jueves, 12 de julio de 2012

INFORME


Universidad de los Andes. Núcleo Táchira.
Laboratorio de Física General (76024).
Carrera: Lic. en Física y Matématica.
Departamento De Ciencias
Profesores: Pablo Labrador.
                    Jonathan Riveros.

Integrantes:
González A. María del C.
Arellano D. Mailyn E.
Clavijo U. Sergio A.


 INFORME  : Carrusel De Faraday
                        

INTRODUCCION
           
En el presente Informe se mostraran las Técnicas o Pasos Seguidos durante la elaboración de la Experiencia Práctica o Exposición de Física, llevada a cabo en el Hall de la sede de la Universidad de Los Andes, Núcleo Táchira, y la cual consistió en EVIDENCIAR EL CARÁCTER ALTERNO DE LA FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA y LA INDUCCION ELECTROMAGNETICA a través del “CARRUSEL DE FARADAY”; Cabe destacar que esta misma técnica es utilizada o puesta en práctica durante la generación de electricidad doméstica desde las Centrales Eléctricas.

       
OBJETIVO GENERAL:

  •           Evidenciar el Carácter Alterno de La Fuerza Electromotriz Inducida y La Inducción Electromagnética descrita a través de las LEYES DE FARADAY y LENTZ.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

  •     Construcción del “Carrusel De Faraday”.
  •     Estudio experimental y Observación de las Leyes de FARADAY y LENTZ.

Para la realización de la práctica se implementó el método de observación y experimentación.


MARCO TEÓRICO

HISTORIA DE MICHAEL FARADAY:
 Físico y químico británico, Faraday es conocido, sobre todo. Por las aportaciones en el campo de la electroquímica. Fue el descubridor de la inducción y del efecto que lleva su nombre sobre el giro del plano de polarización de la luz por efecto de un campo magnético.

Faraday nació en la localidad de Newington Butts, situada cerca de Londres en 1791. Perteneció a una familia humilde, aprendió a leer y a escribir una escuela de catequesis y, debido a las dificultades económicas, desde los 14 años trabajó como aprendiz en un taller de encuadernación. En sus ratos libres aprovechaba y leía los libros que le llevaban a encuadernar, interesándose especialmente por los dedicados a ¡a física y la química.

Después de unos años, gracias a la oportunidad que le dio un cliente, pudo asistir a las conferencias sobre temas de química que Humphry Davy daba en Royal lnstitution. Faraday le hizo llegar, encuadernadas, todas las notas que había tomado a lo largo de estas sesiones, acompañadas de una petición de empleo Satisfecho con el material que Faraday le había enviado, Davy lo contrató en 1812, como asistente. Comenzó su actividad realizando labores de mantenimiento, para pasar posteriormente a colaborar con el maestro en la preparación de las prácticas de laboratorio; de esta manera, se convirtió en uno más de sus discípulos.

En 1813 Faraday acompañó como ayudante a Davy en un ciclo de conferencias que éste impartía por el extranjero; a su regreso continuó desempeñando sus tareas de asistente, al tiempo que comenzó a investigar de manera autónoma, centrándose inicialmente en el estudio de la química. Dentro de las principales aportaciones en este ámbito se encuentra la obtención de los primeros compuestos conocidos de carbono y cloro: el hexacloroetano (C2C16) y tetracloroetano (C2C4), que llevó a cabo a principios de los años veinte. Asimismo descubrió el benceno en el gas de alumbrado, y consiguió licuar el cloro y o gases, como el amoniaco y los anhídridos carbónico y sulfuroso.

A partir de 1821 Faraday se consagró al estudio de la electricidad y del magnetismo, campos donde iba a conseguir sus más grandes logros.

Las investigaciones realizadas por Faraday le llevaron a proponer una tría unificada, según la cual todas las fuerzas de la naturaleza luz, electricidad y magnetismo se reducen a una sola. Con el tiempo, sus descubrimientos llegarían a tener consecuencias muy importantes, pues facilitaron el desarrollo de la técnica actual de producción y distribución de energía eléctrica, revolucionaron la electroquímica y abrieron paso a la teoría electromagnética J. C. Maxwell.

Nombrado profesor de la Royal lnstitution en 1827, entre 1829 y 1930 compaginó el cargo con el de profesor en la academia militar de Woolwich. Miembro de la Royal Society de Londres y de las Academias de Ciencias del’ un y París, a pesar de todos sus éxitos y de su reconocimiento público, Faraday se negó a recibir ciertos honores, por ejemplo, el título de Sir que le ofreció la reina Victoria. En 1903 se fundó en su honor la Faraday Society. 

Leyes de Faraday sobre la Electrólisis

 Fueron enunciadas por él en 1834, a partir de una serie de estudios experimentales sobre el fenómeno de la descomposición de sustancias químicas por la acción de una corriente eléctrica, fenómeno al cual denominó electrólisis. Las dos leyes fundamentales de la electroquímica formuladas por Faraday fueron las siguientes:

— La cantidad de sustancia depositada al paso de una corriente eléctrica es proporcional a la cantidad de electricidad que pasa por la disolución.

