Fundamentos
Kijusa94
El magnetismo es un fenómeno físico por el que los objetos ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales.
Polos Magnéticos
Todo imán tiene dos polos: Norte (N) y Sur (S). * Polos iguales se repelen. * Polos opuestos se atraen. * No existen monopolos magnéticos: Si cortas un imán a la mitad, obtienes dos imanes más pequeños, cada uno con su norte y sur.
Líneas de Campo Magnético: * Salen del polo Norte y entran al polo Sur. * Son líneas cerradas (a diferencia de las líneas de campo eléctrico que nacen y mueren en cargas). * La densidad de líneas indica la intensidad del campo.
En 1820, Hans Christian Ørsted descubrió que una corriente eléctrica desvía la aguja de una brújula.
Conclusión fundamental: Las cargas eléctricas en movimiento (corriente) crean campos magnéticos.
Es una herramienta mnemotécnica para determinar la dirección del campo magnético creado por una corriente.
El campo magnético \(\vec{B}\) se define en función de la fuerza magnética ejercida sobre una carga de prueba \(q\) que se mueve con velocidad \(\vec{v}\).
\[ \vec{F}_B = q(\vec{v} \times \vec{B}) \]
La magnitud de la fuerza es: \[ F_B = |q| v B \sin(\theta) \]
Donde \(\theta\) es el ángulo entre la velocidad y el campo magnético.
Unidades: * En el SI: Tesla (T). * \(1 \, T = 1 \frac{N}{C \cdot m/s} = 1 \frac{N}{A \cdot m}\) * Otra unidad común (CGS): Gauss (G) (\(1 \, T = 10^4 \, G\)).
Si una partícula cargada se mueve en una región donde existen tanto un campo eléctrico \(\vec{E}\) como un campo magnético \(\vec{B}\), la fuerza total (Fuerza de Lorentz) es la suma vectorial de ambas:
\[ \vec{F} = q\vec{E} + q(\vec{v} \times \vec{B}) \]
Relaciona la componente tangencial del campo magnético a lo largo de una curva cerrada con la corriente que atraviesa el área delimitada por dicha curva.
\[ \oint \vec{B} \cdot d\vec{l} = \mu_0 I_{encerrada} \]
Donde \(\mu_0\) es la permeabilidad magnética del vacío: \[\mu_0 = 4\pi \times 10^{-7} \, T\cdot m/A\]
Cuando la geometría del conductor no es simétrica, usamos la Ley de Biot-Savart para calcular el campo magnético diferencial \(d\vec{B}\) generado por un elemento de corriente diferencial \(I d\vec{l}\).
\[ d\vec{B} = \frac{\mu_0}{4\pi} \frac{I d\vec{l} \times \hat{r}}{r^2} \]
Los materiales se clasifican según su respuesta a campos magnéticos externos. Los materiales ferromagnéticos (como el Hierro, Níquel, Cobalto) son los más importantes en ingeniería.
Michael Faraday descubrió que un campo magnético variable en el tiempo induce una fuerza electromotriz (FEM) en un circuito.
\[ \mathcal{E} = - \frac{d\Phi_B}{dt} \]
Donde \(\Phi_B\) es el flujo magnético: \[\Phi_B = \int \vec{B} \cdot d\vec{A}\]
Ley de Lenz (El signo menos)
La polaridad de la FEM inducida es tal que tiende a producir una corriente que crea un flujo magnético que se opone al cambio en el flujo magnético original.
Establece que el flujo magnético neto a través de cualquier superficie cerrada es siempre cero.
\[ \oint \vec{B} \cdot d\vec{A} = 0 \]
Significado Físico: * Las líneas de campo magnético no tienen principio ni fin; son bucles continuos. * Confirma la inexistencia de monopolos magnéticos aislados.
Es el proceso de generar corriente eléctrica mediante campos magnéticos variables.
Aplicaciones principales: * Generadores: Convierten energía mecánica en eléctrica rotando una bobina dentro de un campo magnético. * Transformadores: Dispositivos estáticos que cambian el voltaje AC basándose en el acople magnético entre dos bobinas (primario y secundario) a través de un núcleo ferromagnético.
Los motores transforman energía eléctrica en mecánica aprovechando las fuerzas magnéticas (Lorentz).
Concepto Clave: Deslizamiento (Slip) El rotor de un motor de inducción siempre gira un poco más lento que el campo magnético rotatorio del estator. Si giraran a la misma velocidad, no habría variación de flujo, ni inducción, ni torque.