Electromagnetismo

Ciencias II/Bloque IV
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Electromagnetismo
¿Qué es el electromagnetismo?
Es la rama de
la física
estudia los
fenómenos
eléctricos y
magnéticos,
que están
estrechamente
relacionados.


El electromagnetismo inicialmente se estudiaba
de manera separada: por un lado los
fenómenos eléctricos y por otro los magnéticos
Estos dos fenómenos se unen en una sola teoría,
ideada por Faraday, y se resumen en cuatro
ecuaciones que relacionan campos eléctricos,
campos magnéticos conocidas como las
ecuaciones de Maxwell.
Los precursores
Los fenómenos relacionados con
el ámbar eran conocidos en la
antigua Grecia

El ámbar (elektron en griego), tiene
la propiedad de atraer otros
objetos muy livianos. Esta propiedad
aumenta si se lo frota por ejemplo
con una tela.
Los fenómenos relacionados con
los imanes eran conocidos en Asia
Menor

Existen registros de que los chinos
utilizaban brújulas para orientarse
en la navegación, al menos desde el
siglo XI. En el siglo siguiente el uso
de la brújula se extendió a Arabia y
a Europa.
Desde hace miles de años se conoce la existencia de materiales con
propiedades notables
Los precursores
En el año 1600, el inglés William Gilbert publicó el trabajo De
Magnete, en el que hizo importantísimas contribuciones a la
electricidad y el magnetismo.
diferenció claramente entre los fenómenos magnéticos y los
eléctricos, hecho que no era claro hasta ese momento, ya que en
ambos casos hay fuerzas de repulsión y atracción entre
determinadas sustancias.
los fenómenos magnéticos son más intensos, no dependen de
interponer un objeto en el medio, y no los afecta la humedad del
ambiente. Los eléctricos en cambio pueden amplificarse por
frotamiento, y se manifiestan en más sustancias.
Los precursores
La primera señal:
el experimento de Oersted

Los fenómenos eléctricos y
magnéticos fueron
considerados como
independientes hasta 1820,
cuando su relación fue
descubierta por casualidad
por el físico danés Hans
Christian Oersted
El experimento de Oersted
Hans Oersted estaba preparando su
clase de física en la Universidad de
Copenhague,, cuando al mover una
brújula cerca de un cable que conducía
corriente eléctrica notó que la aguja se
deflectaba hasta quedar en una posición
perpendicular a la dirección del cable.
Más tarde repitió el experimento una
gran cantidad de veces, confirmando el
fenómeno. Por primera vez se había
hallado una conexión entre la
electricidad y el magnetismo, en un
accidente que puede considerarse como
el nacimiento del electromagnetismo.
Oersted demostró que una corriente eléctrica crea a su alrededor un
campo magnético. Más tarde se demostró que dicha capacidad de
creación de un campo magnético sólo la tenían las cargas eléctricas en
movimiento y no las cargas eléctricas en reposo.
Aplicaciones: El electroimán
Un electroimán es un tipo
de imán en el que el
campo magnético se
produce mediante el flujo
de una corriente eléctrica
desapareciendo en
cuanto cesa dicha
corriente.

Grúas electromagnéticas

Timbres eléctricos

Motores
La Primera Unificación de la Electricidad y el
Magnetismo: La inducción electromagnética
Michael Faraday
Faraday: un genio intuitivo
Michael Faraday había nacido en un hogar pobre
en las afueras de Londres y sólo había recibido
poco más que la educación primaria. A los 20 años
fue contratado como asistente del célebre químico
Humphry David, junto a quien comenzó a realizar
investigación acerca de diversos fenómenos de
electricidad y electrólisis, siempre convencido de
que en realidad la electricidad era sólo una de las
muchas manifestaciones de las fuerzas unificadas de
la naturaleza.
El descubrimiento de la
inducción electromagnética
Basado en el principio de conservación de la
energía, Faraday pensaba que si una
corriente eléctrica era capaz de generar un
campo magnético, entonces un campo
magnético debía también producir una
corriente eléctrica.
En 1831, llevó a cabo una serie de
experimentos que le permitieron descubrir el
fenómeno de inducción.
Encontró, entre otras cosas, que moviendo un
imán a través de un circuito cerrado de
alambre conductor se generaba una corriente
eléctrica y que además esta corriente también
aparece al mover el alambre sobre el mismo
imán quieto.
Faraday: un genio intuitivo
El mismo Faraday utilizó este principio básico
para construir la dínamo (generador eléctrico),
logrando por primera vez convertir energía
mecánica en eléctrica, y sentando las bases
para uno de los más grandes desarrollos
tecnológicos y económicos de la historia, con la
invención del motor eléctrico y los generadores.
Aplicaciones de la inducción
electromagnética
Generadores o dínamos