— Para una cantidad de electricidad determinada, la cantidad de sustancia depositada es proporcional a su equivalente-gramo.

Las leyes de Faraday han permitido calcular la carga elemental de electricidad, es decir la carga del electrón, mediante la utilización del número de Ayogadro (N = 6,06 x 10). Este número representa los iones positivos o negativos que se han formado en cada átomo-gramo de una sustancia ionizada. Faraday introdujo también los términos de ánodo y cátodo, para designar respectivamente los electrodos positivo y negativo.

El descubrimiento de la corriente electromagnética corriente inducida


  Gracias a los trabajos de Ampére y Oersted, Faraday conocía que una corriente eléctrica generaba campos magnéticos. En 1831 intentó reproducir este proceso, pero en sentido inverso, es decir, produciendo una corriente eléctrica a de efectos electromagnéticos.

La existencia de las corrientes inducidas fue descubierta por Faraday a partir de la realización de distintos experimentos. En primer lugar, consiguió hacer una corriente eléctrica por un alambre unido a un galvanómetro, al producir un movimiento, relativo entre el alambre y un imán. Observó que, al interrumpir el movimiento, el paso de la corriente también cesaba, y en el galvanómetro rió registraba corriente alguna. La corriente es generada por una fuerza electromotriz inducida, es decir por el imán.

Posteriormente, utilizando los resultados de sus anteriores estudios, Faraday descubrió el principio del motor eléctrico, al hacer girar un imán situado sobre pivote alrededor de una bobina de alambre de cobre; como en el caso anterior a través de este procedimiento se generaba una corriente eléctrica.

La inducción electromagnética se basa fundamentalmente en que cualquier variación de flujo magnético que atraviesa un circuito cerrado genera una corriente inducida, y en que la corriente inducida sólo permanece mientras se produce el cambio de flujo magnético.

El Descubrimiento de la Primer Dinamo

 Fue llevado a cabo a partir de dos imanes de barra que generaban un campo magnético, y entre los cuales hizo girar un disco de cobre colocado sobre un eje. De esta manera obtuvo un flujo continuo de corriente eléctrica inducida. Este experimento le condujo a introducir el concepto de líneas de fuerza eléctricas y magnéticas, y un concepto nuevo del espacio como medio capaz de mantener dichas fuerzas. Ideó la denominada jaula de Faraday, recinto de paredes conductoras continuas o en malla, conectadas a tierra, que aíslan el interior de los efectos de los campos eléctricos exteriores, y viceversa. Este dispositivo se utiliza para proteger espacios que contienen materias inflamables, conducciones de alta tensión y circuitos electrónicos entre los que puedan producirse acoplamientos indebidos.
Corriente Alterna

   Faraday logró crear una corriente eléctrica inducida mediante la fabricación de un transformador compuesto por un núcleo de hierro con forma de anillo, en el cual estaban enrolladas dos bobinas de alambre separadas entre sí.

La corriente alterna que circula por una bobina produce en el anillo de hierro un flujo alterno que genera en la otra bobina una corriente eléctrica inducida.


Solenoides

 Es un sistema de corrientes circulares, aisladas, paralelas y equidistantes unas de otras. El solenoide así definido se materializa por medio de una serie de espiras de alambre enrolladas en forma helicoidal sobre un cilindro de material aislante. Haciendo pasar una corriente por las espiras, se establece en el interior del solenoide un campo magnético intenso y aproximadamente uniforme.

Para lograr un campo magnético de mayor intensidad, se introduce en el interior del solenoide un núcleo de material ferromagnético. El solenoide así constituido, se comporta como un imán mostrando una polarización muy definida.

Por tratarse de un imán debido al campo magnético de una corriente se le denomina electro-imán y tiene numerosas aplicaciones entre las cuales la más casera es servir de base para un timbre.


El Efecto Faraday

 Faraday llevó a cabo este descubrimiento en 1845. Consiste en la desviación del plano de polarización de la luz como resultado de un campo magnético, al atravesar un material transparente como el vidrio. Se trataba del primer caso conocido de interacción entre el magnetismo y la luz.


HEINRICH FRIEDRICH EMIL LENZ

 Fisico Ruso. Nació en  Dorpat, Rusia en 1804 y Murió en  Roma, Italia en 1865. Fue  Profesor y rector de la Universidad de San Petersburgo, estudió el efecto Peltier, la conductividad de los metales y la variación de la resistencia eléctrica con la temperatura. Enunció una ley que permite conocer la dirección y el sentido de la corriente inducida en un circuito eléctrico.

