miércoles, 28 de octubre de 2015

Reseña histórica del Electromagnetismo

Reseña histórica del Electromagnetismo

 El electromagnetismo tuvo su origen en el invento de la pila eléctrica, realizado por el italiano Alessandro Volta en 1800.
 Veinte años más tarde, se hizo por casualidad otro importante descubrimiento: mientras el físico danés Hans Christian Oersted impartía una clase de física a sus alumnos, empujó en forma accidental una brújula que se encontraba bajo un alambre conectado a una pila, el cual conducía una corriente eléctrica continua o directa: observó con asombro cómo la aguja realizaba un giro de 90° para colocarse perpendicularmente al alambre.
Con ello se demostraba que éste, además de conducir electricidad, generaba a su alrededor una fuerza parecida a la de un imán, es decir, generaba un campo magnético; así se descubrió el electromagnetismo. Poco tiempo después, el científico francés André Marie Ampere (1775-1836), descubrió que el campo magnético podía intensificarse al enrollar el alambre conductor en forma de bobina.
Este hecho condujo a Joseph Henry, el profesor estadounidense, a realizar otro descubrimiento importante; se le ocurrió recubrir con un material aislante a los alambres y los enrolló alrededor de una barra de hierro en forma de U. Luego los conectó a una batería y observó que la corriente eléctrica magnetizaba al hierro y cuando la corriente dejaba de circular entonces desaparecía el campo magnético de la barra de hierro. Se había descubierto el electroimán, pieza fundamental de los motores eléctricos.

En 1821 Michael Faraday construyó el primer motor experimental. Para ello suspendió un alambre sujeto por un soporte, de tal manera que cada extremo quedase sumergido en un depósito de mercurio con un imán en el centro. Cuando se hace pasar corriente, cada extremo del alambre se mueve en círculos alrededor del imán.
Después del motor de Faraday se construyeron varios tipos de motores eléctricos que funcionaban con baterías y eran utilizados para taladros, tornos o prensas de impresión. Sin embargo eran muy costosos y requerían de baterías muy grandes. Fue hasta 40 años después cuando el Ingeniero belga Théophile Gramme (1826-1901), construyó el primer generador eléctrico o dinamo capaz de transformar la energía eléctrica.
Dado que los primeros motores utilizaban baterías productoras de corriente continua, todos los generadores de esas fechas producían ese tipo de corriente. No obstante, el tiempo habría de demostrar que era más rentable generar corriente de alto voltaje y después transformarla en otras de menor tensión. En virtud de que los transformadores sólo utilizan corriente alterna, en poco tiempo desapareció el generador de corriente continua para darle paso a escala industrial, al de corriente alterna.

En 1888 Nikola Tesla inventó el motor de inducción, el cual funciona con corriente alterna y cuyos usos actualmente son muy amplios en diversos aparatos eléctricos, como son: lavadoras, licuadoras, ventiladores, refrigeradores, tornos, bombas, sierras, taladros, entre otros. El físico ruso Heinrich Lenz (1804-1865), se especializó en la inducción eléctrica y estableció una ley que lleva su nombre, en la cual se afirma: una corriente inducida por fuerzas electromagnéticas siempre produce efectos que se oponen a las causas que lo producen.
A fines del siglo XIX los científicos reconocieron la existencia de las ondas electromagnéticas y las llamaron ondas hertzianas como un reconocimiento a éste físico alemán. Así concluimos que el efecto magnético de la corriente y la inducción electromagnética han revolucionado a la ciencia, pues dieron origen a un área muy importante de la física llamada electromagnetismo. Al aplicar sus principios y las leyes a escala industrial, se ha logrado un gran avance tecnológico: la electrificación del mundo



