ELECTROSTATICA Y CAMPOS MAGNETICOS
DIEGO FERNANDO LEON
INSTITUCUIN EDUCATIVA VALLE DEL GUAMUEZ FISICA LA HORMIGA 2012
ELECTROSTATICA Y CAMPOS MAGNETICOS
PRESENTADO POR: DIEGO FERNANDO LEON PRESENTADO A: JONH FANGIO MOSQUERA GRADO: 11-3
INSTITUCUIN EDUCATIVA VALLE DEL GUAMUEZ FISICA LA HORMIGA 2012
INTRODUCCIÓN Este trabajo lo realice con el fin de dar a conocer la función exacta que causa la electrostática y los campos magnéticos, así como funciona y la importancia que tiene en la vida diría estos temas El magnetismo es uno de los aspectos del electromagnetismo, que es una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza. Las fuerzas magnéticas son producidas por el movimiento de partículas cargadas, como por ejemplo electrones, lo que indica la estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo.
La fuerza electromagnética es la interacción que se da entre cuerpos que poseen carga eléctrica. Es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la Naturaleza. Cuando las cargas están en reposo, la interacción entre ellas se denomina fuerza electrostática. Dependiendo del signo de las cargas que interaccionan, la fuerza electrostática puede ser atractiva o repulsiva. La interacción entre cargas en movimiento da lugar a los fenómenos magnéticos.
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCION
1. ELECTROSTÁTICA 1.1.
¿Qué es la electrostática?
1.2.
¿Qué entenderemos como carga eléctrica?
1.3.
¿Cuándo un cuerpo está cargado eléctricamente?
1.4.
¿Cómo se puede producir el hecho de que a un cuerpo le “sobren” o le “falten” electrones?
1.5.
¿Cómo saber si un cuerpo está cargado eléctricamente o no?
2. ¿QUE ES EL CAMPO MAGNÉTICO?
2.1.
CAMPO MAGNÉTICO
2.2.
CAMPOS MAGNETICOS DEBIDOS
LA CIRCULACIÓN DE
CORRIENTE a. Campo magnético debido a una espira circular b. Campo magnético debido a un solenoide c. Módulo del campo debido a una bobina
3. CONCLUSIONES
1. ELECTROSTÁTICA
Con el estudio de la electrostática se da inicio a la búsqueda del conocimiento que nos permitirá comprender algunos fenómenos eléctricos. La electrostática es el punto de partida para el estudio del fenómeno de la electricidad, su control por parte del hombre y, por cierto, es la base de numerosas aplicaciones científicas y tecnológicas. 3.1.
¿Qué es electrostática?
la
Podríamos decir que es el área de la física que se encarga de estudiar fenómenos asociados a cargas eléctricas en reposo. 3.2.
¿Qué entenderemos como carga eléctrica?
Ya desde la antigüedad se sabía que al frotar objetos se obtenía como consecuencia la propiedad que adquirían para atraer pequeñas partículas. Posteriormente se descubre que dos objetos de la misma naturaleza frotados por un mismo objeto se repelen entre sí, por ejemplo dos barras de caucho frotadas con un paño; al acercar entre sí las barras estas se repelen. También se descubrió que dos materiales distintos al ser frotados por un mismo objeto tiene la propiedad de atraerse, por ejemplo una barra de caucho y una de vidrio frotadas por un paño; al acercarse entre sí éstas se atraen. Bueno, entonces se dijo que unos tenían carga eléctrica de un tipo y los otros de otro tipo. Posteriormente fue Benjamín Franklin quien les asignó los nombres de cargas positivas y cargas negativas. 3.3.
¿Cuándo un cuerpo está cargado eléctricamente?
Veamos: Un cuerpo cualquiera está formado por moléculas y éstas están formadas por átomos. Los átomos poseen, básicamente, tres tipos de partículas: electrones, protones y neutrones. Se ha descubierto que los
electrones y los protones tienen propiedades eléctricas mientras que los neutrones no la poseen. A los electrones se les asignó la propiedad de tener carga negativa y a los protones carga positiva. Se dice, entonces, que un cuerpo está cargado negativamente si tiene un exceso de electrones y está cargado positivamente si tiene una ausencia de electrones, es decir, si tiene más protones que electrones. 3.4.