Estudió física y química en la Universidad de Dorpat y, muy joven aún, tomo parte como geofísico en una expedición alrededor del mundo, durante la cual efectuó mediciones sobre el nivel de sal, la temperatura y la presión de mares y océanos. Afincado luego en San Petersburgo, ejerció la docencia en la Universidad y en la Academia de Ciencias de esta ciudad, de la que llegaría a ser decano y rector.

Lenz estudió la conductividad eléctrica y descubrió el efecto conocido como efecto Joule con independencia de las experiencias y conclusiones a que a este respecto llegó el científico que le dio nombre. La ley de Lenz, enunciada en 1833, fue la gran aportación de Heinrich Lenz a los estudios electromagnéticos; esta ley permite determinar el sentido de la corriente inducida por una variación del flujo abarcado por un circuito.

Para generar una corriente eléctrica es preciso realizar un trabajo mecánico o bien, de algún modo, desarrollar una energía. Por lo tanto, de acuerdo con el principio de la conservación de la energía, la corriente generada constituirá una resistencia que hay que vencer. La ley de Lenz expresa esto diciendo que el sentido de la corriente inducida es tal que tiende a oponerse a la causa que la provoca. Así, al acercar un imán a una espira, la corriente inducida que aparece en ésta tiene un sentido de circulación tal que crea un campo magnético que repele el imán. Por otro lado, al separar el imán, la corriente inducida será ahora opuesta a la anterior y atraerá el imán.

ELECTROMAGNETSIMO

 El estudio del magnetismo se remonta a la observación de que “piedras” que se encuentras en la naturaleza (esto es, magnetita) atraen al hierro. Es posible establecer que todos aquellos fenómenos magnéticos cuando dos cargas están en movimiento, entre ellas surge una fuerza que se denomina fuerza magnética.

La ciencia de la electricidad nació con la observación, conocida por Tales de Mileto el año 600 a.c. de que de un pedazo de ámbar frotado atrae pedacitos de paja. Cuando dos cargas eléctricas se encuentran en reposo, entre ellas existe una fuerza denominada electrostática.

Estas dos ciencias se desarrollaron independientemente una de la otra hasta 1820, cuando un científico llamado Hans Christian Oesrted (1777-1851) observó una relación ente ellas, a saber, que la corriente eléctrica de un alambre puede afectar a una aguja magnética de una brújula. Esta ciencia fue impulsada por muchos investigadores.

Poco después se comprobó que todo fenómeno magnético era producido por corrientes eléctricas, es decir se lograba de manera definitiva, la unificación de magnetismo y la electricidad, originado la rama de la física que actualmente se conoce como electromagnetismo.

Una parte de la historia del electromagnetismo se monta a los chinos que sugieren que el electromagnetismo fue conocido a principios del año 2000 A.C, otra parte de la historia se remonte a los antiguos griegos que observaron los fenómenos eléctricos y magnéticos posiblemente a principios del año 700 A.C. Para ello descubrieron que un pedazo de ámbar frotado se electrificaba y era capaz de atraer trozos de paja o plumas. La existencia de la fuerza magnética se conoció al observar que pedazos de roca natural llamada magnetita (Fe3 O4) atraen el hierro. (La palabra eléctrico proviene del vocablo griego para el ámbar, elecktron. La palabra magnética viene del nombre de un distrito central al norte de Grecia donde se descubrió, Magnesia.