BRÚJULA

BRÚJULA

Es el instrumento utilizado para la determinación del norte magnético de la Tierra, y por tanto, para la determinación de cualquier dirección con relación a éste. En su forma básica consiste en una aguja magnetizada sujeta en su punto central y con posibilidad de giro sobre una rosa de direcciones.
La brújula puede tener muchos usos, pero todos derivados del hecho de que su aguja imantada siempre apunta al Norte. En orientación su uso se limita a lo más simple, orientar el mapa correctamente, identificar nuestra posición, y darnos una dirección de viaje o rumbo a un punto de referencia.
Llegados a este punto es preciso recordar que el norte o polo magnético y el norte geográfico no coinciden con exactitud, estando este último a la derecha del primero, por lo que debemos tener en cuenta esta variación cuando calculemos un rumbo muy preciso. La brújula se puede utilizar con o sin mapa, aunque con éste las posibilidades de orientación aumentan considerablemente.
Como sabemos los mapas están orientados al Norte y la brújula nos indica siempre el Norte magnético, lo que debemos hacer es hacer coincidir el norte de la brújula con el del mapa y para ello colocamos la brújula sobre el mapa y giramos ambos hasta que la aguja sea paralela al Norte del mapa. Una vez orientado no será difícil identificar nuestra ubicación localizando en el mapa aquellos elementos del paisaje que aparecen ante nuestra vista.
Para hacerlo más fácil la brújula es el instrumento que posee todas las direcciones o rumbos horizontales de la rosa náutica. Se fabrican muchos tipos de brújulas, pero cualquiera tendrá tres elementos fundamentales:

La aguja imantada: inventada por los chinos en el año 150, suele ser de acero y va montada libremente en el limbo, señalando una de sus puntas siempre al Norte magnético, siempre el Sur, a no ser que se use la brújula cerca de objetos metálicos o fuentes de electricidad, que pueden modificar su comportamiento.
El limbo o esfera graduada: círculo donde gira la aguja de la brújula. El sistema habitual de graduación es el sexagesimal que divide el círculo en 360 grados. El limbo puede ser fijo, moviéndose sólo la aguja, o flotante, siendo solidarios el limbo y la aguja.
La caja o chasis: es la estructura donde se aloja los dos elementos anteriores y el resto de elementos si los hubiera. De forma variable, su diseño depende del tipo de brújula.
Además de estos elementos algunas brújulas más completas poseen además de la aguja imantada, el limbo y la caja, un clicómetro con el cual se puede ubicar el norte real con solo girar varias veces el mismo debido a que cada clic establece una diferencia de tres grados, un escalímetro que es utilizado para realizar mapas topográficos y en el cual se encuentran marcadas las escalas en metros, pelo de asimut que sirve para enfocar objetos a distancia y obtener con el mismo su posición en grados, ranura de asimut que contiene el pelo de asimut y es en la que se visualiza el objeto destinado a enfocar.

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LA BRÚJULA Y SUS APLICACIONES

LA BRÚJULA Y SUS APLICACIONES

La brújula primordial mente se compone de una caja con un circulo, graduado de 0º a 90º en ambas direcciones desde los puntos N y S, y teniendo por lo general intercambiados los puntos E y W con el fi de leer directamente los rumbos; o graduado de 0º a 360º desde el punto N para leer los azimuts, además cuentan con una aguja magnética.

Existen distintos tipos de brújulas, con grados de complejidad muy variados para distintas funciones, debido que a veces no es tan necesario su uso o por el contrario se necesita una muy compleja para mediciones exactas.

Para poder determinar el azimut o el rumbo de una recta, situamos la brújula sobre la línea, se nivela, se suelta la aguja para que pueda girar libremente, se da vista a otro punto de la recta, y cuando la aguja se quede quieta, se lee el ángulo que ésta indica.



MERIDIANDO VERDADERO Y MERIDIANO MAGNETICO

Si la recta de referencia, respecto a la cual se toman las direcciones, es la recta que pasa por los polos (N y S) geográficos de la tierra, se denomina meridiano verdadero. Si es la recta que pasa por los polos magnéticos se denomina meridiano magnético.

Estos últimos se determinan por medio de la brújula y no es paralelo al verdadero, pues estos están a alguna

distancia de los geográficos; además, como los polos magnéticos están cambiando de posición constantemente, entonces este meridiano no tendrá dirección estable.


DECLINACION E INCLINACION MAGENTICAS

El ángulo que forma el meridiano magnético con el verdadero se denomina declinación magnética. Para cada punto sobre la tierra tiene un valor diferente y variable. Uniendo puntos de igual declinación magnética resulta una línea llamada isogónica.

