los campos magnticos generados por bobinas, de cable se orientan segn la regla de la mano derecha.

Si los dedos de la mano derecha se cierran en torno a la direccin de la corriente que circula por la bobina, el pulgar indica la direccin del campo dentro de la misma. El lado del imn del que salen las lneas del campo se define como polo norte.Electroimn ELECTROIMANIlustracin 1: ElectroimnMano derechaIlustracin 2: Fuerza aplicada

Adems, dentro de la bobina se crearn corrientes inducidas cuando stas estn sometidas a un flujo variable. Estas corrientes son llamadas corrientes de Foucault y en general, son indeseables, puesto que calentarn el ncleo y aparecer una prdida de potencia en forma de calor.ELECTROIMAN E IMAN PERMANENTE

La principal ventaja de un electroimn sobre un imn permanente es que el campo magntico puede ser rpidamente manipulado en un amplio rango controlando la cantidad de corriente elctrica. Sin embargo, se necesitan unas fuentes continuas de energas elctricas para mantener el campo.

Cuando una corriente pasa por la bobina, pequeas regiones magnticas dentro del material, llamados dominios magnticos se alinean con el campo aplicado, haciendo que la fuerza del campo magntico aumente. Si la corriente se incrementa, todos los dominios terminarn alinendose, condicin que se denomina saturacin. Cuando el ncleo se satura, un mayor aumento de la corriente slo provocar un incremento relativamente pequeo del campo magntico. En algunos materiales, algunos dominios pueden realinearse por s mismo. En este caso, parte del campo magntico original persistir incluso despus de que se retire la corriente, haciendo que el ncleo se comporte como un imn permanente. Este fenmeno, llamado remanencia, se debe a la histresis del material, de la que anteriormente hemos hablado. Aplicar una corriente alterna decreciente a la bobina, retirar el ncleo y golpearlo o calentarlo por encima de su punto de Curie reorientar los dominios, haciendo que el campo residual se debilite o desaparezca.

En aplicaciones donde no se necesita un campo magntico variable, los imanes permanentes suelen ser superiores. Adicionalmente, stos pueden ser fabricados para producir campos magnticos ms fuertes que los electroimanes de tamaos similares.FUERZAS SOBRE LOS MATERIALES FERROMAGNETICOS

Calcular la fuerza sobre materiales ferromagnticos es, en general, bastante complejo. Esto se debe a las lneas de campo de contorno y a las complejas geometras. Puede simularse usando anlisis de elementos finitos. Sin embargo, es posible estimar la fuerza mxima bajo condiciones especficas. Si el campo magntico est confinado dentro de un material de alta permeabilidad, como es el caso de ciertas aleaciones de acero, la fuerza mxima la obtenemos de:

Dnde:F es la fuerza ennewtons;B es el campo magntico en teslasA es el rea de las caras de los polos en m;o es la permeabilidad del espacio libre.En el caso del espacio libre (aire), siendo la fuerza por unidad de rea (presin):, para B = 1 tesla, para B = 2 teslasEn un circuito magntico cerrado:Donde:

N es el nmero de vueltas del cable en torno al electroimn.I es la corriente en amperios.L es la longitud del circuito magntico.Sustituyendo, se obtiene:

Por su fuerza se usan para levantar contenedores de ms de 25 Toneladas ms el peso de la carga y vehculos.Para construir un electroimn fuerte, se prefiere un circuito magntico corto con una gran superficie. La mayora de los materiales ferromagnticos se saturan sobre 1 a 2 teslas. Esto sucede a una intensidad de campo de 787 amperios por vueltas/metro.Por esta razn, no hay motivos para construir un electroimn con una intensidad de campo mayor. Los electroimanes industriales usado para levantar peso se disean con las caras de ambos polos en un lado (el inferior). Eso confina las lneas de campo para maximizar el campo magntico. Es como un cilindro dentro de otro. Muchos altavoces usan una geometra parecida, aunque las lneas de campo son radiales al cilindro interior ms que perpendicular a la cara.REDUCTANCIA

La reluctancia magntica de un material, es la resistencia que ste posee al verse influenciado por un campo magntico. Se define como la relacin entre la fuerza magnetomotriz (f.m.m.) (la unidad del SI es el amperio, aunque a menudo se la llama amperio vuelta) y el flujo magntico (SI: weber). El trmino lo acu Oliver Heaviside en 1888.La reluctancia R de un circuito magntico uniforme se puede calcular como:

Dnde:R -> reluctancia, medida en amperio vuelta por weber (A v/Weber). Esta unidad es equivalente al inverso del Henrio (H-1) multiplicado por el nmero de espiras.L -> longitud del circuito, medida en metros. -> permeabilidad magntica del material, medida en H/m (henrio/metro).A -> rea de la seccin del circuito (seccin del ncleo magntico), en metros cuadrados.DISPOSITIVOS QUE USAN ELECTROIMANES

Los electroimanes se usan en muchas situaciones en las que se necesita un campo magntico variable rpida o fcilmente. Muchas de estas aplicaciones implican la deflexin de haces de partculas cargadas, como en los casos del tubo de rayos catdicos y el espectrmetro de masas.

