Monday, March 06, 2006

 
DIFERENTES MEDIOS DE PRODUCIR LA CORRIENTE ELÉCTRICA.
Se pueden mencionar básicamente seis métodos comúnmente usados para la producción de la fuerza electromotriz.
VOLTAJE PRODUCIDO POR FRICCIÓN.
En este método se produce voltaje friccionando dos cuerpos, es el menos usado de los seis métodos, su aplicación principal se encuentra en los llamados GENERADORES DE VAN DE GRAFF, usados en algunos laboratorios para producir voltajes.
VOLTAJE PRODUCIDO POR PRESIÓN.
Existe una propiedad llamada PIEZOELECTRICIDAD que se encuentra en ciertas cerámicas y minerales, ya sea en forma natural o trabajadas por el hombre. Estos cristales producen voltaje cuando se presiona mecánicamente y vibra cuando se aplica una señal eléctrica a un eje del cristal.
Esta es una propiedad útil para micrófonos, circuitos de control, de radio frecuencia e inclusive en relojes eléctricos de cuarzo, donde han encontrado una aplicación comercial amplia.
ENERGÍA DE LA LUZ.
La energía de la luz se usa con FOTOCELDAS y ciertos semiconductores para generar voltajes. La luz es la fuente de energía necesitada por algunos de los electrones de la banda de valencia para pasar de la banda de no conducción a la de conducción, como resultado de esto, se desarrolla un voltaje en las terminales del dispositivo. La corriente y voltaje de los dispositivos fotoeléctricos, son pequeñas, lo cual restringe su aplicación.
Estos dispositivos son útiles en circuitos electrónicos que son diseñados para hacer uso efectivo de sus propiedades. Parte de este proceso es el usado en las llamadas CELDAS SOLARES.
VOLTAJE PRODUCIDO POR CALOR.
La energía calorífica se puede usar en forma directa para producir electricidad como en un TERMOPAR. Dos metales distintos conectados en un extremo únicamente, producen una diferencia de potencial en los extremos de los metales cuando la unión de los mismos se calienta. Esta potencial es el resultado de la capacidad de producción de electrones libres en cada uno de los metales. Los electrones libres viajan de un metal a otro y tienden a concentrarse en uno de ellos más que en el otro.
Esta diferencia en la concentración de cargas es el voltaje que se desarrolla en las terminales del TERMOPAR. El voltaje obtenido de esta forma, es pequeño y se usa con circuitos electrónicos en aplicaciones de control de procesos.
VOLTAJE PRODUCIDO DE LA ENERGÍA QUÍMICA.
Las baterías y celdas combustibles son un ejemplo de uso de la energía química para producir voltaje en corriente continua. Hay dos categorías generales de baterías: Primarias y Secundarias. Las celdas primarias no se pueden recargar en tanto que las secundarias si son recargables. La unidad básica de una batería es una celda. Las baterías comerciales pueden ser de celdas sencillas o de una combinación de celdas. El voltaje de la celda cuando no se demanda corriente está determinado por los elementos químicos y los metales usados para construirla. Por lo tanto, las celdas de mercurio difieren de las de carbón - zinc. Así como las de oxido de níquel difieren de las de carga ácida.
El voltaje en las terminales de una batería, depende del número de celdas que están conectadas en serie. Por ejemplo, una celda con una FEM. de 2 volts, si se conectan tres en serie, proporcionará una FEM de seis volts. La capacidad de corriente de una celda, esta determinada por el área de la celda. Conectando celdas en paralelo, se puede incrementar la capacidad de corriente.
VOLTAJE PRODUCIDO POR MAGNETISMO.
Los imanes o los dispositivos magnéticos se usan en una gran variedad de aplicaciones. Una de las útiles y ampliamente utilizada, es en la producción de energía eléctrica a partir de la energía mecánica. La energía mecánica se puede obtener a su vez de una gran variedad de fuentes primarias de energía como son: El agua, usando turbinas hidráulicas, el vapor, usando turbinas térmicas, en donde se requiere diesel, gasolina, turbosina o derivados del petróleo como fuente primaria, también una fuente primaria son los materiales nucleares, el viento, las mareas de mar. Sin embargo, la conversión final de estas fuentes de energía a electricidad, se hace por generadores eléctricos que operan bajo el principio de inducción electromagnética.
Para empezar con este principio, deben existir tres condiciones fundamentales para producir voltaje a partir de magnetismo y que son:
1.- Debe haber un conductor en el cual el voltaje se produzca.
2,. Debe haber un campo magnético, cerca del conductor.
3.- Debe haber un movimiento relativo entre el conductor y el campo magnético.
El conductor se debe mover de manera que corte a las líneas de fuerza o bien el campo magnético se debe mover de manera que las líneas de fuerza sean cortadas por el conductor