A una máquina que convierte la
energía mecánica en eléctrica se
le denomina generador,
alternador o dínamo
Motores

A una máquina que convierte la
energía eléctrica en mecánica se
le denomina motor.
Los Motores y generadores eléctricos, son un grupo de aparatos que se utilizan para
convertir la energía mecánica en eléctrica, o a la inversa, con medios electromagnéticos.
Se puede decir que una dinamo es una máquina
eléctrica rotativa que produce energía eléctrica en
forma de corriente continua aprovechando el
fenómeno de inducción electromagnética. Esta
máquina consta fundamentalmente de un electroimán
encargado de crear un campo magnético fijo conocido
por el nombre de inductor, y un cilindro donde se
enrollan bobinas de cobre, que se hacen girar a una
cierta velocidad cortando el flujo inductor, que se
conoce como inducido

Generadores o Dínamos

Motores
Su funcionamiento se basa en las fuerzas que
aparecen en los conductores del rotor cuando son
recorridos por corrientes eléctricas y, que a su vez,
se encuentran sometidos a la acción de un campo
magnético.
Al introducir una corriente a la bobina del rotor
mediante unas escobillas, ésta, al encontrarse entre
los polos de un imán, será sometida a una serie de
fuerzas tangenciales sobre los conductores de cada
lado de la misma, fuerzas de sentido contrario en
cada lado y que por tanto forman un par rotatorio
obligándola a girar sobre su eje.
Un generador eléctrico es un dispositivo que
convierte energía mecánica en energía eléctrica.
Por la ley de Faraday, al hacer girar una espira
dentro de un campo magnético, se produce una
variación del flujo de dicho campo a través de la
espira y por tanto se genera una corriente
eléctrica.
La Generación de
Energía Eléctrica
En las centrales de generación de energía
eléctrica la energía mecánica que el
generador transforma en energía eléctrica
proviene del movimiento de una turbina,
accionada, dependiendo del tipo de central,
por vapor de agua, aire o agua.
LA GENERACIÓN DE
ENERGÍA ELÉCTRICA
La Generación de Energía Eléctrica
Un generador
eléctrico es un
dispositivo que
convierte energía
mecánica en
energía eléctrica.
Por la ley de
Faraday, al hacer
girar una espira
dentro de un
campo magnético,
se produce una
variación del flujo
de dicho campo a
través de la espira
y por tanto se
genera una
corriente eléctrica.
La Generación de Energía Eléctrica
En las centrales de generación de energía eléctrica (nucleares, térmicas,
eólicas, hidráulicas...) la energía mecánica que el generador transforma
en energía eléctrica proviene del movimiento de una turbina, accionada
dependiendo del tipo de central por vapor de agua, aire o agua.
La Segunda Unificación de la Electricidad y el
Magnetismo
Las ondas electromagnéticas de James Maxwell
Maxwell completa la teoría
La formulación final del electromagnetismo fue realizada por James
Maxwell en 1873, en su famoso Tratado sobre electricidad y magnetismo.
Su principal contribución fue notar que así como un campo magnético
variable crea una corriente eléctrica, algo similar ocurre con un campo
eléctrico que cambia en el tiempo, actuando como una fuente extra de
campo magnético creando una corriente de desplazamiento.
Uno de los grandes triunfos del trabajo de unificación realizado por
Maxwell consiste en la predicción de que, en el espacio vacío, los campos
eléctricos y magnéticos se propagan como ondas transversales oscilantes.
El descubrimiento de las
ondas electromagnéticas
La velocidad de estas ondas podía ser
calculada a partir de fórmulas matemáticas
que involucraban dos constantes
fundamentales, la permeabilidad eléctrica y
magnética del vacío.
Maxwell halló que la velocidad de estas
ondas era de 310.740 km/s, casi idéntica a
la velocidad de la luz, lo que lo llevó a
proponer que…
Ejemplos de ondas electromagnéticas son:
Las señales de radio y televisión
Microondas generadas en los hornos microondas
Radiación Infrarroja provenientes de cuerpos a temperatura
ambiente
La luz
La radiación Ultravioleta proveniente del Sol
Los Rayos X usados para tomar radiografías del cuerpo humano
La radiación Gama producida por núcleos de elementos
radiactivos