¿Cómo se puede producir el hecho de que a un cuerpo le “sobren” o le “falten” electrones?
Para entender esto tenemos que comprender la dinámica de los átomos y al respecto diremos, por ahora, que lo más probable es que al tomar un cuerpo cualquiera éste no posea carga eléctrica, pero esto no significa que no tenga electrones ni protones, no!, sigue teniéndolos pero de ambos tiene la misma cantidad. Se puede deducir, entonces, que la carga negativa de un electrón se anula con la carga positiva de un protón. Por lo tanto, al tener un cuerpo la misma cantidad de electrones que protones, eléctricamente se dice que está neutro o que está sin carga. Bien, ocurre si asumimos que un átomo tiene una forma parecida a nuestro Sistema Solar, es decir: alrededor de un cuerpo central hay otros que están girando a su alrededor. En el caso del átomo, visto de ésta manera, el cuerpo central se denomina núcleo y en éste están los protones y los neutrones, férreamente unidos, y los cuerpos que giran alrededor del núcleo son los electrones, ocupando – ellos – órbitas distintas. Los electrones por sus posiciones orbitales tienen cierta cantidad de energía que los liga al núcleo. A los que están más cerca del núcleo los une una mayor cantidad de energía y los que están en Órbitas más lejanas tienen una menor energía que los liga al átomo. El electrón que ocupa la última órbita, debido a su menor energía que lo liga al núcleo, puede - con facilidad - “escaparse” de su órbita e ir en camino a “buscar” una órbita que dejó libre otro electrón en otro átomo. Es normal que ocurra esto en todo cuerpo, esté o no cargado eléctricamente.
3.5.
¿Cómo saber si un cuerpo está cargado eléctricamente o no?
Existen algunos instrumentos para verificar si un cuerpo está cargado eléctricamente; entre ellos está el péndulo eléctrico y el electroscopio.
Péndulo eléctrico: Básicamente está compuesto de un hilo de seda (o un material similar) y una pequeña esfera (de sauco o algún material liviano como por ejemplo, una esferita de plumavit, de un centímetro de diámetro aproximadamente).
El montaje es el que se muestra en la figura siguiente. Para ver si un cuerpo está cargado o no el procedimiento es el que sigue: -
-
Verificar que la esferita del péndulo esté neutra. Para ello la conectamos a tierra por un momento. Acercamos a la esferita el cuerpo del que se desea saber si está cargado o no. Si la esferita se acerca al cuerpo significa que éste está cargado eléctricamente. Si la esferita no se mueve entonces el cuerpo no está cargado eléctricamente.
4. ¿QUE ES EL CAMPO MAGNÉTICO?
El campo magnético es la esfera de influencia de un imán. La forma del campo magnético fue estudiada por Michael Faraday, quien espolvoreó limaduras de hierro sobre un vidrio colocado encima de un imán. Esas limaduras se disponen en hileras que irradian desde cada uno de los polos del imán. Esas hileras se denominan líneas de fuerza e indican la dirección de las fuerzas combinadas de los dos polos. 4.1.
CAMPO MAGNÉTICO
El hecho de que las fuerzas magnéticas sean fuerzas de acción a distancia permite recurrir a la idea física de campo para describir la influencia de un imán o de un conjunto de imanes sobre el espacio que les rodea. Líneas de fuerza del campo magnético Al igual que en el caso del campo eléctrico, se recurre a la noción de líneas de fuerza para representar la estructura del campo. En cada punto las líneas de fuerza del campo magnético indican la dirección en la que se orientaría una pequeña brújula situada en tal punto. Así las limaduras de hierro espolvoreadas sobre un imán se orientan a lo largo de las líneas de fuerza del campo magnético correspondiente y el espectro magnético resultante proporciona una representación espacial del campo. Por convenio se admite que las líneas de fuerza salen del polo Norte y se dirigen al polo Sur.