En 1600, William Gilbert descubre que la electrificación no estaba limitada al ambarsino que este era un fenómeno general. Así, científicos electrificaron una variedad de objetos, incluyendo gallinas y personas. Experimentos realizados por charles Coulomb en 1785 confirmaron la ley inversa del cuadrado para la electricidad. Hasta principios del siglo XIX los científicos establecieron que la electricidad y el magnetismo son, en efecto, fenómenos relacionado1820 Hans Oersted descubre que una brújula sé deflecta cuando se coloco cerca de un circuito que lleve corriente eléctrica. En 1831, Michael Faraday, y simultáneamente, Joseph Heary, demuestran que, cuando un magneto o imán (o de manera equivalente, cuando el magneto se mueve cerca de un alambre), una corriente eléctrica se observa en el alambre. En 1873, James Clerk Maxwell usa estas observaciones y otros factores experimentales como base, y formula leyes del electromagnetismo que se conocen actualmente. (Electromagnetismo es el nombre dado a la combinación de los campos eléctrico y magnético.). Poco tiempo después (alrededor de 1888), Heinrich Hertz verifica las predicciones de Maxwell produciendo ondas electromagnéticas en el laboratorio. Esto fue seguido por desarrollos prácticos como la radio y la televisión. Las contribuciones de Maxwell a la ciencia del electromagnetismo fueron especialmente significativas debido a que las leyes formuladas por él son básicas para todas las formas de los fenómenos electromagnéticos. Su trabajo es comparable en importancia al descubrimiento de Newton con sus leyes del movimiento y la teoría de la gravitación. Otra parte de la historia muestra a los antiguos griegos que no ignoraban la existencia de una piedra magnética capaz de atraer el hierro y habían comprobado que este metal se imantaba si se ponía en contacto con un imán. Varios siglos antes de nuestra era parece ser que los chinos empleaban ya la brújula, instrumento basado en las propiedades de la aguja imantada, que no llegó, sin embargo, a Europa hasta el siglo XV, cuando empezaron a utilizarla los navegantes en sus viajes exploratorios. El descubrimiento científico básico logrado por Edison (a pesar del hecho de que ese estableció casi 1100 patentes) mejoró del desarrollo de los sistemas de comunicación modernos (radio, telefonía, radar y tv). Durante el periodo que Edison se dedicaba a preparar la luz eléctrica, colocó un filamento metálico en una ampolla de vidrio e hizo el vacío en su interior (tubo vacío) con un segundo electrodo que estaba conectado al polo positivo de una batería. Descubrió que cuando hacía pasar una corriente a través del filamento y éste se calentaba y se ponía incandescente, un flujo de electricidad (electrones) pasaba a través del espacio vacío en el tubo al electrodo cargado positivamente (la placa) y volvía a la batería. Este fenómeno se llama efecto Edison, pero Edison no vio en su dispositivo posibilidades prácticas y no hizo nada con él excepto, patentarlo. Veinte años después, Fleming utilizó el efecto Edison para inventar un diodo rectificado, un dispositivo para convertir la corriente alterna en corriente directa. Este fue en esencia el tubo de vacío de dos elementos de Edison. Unos años más tarde, De forest agregó un tercer electrodo (una rejilla) al tubo de vacío de los electrodos de Edison. Este dispositivo hizo posible amplificar las energías de las ondas electromagnéticas extremadamente débiles (radiondas) que son emitidas por las señalas eran fortalecidas y reenviadas a mayor distancia, y pudieron entonces utilizarse los altavoces. Este fue el auténtico meollo de los sistemas de comunicación modernos y de la vasta industria electrónica que se ha desarrollado durante este siglo.


FUERZA ELECTROMOTRIZ

Desde Tales de Mileto hasta Galvani, el desarrollo de la electricidad se limitó a todos aquellos fenómenos observables, donde la electricidad era producida por frotamiento o, por algunas máquinas que producían carga eléctrica estática de diferentes signos, pero en cantidades pequeñas que producían flujos de ella de corta duración. Fue a partir de Alejandro Volta que se empezaron a generar corrientes eléctricas más estables y de más larga duración gracias a su invento La Pila Eléctrica.

La transición de la electrostática a la electrocinética durante la primera mitad del siglo XIX: Entre finales del siglo XVIII y principios del siglo XIX el trabajo de relevantes científicos como Coulomb, Lagrange y Poisson, entre otros, permite establecer de manera definitiva los fundamentos matemáticos de la electrostática definiendo magnitudes, a la vez que se utilizan las herramientas del cálculo analítico.

En este sentido Coulomb cuantifica la teoría de 'acción a distancia' para los efectos eléctricos definiendo la carga de forma operativa en base a sus efectos dinámicos. El avance en la construcción conceptual se hace evidente si se tienen en cuenta que ya Franklin había introducido el concepto de "cantidad de sustancia eléctrica", pero ni él ni sus sucesores fueron capaces de medirla. Coulomb se vale de su balanza de torsión eléctrica para deducir y enunciar su famosa ley, que más tarde amplia a las atracciones eléctricas usando un péndulo eléctricO.

Los trabajos de Volta y el concepto de fuerza electromotriz

 En los años siguientes a los experimentos de Galvani (1789), Volta trataba de establecer que el "fluido galvánico", de origen animal, era de la misma naturaleza que la electricidad ordinaria, es decir, estática . En el seno de la polémica acerca de la naturaleza de la electricidad, Volta descubre que cuando dos piezas descargadas de metales diferentes se ponen en contacto, ya sea directamente o con la intervención de un electrolito, los dos metales llegan a cargarse y permanecen cargados a pesar del hecho de que hay un excelente camino conductor, un circuito cerrado, a través del cual las cargas podía fluir para neutralizarse entre sí. Hay una clara violación de la electrostática en este hecho, ya que según lo que se conocía de electrostática, cargas opuestas no se pueden separar o si lo hacen vuelven a recombinarse. 

Volta declara que una nueva clase de "fuerza" o capacidad actuaba sobre las cargas separándolas y manteniéndolas separadas y nombró la acción como fuerza electromotriz, nombre con el que se la conoce desde entonces . Estas explicaciones para describir el funcionamiento de la pila no encajaban con el marco teórico de la Física de la época. En el paradigma coulombiano dominante en el primer tercio del siglo XIX la fuerza electromotriz definida por Volta se reducía a la capacidad que tenían algunos cuerpos para generar electricidad en otros. 