Ilustracin 3: Tubos de rayos catdicos

Ilustracin 4: Espectrmetro de masas

Los electroimanes son los componentes esenciales de muchos interruptores, siendo usados en los frenos y embragues electromagnticos de los automviles. En algunos tranvas, los frenos electromagnticos se adhieren directamente a los rales

Ilustracin 5: Frenos magnticos

Se usan electroimanes muy potentes en gras para levantar pesados bloques de hierro y acero, y para separar magnticamente metales en chatarreras y centro de reciclado Los trenes de levitacin magntica usan poderosos electroimanes para flotar sin tocar las vas sobre las que circulan.

Los electroimanes se usan en los motores elctricos rotatorios para producir un campo magntico rotatorio y en los motores lineales para producir un campo magntico itinerante que impulse la armadura. Aunque el platino es el mejor conductor de la electricidad, el cobre es el usado ms a menudo debido a su bajo coste, y a veces se emplea aluminio para reducir el peso.Ilustracin 6: Electroimanes en grasIlustracin 7: Motores elctricos

MAGNETISMO

El magnetismo, es uno de los aspectos del electromagnetismo, que es una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza. Las fuerzas magnticas son producidas por el movimiento de partculas cargadas, como por ejemplo electrones, lo que indica la estrecha relacin entre la electricidad y el magnetismo. El marco que ana ambas fuerzas se denomina teora electromagntica. La manifestacin ms conocida del magnetismo es la fuerza de atraccin o repulsin que acta entre los materiales magnticos como el hierro. Aunque hay una estrecha relacin entre la electricidad y el magnetismo, ambas fuerzas son totalmente diferentes. Para que interacten debe de haber un movimiento en alguna de ellas. Se sabe que el electrn tiene una carga electrosttica que aplica una fuerza hacia el centro del electrn, y tambin se sabe que los electrones tienen un campo magntico a su alrededor debido a su rotacin orbital. En el momento en que se encuentren van a formar un campo electromagntico por ser perpendiculares entre s.ELECTROMAGNETISMO

Electromagnetismoesfsicadecampo electromagntico: acampocul ejerce afuerzaenpartculas eso posee la caracterstica decarga elctrica, y alternadamente es afectado por la presencia y el movimiento de esas partculas.Ilustracin 8: Electromagnetismo

El cambiarcampo magnticoproducecampo elctrico(ste es el fenmeno deinduccin electromagntica, la base de la operacin parageneradores elctricos,motores de induccin, y transformadores). Semejantemente, un campo elctrico que cambia genera un campo magntico. Debido a esta interdependencia del elctrico y de los campos magnticos, tiene sentido de considerarlos como sola entidad coherente el campo electromagntico.El campo magntico es producido por el movimiento decargas elctricas, es decir,corriente elctrica. El campo magntico causa la fuerza magntica asociada aimanes.LA FUERZA ELECTROMAGNETICALa fuerza que el campo electromagntico ejerce en partculas elctricamente cargadas, llamadafuerza electromagntica, es uno de los cuatrofuerzas fundamentales. Las otras fuerzas fundamentales son fuerza(que sostienencleos atmicosjunto),fuerza nuclear dbil(de que causa ciertas formasdecaimiento radiactivo), yfuerza gravitacional. El resto de las fuerzas se derivan en ltima instancia de estas fuerzas fundamentales.La fuerza electromagntica es la que est responsable de prcticamente todos los fenmenos encontrados en vida de cada da, a excepcin de gravedad. Todas las fuerzas implicadas en interacciones en mediotomosse puede remontar a la fuerza electromagntica el actuar en cargado elctricamenteprotonesyelectronesdentro de los tomos. Esto incluye las fuerzas que experimentamos en empujar o tirar de los objetos materiales ordinarios, que vienen defuerzas intermolecularesentre el individuomolculasen nuestros cuerpos y sos en los objetos. Tambin incluye todas las formas defenmenos qumicos, que se presentan de interacciones en medio orbitarios.

VARIABLE Y MAGNITUDES Los fenmenos electromagnticos son producidos por cargas elctricas en movimiento. La carga elctrica, as como la masa en un cuerpo, es una caracterstica de la materia y presenta el detalle de existir en dos diferentes formas llamadas positiva y negativa. La unidad elemental de la carga es el electrn, partcula del tomo de signo negativo, aunque su magnitud (tamao) no resulte suficiente para clculos macroscpicos normales. Como unidad comn de carga utilizamos el Coulomb; el valor de la carga de un electrn es de 1,60 x 10-19 Coulombs.