LA CORRIENTE ELÉCTRICA.
La electricidad se produce cuando los electrones se liberan de sus átomos. Puesto que los electrones de valencia son los mas alejados de la fuerza atractiva del núcleo y además tienen el nivel de energía más alto, son los que pueden liberarse más fácilmente. Cuando se aplica suficiente fuerza a un átomo, los electrones de valencia se liberan.
Si se quiere usar energía eléctrica para realizar algún trabajo, es preciso que la electricidad se ponga en marcha. Esto sucede cuando se tiene una corriente eléctrica. La corriente se produce, cuando en el conductor hay muchos electrones libres que se mueven en la misma dirección.
Los electrones suelen moverse en diversas direcciones, de manera que tales efectos se anulan. Pero cuando se hace que los electrones se muevan en la misma dirección entonces sus efectos se suman y la energía que liberan puede aprovechares para realizar algún trabajo. Además, mientras mayor sea el número de electrones que se mueven en la misma dirección, mayor será el flujo de corriente y se dispondrá de mayor energía para efectuar algún trabajo.
CIRCUITO ELÉCTRICO.
Si se aplicara una carga negativa en un extremo del alambre, esta carga repelería a los electrones libres del otro extremo del alambre. La corriente fluiría sólo por un instante hasta que se acumularan suficientes electrones en el otro extremo para producir una carga negativa igual que evitaría que ingresaran electrones. Esta sería electricidad estática debido a que todo quedaría en reposo.
Para tener una corriente eléctrica, los electrones libres deben mantenerse en movimiento. Esto se logra si se usa una fuente de energía para aplicar cargas opuestas a los dos extremos del alambre. Entonces, la carga negativa repelerá los electrones en todo el alambre. En el lado positivo, los electrones serán atraídos a la fuente; pero por cada electrón que entre a la fuente, habrá otro electrón que está suministrará al alambre por el lado negativo. Por consiguiente, la corriente seguirá fluyendo a través del alambre en tanto se continúe aplicando las cargas eléctricas de la fuente de energía. A esto se le llama circuito completo cerrado.
Si el alambre se rompiera en cualquier punto, entonces, en la parte conectada al lado negativo de la batería, los electrones se acumularían en el extremo en que se rompió el alambre, mientras que, en la otra parte, el lado positivo de la batería atraería los electrones hacia sí. Así se establecería una carga en la apertura, suspendiéndose el movimiento de electrones. La corriente cesaría de fluir, un circuito abierto no conduciría corriente .
CUERPOS CONDUCTORES.
La capa de valencia puede contener hasta ocho electrones y cualquier energía que se aplique a uno de ellos se reparte entre todos los electrones de valencia. Por lo tanto, los átomos que tienen menos electrones de valencia, les dejarán liberarse fácilmente. Los materiales cuyos electrones se liberan fácilmente se llaman conductores. Los átomos de los conductores tiene solo 1o´2 electrones de valencia. Los que solo tienen 1 electrón de valencia, son los mejores conductores eléctricos.
CUERPOS AISLADORES.
Los aisladores son materiales que no dejan que sus electrones se liberen fácilmente. Los átomos de los aisladores tienen capas de valencia que están llenas con 8 electrones o bien llenas a más de la mitad. Cualquier energía que se aplique a uno de estos átomos se distribuirá entre un número de electrones relativamente grande. Además, estos átomos se resisten a desprenderse de sus electrones debido a un fenómeno que se conoce como estabilidad química.
Un átomo es completamente estable cuando su capa exterior está completamente saturada o cuando tiene 8 electrones de valencia. Un átomo estable resiste cualquier tipo de actividad. Todos los átomos que tienen menos de 8 electrones de valencia tienden a alcanzar el estado estable. Los que están llenos a menos de la mitad, tienden a liberar los electrones para vaciar la capa inestable. Pero los que están llenos a más de la mitad tienden a recoger electrones para llenar la capa de valencia. Así pues, no solamente es difícil liberar a sus electrones, sino que los átomos de aisladores también se opondrán a la producción de electricidad debido a su tendencia a atrapar a cualesquiera de los electrones que puedan ser liberados.