El desarrollo de la electrodinámica y el concepto actual de fuerza electromotriz

 Ohm realiza una aportación trascendente en las explicaciones acerca de los circuitos eléctricos al obtener una serie de resultados experimentales que permitieron la construcción de la primera teoría coherente de la conducción eléctrica. En su libro "El circuito galvánico investigado matemáticamente"  Ohm definió su noción de "fuerza electroscópica" antecedente inmediato del potencial eléctrico para el caso de los circuitos eléctricos. Posteriormente, definió la magnitud 'tensión' (en sus escritos en alemán utilizó la palabra 'spannung') en una porción del circuito como la diferencia entre las "fuerzas electroscópicas" en sus extremos. 

Del mismo modo que Fourier en su teoría distingue entre calor y temperatura, suponiendo que el flujo de calor entre dos partes adyacentes de un sistema es proporcional a sus temperaturas, la teoría de Ohm hace de la cantidad de electricidad la variable crítica, haciendo descansar sobre la densidad superficial de carga (fuerza electroscópica) el mismo papel que matemáticamente jugaba la temperatura en la teoría de Fourier. La fuerza electroscópica se medía con un 'instrumento electrostático' como un termómetro mide la temperatura . El modelo de Ohm se encontraba situado en el paradigma electrostático. 

Cuando alrededor de 1847 Kichhoff aborda el estudio de las leyes de Ohm, el electromagnetismo está mucho más elaborado y las distancias entre electricidad y galvanismo se han reducido, existen suficientes semejanzas y el paradigma electrostático, en Alemania más aun, no es el que prevalece. El físico alemán, tras el análisis de los trabajos de Ohm sobre la conducción y de Kohlrausch acerca de la medida de tensiones en condensadores, identifica la fuerza electroscópica de Ohm con la diferencia de potencial [27-28]. Esta identificación sólo fue posible desde el cambio que supuso la introducción del concepto de energía, esta nueva perspectiva permite la interpretación global macroscópica de los circuitos eléctricos. El propio Helmholtz utilizó los trabajos de Kirchhoff en sus elaboraciones últimas acerca del principio de conservación de la energía publicado en 1847. 

Los modelos explicativos sobre la corriente eléctrica recibieron nuevos impulsos con la teoría de campo iniciada por Faraday y fundamentada posteriormente por Maxwell en 1865. Este marco conceptual permite desarrollar el concepto de energía asociada al campo, ya sea éste conservativo (energía potencial) o no conservativo (fuerza electromotriz en el caso de la pila en circuitos de corriente continua y en fenómenos de inducción electromagnética). Es en este paradigma energético y de campo donde actualmente definimos los conceptos de potencial eléctrico y fuerza electromotriz [15]. Dos conceptos epistemológicamente relacionados pero distintos, al igual que ocurre con otros conceptos como, por ejemplo, fuerza y aceleración en dinámica.

Tipos de Fuentes de Fuerza electromotriz. 

Dependiendo del tipo de corriente eléctrica que puede producir se clasifican en tres tipos:

A.    Fuentes de Fuerza Electromotriz directa (C.D): como las pilas, acumuladores, baterias solares y otros que se mencionaran más adelante. En este caso la corriente que producen es de un valor constante dentro de un intervalo relativamente grande. Ejemplo de este tipo de fuentes se muestran en las fotografías siguientes.

B.     Fuentes de Fuerza Electromotriz alterna (C.A) como los generadores eléctricos de los carros que son los encargados de proporcionar electricidad, cuando el vehículo está en funcionamiento o como las plantas generadoras de electricidad doméstica. Se diferencian de los anteriores por que la corriente que producen es variable en el tiempo, no sólo en magnitud sino también de dirección. Su funcionamiento está apoyado en el principio de las Corrientes Inducidas descubierto por Faraday. En la figura siguiente se muestra una manera de inducir corrientes eléctricas alternas.

C.     Fuentes de Fuerza Electromotriz variable no alterna. En este caso la corriente producida es variable, por ejemplo: el encendedor piezoeléctrico de la cocina produce una descarga eléctrica en el aire variable en intensidad y de muy corta duración.


Causas de la Fuerza Electromotriz.

Las causas de la Fuerza electromotriz son diversas, pero en cualquiera de ellas se genera una fuerza eléctrica que es capaz de mover cargas eléctricas.

a)      Fuerza electromotriz por Frotamiento. Cuando se frota un peine de plástico se genera una carga eléctrica estática que produce fuerzas de atracción o repulsión sobre otras cargas, poniéndolas en movimiento si son libres de moverse.

b)      Fuerza electromotriz por inducción. En este caso las cargas eléctricas se ponen en movimiento si se produce un campo magnético variable cerca de una bobina fija, o viceversa, se mueve una bobina cerca de un imán o electroimán. 

c)      Fuerza electromotriz por presión. Algunos materiales como el cuarzo generan una fuerza electromotriz cuando son sometidos a presión. Algunos encendedores de cocina o para fumadores utilizan este principio.