Maxwell predijo que deberían existir otras ondas
electromagnéticas diferentes a la luz…
La luz: ejemplo de ondas electromagnéticas
“ la velocidad es tan cercana a la de la luz, que
parece tenemos fuertes razones para concluir que
la luz misma, independientemente de su origen, es
una perturbación electromagnética en la forma de
ondas del campo electromagnético que se
propagan de acuerdo a las leyes del
electromagnetismo”.
Espectro electromagnético
Se denomina espectro electromagnético a la familia de ondas
electromagnéticas representadas gráficamente con su
correspondiente longitud de onda y frecuencia.
Las ondas de
menor frecuencia
son menos
energéticas; por el
contrario, las
ondas de alta
frecuencia poseen
más energía
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

El espectro electromagnético es un conjunto de ondas que van desde
las ondas con mayor longitud como las ondas de radio, hasta las que
tienen menor longitud como los rayos gamma.
Es importante anotar que las ondas con mayor longitud de onda tienen
menor frecuencia y viceversa.
Las características propias de cada tipo de onda no solo es su longitud
de onda, sino también su frecuencia y energía.
Rayos Gamma
Rayos X
Radiación electromagnética de muy alta frecuencia y
por lo tanto de alta energía, es emitida como
consecuencia de la radioactividad.
Una forma de radiación electromagnética o luz de muy alta
energía (longitud de onda corta). Los rayos X son invisibles
para nosotros, pero pueden fácilmente penetrar nuestro
cuerpo.
Ultravioleta
El “color” de la luz cuya longitud de onda es apenas menor
que aquella de la luz visible (azul o violeta), que nuestros ojos
pueden ver, pero más larga que la de los rayos X.
Infrarrojos
La radiación infrarroja, radiación térmica o
radiación IR es un tipo de radiación
electromagnética de mayor longitud de onda
que la luz visible, pero menor que la de las
microondas. Consecuentemente, tiene menor
frecuencia que la luz visible y mayor que las
microondas. ...
Microondas
Ondas electromagnéticas
de frecuencia elevada
utilizadas en teleproceso.
Un caso de interés: la luz visible
La luz es la porción del espectro
electromagnético que estimula la
retina del ojo humano
permitiendo la percepción de los
colores.
A la representación ordenada de
las ondas electromagnéticas de
la luz visible le se llama Espectro
Visible y ocupa una banda muy
estrecha de todo el espectro.
El espectro visible:
El espectro visible para el ojo humano es aquel que va desde
los 380 nm de longitud de onda para el color violeta hasta
los 780 nm para el color rojo. Fuera de estos límites, el ojo no
percibe ninguna clase de radiación.
La luz blanca es la mezcla de las ondas que
componen el espectro visible
¿qué es el color?
¿Qué es el color?
Se dice que un objeto es rojo porque refleja las
radiaciones luminosas rojas y absorbe todos los
demás colores del espectro. Esto es válido si la fuente
luminosa produce la suficiente cantidad de
radiaciones en la zona roja del espectro visible. Por lo
tanto, para que una fuente de luz sea considerada
como de buen “rendimiento de color”, debe emitir
todos los colores del espectro visible. Si falta uno de
ellos, este no podrá ser reflejado.