INTENSIDAD DE CORRIENTE.
La cantidad de corriente que fluye en un alambre está determinada por el número de electrones que pasa por un punto dado, en un segundo, un Coulomb es 6.28 x electrones. Si un Coulomb pasa en un punto en un segundo, se tendrá una corriente de 1 amper, o sea la unidad para medir la corriente es el AMPER.
DIFERENCIA DE POTENCIAL Y FUERZA ELECTROMOTRIZ.
Del mismo modo que debe haber una diferencia de presión en el agua para hacerla fluir entre dos puntos, también debe de haber una diferencia de presión eléctrica para hacer pasar una corriente de un punto a otro de un circuito eléctrico. Esta diferencia de presión eléctrica se llama DIFERENCIA DE POTENCIAL, y se mide en voltios. El voltio es la diferencia de potencial necesaria para hacer pasar un amper a través de una resistencia de un ohm.
Las diferencias de potenciales que aparecen en la práctica varían desde unas pocas millonésima de voltio a varios millones de voltios. La diferencia de potencial entre los terminales de una pila seca común es alrededor de 1.5 voltios; entre las terminales de una batería de automóvil, de unos 12 voltios. Las diferencias de potencial comúnmente aplicadas a los terminales de motores eléctricos son 115, 220 ,440 voltios. Las diferencias de potenciales entre conductores en líneas de transmisión de potencia son de hasta 345000 voltios.
Sí dos cuerpos tienen cantidades diferentes de carga, existe una diferencia de potencial entre ambos. La diferencia de potencial es pues simplemente una diferencia de cargas eléctricas. Cuando dos puntos con una diferencia de potencial entre ellos se unen por un conductor, se origina una corriente que trata de anular la diferencia existente de carga. Cuando las dos cargas se han igualado, la corriente se termina; por tanto, si se quiere mantener una corriente entre dos puntos, la diferencia de potencial entre ambos debe ser mantenida.
Un aparato que es capaz de mantener una diferencia de potencial o una diferencia de carga entre dos puntos, aun cuando esté pasando una corriente entre ambos, se dice que desarrolla una fuerza electromotriz (f.e.m.). Hay varias formas de producir una fuerza electromotriz, como son: por medios químicos, por campos magnéticos, por medio de un termopar y por medio de célula fotoeléctrica, se basan en este principio.
Por tanto, una diferencia de potencial origina una corriente, y una f.e.m. mantiene la diferencia de potencial. Como ambas son medibles en voltios, un término común, voltaje, se usa para indicar la medida de cualesquiera de ellas. Aunque los términos diferencia de potencial, f.e.m. y voltaje no significa exactamente lo mismo, se usan a menudo indistintamente.
RELACIÓN ENTRE INTENSIDAD DE CORRIENTE Y DIFERENCIA DE POTENCIAL.
Para hacer que los electrones se muevan con provecho. hay que empujarlos.Esta fuerza o empuje que se aplica a los electrones ha sido llamada FUERZA ELECTROMOTRIZ. Esta fuerza que mueve a los electrones, puede producirse por baterías, generadores y otros aparatos. Algunas veces a esta f.e.m. se le llama presión eléctrica por que es, en cierta manera, comparable a la presión de agua que produce una corriente en un tubo.
Esta f.e.m. o presión eléctrica, se mide en volts.
RESISTENCIA ELÉCTRICA.
Los materiales que tienen muchos electrones libres se llaman conductores, mientras que los que tienen pocos son llamados aislantes. Se dice que los conductores ofrecen poca resistencia al flujo de una corriente eléctrica, y los aislantes ofrecen mucha resistencia al paso de la intensidad. Resistencia eléctrica se define como la oposición ofrecida por un material al paso de la corriente eléctrica; la unidad practica de medida de la resistencia es el “OHMIO”. La resistencia depende no solo del material usado como conductor sino también del tamaño y temperatura del mismo. En un conductor de mucha sección, el número de electrones libres para moverse es mayor que en un conductor de poca sección por lo tanto, cuanto mayor sea la sección, menor es la resistencia, la cual también depende de la longitud del conductor y de la temperatura a la que este expuesto. Resumiendo la resistencia de un conductor depende: El material, la sección, la longitud y temperatura.