d)     Fuerza electromotriz por temperatura. Al calentar el punto de contacto de dos metales diferentes aparece una pequeña fuerza electromotriz, tal es el caso de los termopares como el que se ilustra en la figura. Este aparato genera una fuerza electromotriz que aumenta al aumentar la temperatura.

e)      Fuerza electromotriz por Radiación electromagnética. Cuando la Luz incide sobre determinados materiales (silicio, germanio) se produce una fuerza electromotriz dando lugar a aplicaciones importantes como el aprovechamiento de la energía solar por medio de baterías solares.

f)       Fuerza electromotriz producida por reacciones químicas. Este es uno de los sistemas más populares y está basado en la invención de Volta. En este tipo de aplicación se necesitan dos electrodos sumergidos en un medio conductor. Tal es el caso de las pilas secas, las baterías para automóviles, las celdas de combustible y otras aplicaciones en las que una reacción química genera la fuerza electromotriz.


INDUCCION ELECTROMAGNETICA: 

la induccion electromagnética  es la producción de corrientes eléctricas por campos magnéticos variables con el tiempo. El descubrimiento por Faraday y Henry de este fenómeno introdujo una cierta simetría en el mundo del electromagnetismo. Maxwell consiguió reunir en una sola teoría los conocimientos básicos sobre la electricidad y el magnetismo. Su teoría electromagnética predijo, antes de ser observadas experimentalmente, la existencia de ondas electromagnéticas. Hertz comprobó su existencia e inició para la humanidad la era de las telecomunicaciones. El descubrimiento, debido a Oersted, de que una corriente eléctrica produce un campo magnético estimuló la imaginación de los físicos de la época y multiplicó el número de experimentos en busca de relaciones nuevas entre la electricidad y el magnetismo. En ese ambiente científico pronto surgiría la idea inversa de producir corrientes eléctricas mediante campos magnéticos. Algunos físicos famosos y otros menos conocidos estuvieron cerca de demostrar experimentalmente que también la naturaleza apostaba por tan atractiva idea. Pero fue Faraday el primero en precisar en qué condiciones podía ser observado semejante fenómeno. A las corrientes eléctricas producidas mediante campos magnéticos Faraday las llamó corrientes inducidas.

Desde entonces al fenómeno consistente en generar campos eléctricos a partir de campos magnéticos variables se denomina inducción electromagnética.

La inducción electromagnética constituye una pieza destacada en ese sistema de relaciones mutuas entre electricidad y magnetismo que se conoce con el nombre de electromagnetismo.

Pero, además, se han desarrollado un sin número de aplicaciones prácticas de este fenómeno físico. El transformador que se emplea para conectar una calculadora a la red, la dinamo de una bicicleta o el alternador de una gran central hidroeléctrica son sólo algunos ejemplos que muestran la deuda que la sociedad actual tiene contraída con ese modesto encuadernador convertido, más tarde, en físico experimental que fue Michael Faraday.

IMAN

 Piedra de Hércules fue uno de los nombres que los griegos le dieron a esta piedra misteriosa. Piedra de Magnesia fue otro, debido a la abundancia de este mineral en esta zona del Asia menor; para los latinos el nombre utilizado fue magnes de donde se deriva la palabra magnetismo, palabra utilizada hoy para designar la propiedad del imán de atraer a otros materiales y a todo el conocimiento acerca de ella. Los imanes naturales son piedras de un óxido de hierro llamado Magnetita (Fe 3 O 4 ), que han adquirido la propiedad de atraer a algunos elementos tales como: hierro, cobalto níquel, gadolinium, dysprosium o aleaciones de estos elementos.

A estos materiales se les da el nombre de ferromagnéticos y con ello se diferencian de otros materiales con propiedades magnéticas menos fuertes como son los diamagnéticos y paramagnéticos.

Fue Guillermo Gilbert quien reunió los conocimientos que su época poseía sobre los fenómenos magnéticos, y agregó a los mismos el valioso caudal de sus propios experimentos, determinando las características más interesantes de los imanes.

                           Características de Los Imanes. 

Se orientan en una dirección específica del espacio cuando son suspendidos adecuadamente. Si colgamos cualquier imán en el espacio por medio de un hilo se observa que adquiere una orientación especial: una parte del imán se orienta aproximadamente hacia el norte geográfico y la otra se orienta hacia el Sur. El lado que se orienta hacia el norte se denomina polo norte del imán y el lado que se orienta hacia el sur se denomina polo Sur. Esta característica dio origen a la Brújula , instrumento construido con una pequeña aguja imantada que puede girar alrededor de un eje de rotación que pasa por su centro geométrico.