Dos cargas del mismo signo se rechazan entre s, y cuando son de signos contrarios se atraen. La fuerza de interaccin es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que poseen entre s. Para explicar la existencia de esas fuerzas se adopt la idea de un campo elctrico alrededor de una carga, resultando que la fuerza elctrica que actuar sobre otra carga a una distancia de la primera corresponde al producto de la cantidad de carga de esa primera por una grandeza llamada intensidad del campo elctrico. La energa que dicho campo transmite a la unidad de carga es denominada potencial elctrico y generalmente es medido en volts.Una de las variables magnticas fundamentales es la induccin magntica, directamente relacionada a la intensidad del campo magntico. La induccin representa la fuerza magntica que una unidad de carga y de velocidad ejerce sobre un cuerpo por unidad de carga elctrica y de velocidad. La unidad de induccin magntica es lo que llamamos, equivalente a un Weber por metro cuadrado; Weber en la medida para el flujo magntico (grandeza que refleja la densidad de los campos magnticos). Tanto la intensidad del campo elctrico y magntico cuanto la induccin magntica presentan un carcter vectorial y para que uno pueda describirlas adecuadamente es necesario definir para cada una de ellas su tamao, direccin y sentido.

INDUCCION ELECTROMAGNETICA Un sistema induce un campo elctrico o magntico sobre otro cuando su actividad es causante de la aparicin de dicho campo. OBSERVACIONES DE OERSTED, FARADAY Y HENRY

Se acerca y se aleja un imn a/de una espira. Se induce una corriente siempre que existe un campo magntico variable. Se introduce una espira en un campo magntico perpendicularmente. La corriente inducida aparece por una variacin de la superficie que atraviesa el campo. Se hace girar un circuito dentro de un campo magntico. La corriente inducida aparece por la variacin del ngulo formado por el campo y el vector superficie. LEY DE FARADAY- HENRY- LENZ

Un campo magntico variable en el tiempo induce un campo elctrico: (fuerza electromotriz, f.e.m inducida) = dB [V] El significado del signo negativo es que la f.e.m. inducida es tal que tiende a oponerse al cambio que la produce, por lo que si se acerca el polo N de un imn al conductor se generar otro polo N en ese conductor y por lo tanto una fuerza opuesta. En cambio, si se aleja, la fuerza generar un polo S, creando tambin una fuerza contraria al cambio. AUTOINDUCCIONLos sistemas se producen un auto flujo magntico, el cual depende de la variacin de la intensidad de corriente que circula por ellos, si no es nula se induce una fuerza electromotriz: WbTm2 B = L I L: Coeficiente de autoinduccin. H H (Henrios). F.e.m. auto inducida: = L dI [V] dt L de un solenoide: L == N 2 S =n2 Volumen INDUCION MUTUA Dos o ms sistemas se inducen fuerzas electromotrices.Por ejemplo, entre dos espiras cercanas con corrientes variables: 1=autoflujo1 +1 debidoa 2 1debidoa 2 = M I 2 2=autoflujo2 +2 debidoa1 2debidoa1 = M I1 M: Coeficiente de induccin mutua. Depende de la disposicin concreta de los sistemas. [H] 1 = M dI 2f.e.m. inducida por 2 en 1. dt 2 = M dI1 f.e.m. inducida por 1 en 2.)CONSIDERACION GENERAL (AUTOINDUCCION E INDUCCION MUTUA)T1 = M dI 2 L dI1T2 = M dI1 L dI 2 dtdtdtdtNormalmente, L >> M, por lo que es comn que se desprecie la induccin mutua en algunos circuitos. En conjunto, describen cualquier fenmeno electromagntico (clsico). Muestran directamente la relacin entre los campos elctricos y magnticos. Teorema de Gauss: E dS = qint Elctrico S Nos dice que el origen de los campos elctricos son las cargas. B dS = 0 Magntico Explica la imposibilidad de existir monopolos magnticos. Ley de Faraday-Henry-Lenz: E dl = dB dS dt lS Un campo magntico variable (el flujo) genera un campo elctrico.

Ley de Ampre-Maxwell: B dl =Iint +dE dS dt lS Un campo elctrico variable (el flujo) genera un campo magntico.

CONCLUSION

Tras realizar la investigacin llegamos a la conclusin que la electricidad y el magnetismo tienen una relacin y que ambos se complementan entre s, as fundamentan una sola teora, el electromagnetismo.

BIBLIOGRAFIA

file:///C:/Users/Nathalia/Downloads/electromagnetismo.pdf https://lamecanicacelestedeldrbarttleboom.wordpress.com/2012/02/13/que-es-electromagnetismo/

http://fisica.laguia2000.com/fisica-del-estado-solido/electronica/que-es-el-electromagnetismo http://html.rincondelvago.com/magnetismo-y-electromagnetismo.html http://electroimn.blogspot.com/ http://www.unesa.net/unesa/elementos/programaeducativo/experiencias/ilus10electroiman.jpg