La intensidad del campo magnético Como sucede en otros campos de fuerza, el campo magnético queda definido matemáticamente si se conoce el valor que toma en cada punto una magnitud vectorial que recibe el nombre de intensidad de campo. Las brújulas, al alinearse a lo largo de las líneas de fuerza del campo magnético, indican la dirección y el sentido de la intensidad del campo B. La intensidad del campo magnético, a veces denominada inducción magnética, o campo se representa por la letra B y es un vector tal que en
cada punto coincide en dirección y sentido con los de la línea de fuerza magnética correspondiente. La unidad del campo magnético en el SI es el tesla (T) y representa la intensidad que ha de tener un campo magnético para que una carga de 1 C, moviéndose en su interior a una velocidad de 1 m/s perpendicularmente a la dirección del campo, experimentase una fuerza magnética de 1newton.
4.2.
CAMPOS MAGNETICOS DEBIDOS CORRIENTE
LA CIRCULACIÓN DE
Aun cuando los filósofos griegos presintieron que las fuerzas eléctricas y las magnéticas tenían un origen común, la experimentación desarrollada desde Gilbert (1544-1603) en torno a este tipo de fenómenos no reveló ningún resultado que indicara que un cuerpo cargado en reposo es atraído o repelido por un imán. a. Campo rectilínea
magnético
debido
a
una
corriente
La repetición de la experiencia de Oersted con la ayuda de limaduras de hierro dispuestas sobre una cartulina perpendicular al hilo conductor rectilíneo, pone de manifiesto una estructura de líneas de fuerza del campo magnético resultante, formando circunferencias concéntricas que rodean al hilo.
b. Campo magnético debido a una espira circular Módulo del campo debido a una espira La experimentación sobre los factores que influyen en el valor de la intensidad de campo B en el interior de la espira muestra que éste depende de: ƒ Las propiedades del medio que rodea la espira (reflejadas en su permeabilidad magnética µ) ƒ La intensidad de corriente I que circula por la espira ƒ Valor del radio R de la espira
Todo ello se recoge en la siguiente ecuación:
c. Campo magnético debido a un solenoide Un solenoide o bobina es, en esencia, un conjunto de espiras iguales y paralelas dispuestas a lo largo de una determinada longitud que son recorridas por la misma intensidad de corriente. Su forma es semejante a la del alambre espiral de un bloc. d. Módulo del campo debido a una bobina El estudio experimental de la intensidad del campo magnético B debido a un solenoide en un punto cualquiera de su interior pone de manifiesto que una mayor proximidad entre las espiras produce un campo magnético más intenso, lo cual se refleja en la expresión de B a través del cociente N/L, siendo N el número de espiras y L la longitud del solenoide. Dicha expresión viene dada por la ecuación:
El cociente N / L representa el número de espiras por unidad de longitud, siendo su valor tanto mayor cuanto más apretadas están las espiras en el
solenoide. e. Dirección y sentido del campo magnético El espectro magnético del campo creado por un solenoide se parece más aún al de un imán recto que el debido a una sola espira. La regla que permite relacionar la polaridad magnética del solenoide como imán con el sentido convencional de la corriente que circula por él es la misma que la aplicada en el caso de una sola espira.
3. CONCLUSIONES
Gracias a varios principios físicos así como la ley de Ampere y de Biot-Savart logramos entender fenómenos físicos como el magnetismo y permite que el ser humano lo use a su ventaja. La ley de Newton que específica que un cuerpo permanecerá en movimiento al menos de que una fuerza se oponga. Reduciendo la fricción del aire y del suelo (levitación), hace menor la fuerza opositora y es más fácil para un objeto alcanzar dichas velocidades. La elevación del suelo es enteramente causa del campo magnético y la forma en la que está planteada la pista con respecto al tren.