a.       Los imanes poseen dos zonas llamadas polos del imán, las cuales presentan una fuerte propiedad atractiva o repulsiva dependiendo del objeto con el que interactúan. Por ejemplo: Entre imanes se puede observar que los polos del mismo nombre se repelen y polos de nombre diferente se atraen, como se observa en la siguiente animación. Pero cuando un imán es acercado a un pedazo de hierro o algún otro material ferromagnético se observa que hay siempre atracción entre ellos y ella es más fuerte cuando el material ferromagnético se acerca a los polos.

b.      Poseen una zona intermedia donde las propiedades atractivas sobre los materiales ferromagnéticos se debilitan, esta es la zona neutra del imán. Como se puede ver en la siguiente figura, en esa zona no hay clavos. 

c.       Si se fracturan en dos partes se obtienen dos imanes de nuevo. Hasta ahora no ha sido posible separar los polos de un imán y aislarlos, los imanes son siempre bipolares y por esta razón en magnetismo, se habla siempre de dipolos magnéticos.

d.      Pierden la propiedad de atraer cuando se calientan a cierta temperatura. Existe una temperatura donde el magnetismo desaparece. El clavo de hierro que es atraído por el imán en la figura, pierde su imantación al ser calentado con el mechero a 770°C.

Campo Magnético de Los Imanes

Gilbert se dio cuenta que el magnetismo de los imanes no residía en el imán solamente, sino también en el espacio que rodea al imán, creando así las bases del concepto de campo magnético de un imán. Esta afirmación es visualizada si se colocan pequeñas virutas de hierro sobre la cara de una hoja de papel y por la cara contraria se coloca un imán; dependiendo de la forma del imán se observará que las virutas se alinean en el espacio, según líneas imaginarias que Michel Faraday llamó líneas de fuerza.

El vocablo imán proviene del francés “aimant”, y a su vez, “aimant” nos llega de los términos latinos “adamas”, “anten”, que pueden traducirse como diamante o piedra dura.

Se trata de un mineral compuesto de un protóxido ( cuerpo resultante de la mezcla de oxígeno con un radical simple o compuesto, en su primer grado de oxidación) y un sesquióxido (con más de la mitad de oxígeno que el protóxido) de hierro, cuya propiedad consiste en atraer metales, entre ellos, el hierro, el cobalto y el níquel, pues produce en su derredor un campo magnético.

Los imanes poseen dos polos magnéticos opuestos, llamados norte y sur, por su orientación hacia los extremos de la Tierra. Si se acercan los polos norte de dos imanes, éstos se repelen. La atracción se produce entre polos opuestos.

Pueden tener forma de barra, en cuyo caso los polos están en sus extremos, o pueden adoptar la forma clásica en U o herradura, que es uno en barra doblado. Pueden tener cualquier forma. Si es redondo tiene un polo en cada cara, pues es una rodaja de la barra.

LED: LED es la abreviatura en lengua inglesa para Light Emitting Diode, que en su traducción al español correspondería a Diodo Emisor de Luz.

Un LED consiste en un dispositivo que en su interior contiene un material semiconductor que al aplicarle una pequeña corriente eléctrica produce luz. La luz emitida por este dispositivo es de un determinado color que no produce calor, por lo tanto, no se presenta aumento de temperatura como si ocurre con muchos de los dispositivos comunes emisores de luz. 

El color que adquiera la luz emitida por este dispositivo dependerá de los materiales utilizados en la fabricación de este. En realidad dependerá del material semiconductor, que dará una luz que puede ir entre el ultravioleta y el infrarrojo, incluyendo en el medio toda la gama de colores visibles al ojo humano.

BOBINA O INDUCTOR: La bobina o inductor por su forma (espiras de alambre arrollados) almacena energía en forma de campo magnetico

El símbolo de una bobina / inductor se muestra en el gráfico anterior:

El inductor es diferente del condensador / capacitor, que almacena energía en forma de campo eléctrico

Todo cable por el que circula una corriente tiene a su alrededor un campo magnético, siendo el sentido de flujo del campo magnético, el que establece la ley de la mano derecha (ver electromagnetismo).

Al estar el inductor hecho de espiras de cable, el campo magnético circula por el centro del inductor y cierra su camino por su parte exterior.

Una característica interesante de los inductores es que se oponen a los cambios bruscos de la corriente que circula por ellas.

Esto significa que a la hora de modificar la corriente que circula por ellos (ejemplo: ser conectada y desconectada a una fuente de alimentación de corriente continua), esta intentará mantener su condición anterior.

Este caso se da en forma continua, cuando una bobina está conectada a una fuente de corriente alterna y causa un desfase entre el voltaje que se le aplica y la corriente que circula por ella.

En otras palabras: La bobina o inductor es un elemento que reacciona contra los cambios en la corriente a través de él, generando un voltaje que se opone al voltaje aplicado y es proporcional al cambio de la corriente.