LA LEY DE OHM.
En el año de 1827, Georg Simon Ohm, observó la relación entre el voltaje aplicado V, la corriente I y la resistencia R y encontró que para un cierto valor fijo de la resistencias circula una corriente para un cierto voltaje aplicado. Si el voltaje se duplica, también se duplica la corriente, si se triplica, también se triplica la corriente, es decir: si se mantiene el valor de la resistencia constante, la corriente es directamente proporcional al voltaje.
Esta relación se puede expresar gráficamente dibujando a la corriente I contra el valor de voltaje V como se muestra en la siguiente figura:
Originalmente esta relación la expresó OHM de la forma: R = V / I = k ohms, donde R = resistencia en ohms, V = diferencia de potencial en volts, I = corriente en amperes y k = constante de proporcionalidad.

POTENCIA ELÉCTRICA.
La unidad de potencia eléctrica es el WATT ( W) en honor de James Watt. Un watt de potencia es igual al trabajo desarrollado en un segundo por una diferencia de potencial de 1 volt para mover un coulomb de carga.
De acuerdo con la definición de corriente, 1 coulomb / segundo es igual a un ampere.
Por lo tanto, la potencia en watts es igual al producto de los volts por los amperes; P = V I.
DISIPACIÓN DE POTENCIA EN UNA RESISTENCIA.
Cuando circula la corriente eléctrica por una resistencia, se produce calor debido a la fricción, entre los electrones libres en movimiento y los átomos que obstruyen el flujo de electrones. El calor es una evidencia de que la potencia se usa para producir la corriente eléctrica. Esta es el principio usado en los fusibles para protección de las instalaciones eléctricas, en donde el calor resultante de las altas corrientes, funde el fusible.
Dado que la potencia es disipada en la resistencia de un circuito, es conveniente entonces, expresar también la potencia en términos de la resistencia R, de manera que la fórmula P = V I, se puede modificar sustituyendo V = R I como: P = R .

Friday, January 27, 2006

 

produccion de corriente eléctrica


1. Generadores; 2. Central eléctrica; 3. Centrales Hidroeléctricas; 4. Centrales Térmicas; 5. Centrales Nucleares; 6. Centrales Solares; 7. Centrales Eólicas; 8. Centrales Geotérmicas; 9. Central Mareomotriz.

Generadores: La energía eléctrica se produce en los aparatos llamados generadores o alternadores.






Un generador consta, en su forma más simple de:
Una espira que gira impulsada por algún medio externo.
Un campo magnético uniforme, creado por un imán, en el seno del cual gira la espira anterior.

A medida que la espira gira, el flujo magnético a través de ella cambia con el tiempo, induciéndose una fuerzaelectromotriz, y si existe un circuito externo, circulará una corriente eléctrica.
Para que un generador funcione, hace falta una fuente externa de energía (hidraúlica, térmica, nuclear, etc.) que haga que la bobina gire con una frecuencia deseada.