La aguja de la brújula trata de inclinar su extremo norte en el hemisferio norte y su extremo sur en el hemisferio sur. El ángulo que hace la aguja con la horizontal se llama inclinación magnética. Las líneas que unen puntos de igual inclinación se llaman isoclínicas.





ATRACCIÓN LOCAL

La dirección de las líneas de fuerza magnética se altera por la llamada atracción local, originada por la presencia de objetos de hierro o acero, de algunos otros metales y por corrientes eléctricas que producen atracción magnética sobre la aguja de la brújula hasta el punto de que algunos lugares se hace imposible el uso de esta herramienta por que existe una atracción local demasiado grande.



LINEAS DE INDUCCION MAGNETICA

LINEAS DE INDUCCIÓN MAGNÉTICA


Así como las líneas de fuerza sirven para visualizar un campo eléctrico, las líneas de inducción magnética se utiliza para representar un campo magnético.
Tiene las siguientes características.
·     La limadura se alinean con las líneas de campo que muestran la dirección del campo en cada punto
·         Las líneas de inducción son tangente el vector B en todo punto

·       En las regiones donde las líneas de inducción están mas próximas al campo magnético es mas intenso.

LINEAS DE CAMPO MAGNÉTICO DE UN IMÁN O BARRA

LINEAS DE CAMPO MAGNÉTICO DE UN IMÁN O BARRA


Las formas de inducción del campo magnético de un imán se puede obtener esparciendo limaduras de hierro en campo magnético generando como configuración de las líneas de fuerza que comienzan en cargas positivas y terminan en cargas negativas.

LINEAS DE INDUCCIÓN MAGNÉTICA EN UN UNIFORME.

LINEAS DE INDUCCIÓN MAGNÉTICA EN UN UNIFORME.


Si se colocan las caras de los puntos de un imán separado una pequeña distancia, se obtiene un campo magnético uniforme o constante, la magnitud, la dirección y el sentido no varia.

FUERZA MAGNÉTICA SOBRE UNA CARGA ELÉCTRICA.

FUERZA MAGNÉTICA SOBRE UNA CARGA ELÉCTRICA.



Cuando una carga eléctrica penetra en el interior de un campo magnético y se desplaza dentro de el la carga experimenta una fuerza debido a la acción de dicha carga, esta fuerza depende de unos factores.
  • El valor la carga que cuanto mayor sea el valor de la carga mayor será la fuerza magnética que se ejerce sobre la carga.
  • De la velocidad V de la carga cuanto mayor sea la velocidad de la carga mayor será la fuerza magnética que se ejerce sobre ella si la carga esta en reposo, no aparece fuerza magnética sobre ella.
  • De la intensidad de campo magnético en el cual se encuentra la carga cuanto mayor intensidad del campo magnético mayor será la fuerza que ejerce sobre la carga

Una barra imantada o un cable que transporta corriente pueden influir en otros materiales magnéticos sin tocarlos físicamente por que los objetos magnéticos producen un campo magnético. Los campos magnéticos o líneas de fuerza.

CARACTERÍSTICAS DEL VECTOR CAMPO MAGNÉTICO (B)

CARACTERÍSTICAS DEL VECTOR CAMPO MAGNÉTICO (B)

Dirección de B
En cualquier punto, la dirección del campo magnético es igual a la dirección de las líneas de fuerza.

Para determinar la dirección del campo magnético existen dos maneras que son:

  • 1.    La brújula, la orientación que toma esta indicara la dirección del campo magnético.
  • 2.  Determinar la dirección en la cual a de moverse una carga positiva con velocidad perpendicular al campo magnético, en un punto de la región comprendida entre los polos de un imán
Sentido de B
Para determinar el sentido se utiliza la regla de la mano derecha siempre y cuando en este actué una carga eléctrica negativa.

Magnitud de B

Cuando una carga que es disparada con una velocidad “V” formándolo con un angulo θ con el campo magnético “B” se observa que esta experimenta una fuerza proporcional al valor de la carga y a la componente de la velocidad perpendicular al campo magnético.