CORRIENTE ALTERNA

Corriente Alterna.- Corriente alterna (abreviada CA) es la corriente eléctrica en la que la magnitud y dirección varían cíclicamente. La forma de onda de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una onda senoidal, puesto que se consigue una transmisión más eficiente de la energía. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de onda periódicas, tales como la triangular o la cuadrada.

Utilizada genéricamente, la CA se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las empresas. Sin embargo, las señales de audio y de radio transmitidas por los cables eléctricos, son también ejemplos de corriente alterna. En estos usos, el fin más importante suele ser la transmisión y recuperación de la información codificada (o modulada) sobre la señal de la CA.

CORRIENTE CONTINÚA

 Corriente Continua.- Es el flujo continuo de electrones a través de un conductor entre dos puntos de distinto potencial. A diferencia de la corriente alterna, en la corriente continua las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección (es decir, los terminales de mayor y de menor potencial son siempre los mismos). Es   continua toda corriente que mantenga siempre la misma polaridad.

APLICACIONES DEL ELECTROMAGNETISMO:

1.      Trenes de levitación magnética. Estos trenes no se mueven en contacto con los rieles, sino que van “flotando” a unos centímetros sobre ellos debido a una fuerza de repulsión electromagnética. Esta fuerza es producida por la corriente eléctrica que circula por unos electroimanes ubicados en la vía de un tren, y es capaz de soportar el peso del tren completo y elevarlo.

2.      Timbres. Al pulsar el interruptor de un timbre, una corriente eléctrica circula por un electroimán creado por un campo magnético que atrae a un pequeño martillo golpea una campanilla interrumpiendo el circuito, lo que hace que el campo magnético desaparezca y la barra vuelva a su posición. Este proceso se repite rápidamente y se produce el sonido característico del timbre.

3.      Motor eléctrico. Un motor eléctrico sirve para transformar electricidad en movimiento. Consta de dos partes básicas: un rotor y un estator. El rotor es la parte móvil y está formado por varias bobinas. El estator es un imán fijo entre cuyos polos se ubica la bobina. Su funcionamiento se basa en que al pasar la corriente por las bobinas, ubicadas entre los polos del imán, se produce un movimiento de giro que se mantiene constante, mediante un conmutador, generándose una corriente alterna.

4.      Transformador. Es un dispositivo que permite aumentar o disminuir el voltaje de una corriente alterna. Está formado por dos bobinas enrolladas en torno a un núcleo o marco de hierro. Por la bobina llamada primario circula la corriente cuyo voltaje se desea transformar, produciendo un campo magnético variable en el núcleo del hierro. Esto induce una corriente alterna en la otra bobina, llamada secundario, desde donde la corriente sale transformada. Si el numero de espiras del primario es menor que el del secundario, el voltaje de la corriente aumenta, mientras que, si es superior, el voltaje disminuye.
 



ANEXOS
"Carrusel de Faraday" 


                 MICHAEL FARADAY


 
HEINRICH FRIEDRICH EMIL LENZ


ELECTROMAGNETISMO





TIPOS DE FUERZAS ELECTROMOTRICES 



 
FUERZA ELECTROMOTRIZ DIRECTA




FUERZA ELECTROMOTRIZ ALTERNA

 FUERZA ELECTROMOTRIZ VARIABLE NO ALTERNA 

FUERZA ELECTROMOTRIZ POR FROTAMIENTO


 FUERZA ELECTROMOTRIZ POR INDUCCION


 FUERZA ELECTROMOTRIZ POR TEMPERATURA



 FUERZA ELECTROMOTRIZ POR RADIACION ELECTROMAGNETICA


FUERZA ELECTROMOTRIZ POR REACCIONES QUIMICAS




INDUCCION ELECTROMAGNETICA




IMANES





LED

BOBINA O INDUCTOR  






CORRIENTE ALTERNA 





CORRIENTE CONTINUA 


                      GENERADOR DE CORRIENTE CONTINUA


CONCLUSIONES


En este trabajo nos pudimos dar cuenta lo que significa el fenómeno del Electromagnetismo, la Fuerza Electromotriz y la Inducción Electromagnética, sus usos, su historia y los científicos que lo han estudiado por años.

Se puede apreciar como dos fenómenos como la electricidad y el magnetismo se unen formando el centro de nuestra investigación, como un simple sonido del timbre de nuestra casa puede contener la ciencia estudiada, lo que significa que donde miremos la física va a estar ahí con alguno de sus múltiplos fenómenos.

Una muestra de las aplicaciones cotidianas de los fenómenos estudiados en el presente trabajo son las siguientes:

1.- Trenes de Levitación Magnética.
2.- Timbres.
3.- Motores Eléctricos.
4.- Transformadores.
5.- La Tarjeta de Debito.



BIBLIOGRAFIA 


  •  Serway Raymod Física Vol. II
  •  Sears Zemansky Física Universitaria Vol. II 
  •  INTERNET:  Física Divertida; Imágenes; Buenas Tareas.com; Rena; Otros


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