Central eléctrica: Una central eléctrica es una instalación capaz de convertir la energía mecánica, obtenida mediante otras fuentes de energía primaria, en energía eléctrica.
Podemos considerar que el esquema de una central eléctrica es:








En general, la energía mecánica procede de la transformación de la energía potencial del agua almacenada en un embalse; de la energía térmica suministrada al agua mediante la combustión del carbón, gas natural, o fuel, o a través de la energía de fisión del uranio.
Para realizar la conversión de energía mecánica en eléctrica, se emplean unos generadores, más complicados que los que acabamos de ver en la pregunta anterior, que constan de dos piezas fundamentales:
El estator: Armadura metálica, que permanece en reposo, cubierta en su interior por unos hilos de cobre, que forman diversos circuitos.
El rotor: Está en el interior del estator y gira accionado por la turbina. Está formado en su parte interior por un eje, y en su parte más externa por unos circuitos, que se transforman en electroimanes cuando se les aplica una pequeña cantidad de corriente. Cuando el rotor gira a gran velocidad, debido a la energía mecánica aplicada en las turbinas, se produce unas corrientes en los hilos de cobre del interior del estator. Estas corrientes proporcionan al generador la denominada fuerzaelectromotriz, capaz de producir energía eléctrica a cualquier sistema conectado a él.









Como hemos visto la turbina es la encargada de mover el rotor del generador y producir la corriente eléctrica. La turbina a su vez es accionada por la energía mecánica del vapor de agua a presión o por un chorro de agua.
Todas las centrales eléctricas constan de un sistema de "turbina-generador" cuyo funcionamiento básico es, en todas ellas, muy parecido, variando de unas a otras la forma en que se acciona la turbina, o sea, dicho de otro modo en que fuente de energía primaria se utiliza, para convertir la energía contenida en ella en energía eléctrica.


Centrales Hidroeléctricas: Fueron las primeras centrales eléctricas que se construyeron.Una central hidroeléctrica es aquella en la que la energía potencial del agua almacenada en un embalse se transforma en la energía cinética necesaria para mover el rotor de un generador, y posteriormente transformarse en energía eléctrica.Por ese motivo, se llaman también centrales hidraúlicas.
Las centrales hidroeléctricas se construyen en los cauces de los ríos, creando un embalse para retener el agua. Para ello se construye un muro grueso de piedra, hormigón u otros materiales, apoyado generalmente en alguna montaña.La masa de agua embalsada se conduce a través de una tubería hacia los álabes de una turbina que suele estar a pie de presa, la cual está conectada al generador. Así, el agua transforma su energía potencial en energía cinética, que hace mover los álabes de la turbina.





Centrales Térmicas: Una central térmica para producción de energía eléctrica, es una instalación en donde la energía mecánica que se necesita para mover el rotor del generador y por tanto para obtener la energía eléctrica, se obtiene a partir del vapor formado al hervir el agua en una caldera.El vapor generado tiene una gran presión, y se hace llegar a las turbinas para que su expansión sea capaz de mover los álabes de las mismas.
Las denominadas termoeléctricas clásicas son de: carbón, de fuel o gas natural. En dichas centrales la energía de la combustión del carbón, fuel o gas natural se emplea para hacer la transformación del agua en vapor.
Una central térmica clásica se compone de una caldera y de una turbina que mueve al generador eléctrico. La caldera es el elemento fundamental y en ella se produce la combustión del carbón, fuel o gas.



Centrales Nucleares: Una central nuclear es una central térmica. La diferencia fundamental entre las centrales térmicas nucleares y las térmicas clásicas reside en la fuente energética utilizada. En las primeras, el uranio y en las segundas, la energía de los combustibles fósiles.
Una central nuclear es, por tanto, una central térmica en la que actúa como caldera un reactor nuclear. La energía térmica se origina por las reacciones de fisión en el combustible nuclear formado por un compuesto de uranio.
El combustible nuclear se encuentra en el interior de una vasija herméticamente cerrada. El calor generado en el combustible del reactor y transmitido después a un refrigerante se emplea para producir vapor de agua, que va hacia la turbina, transformándose su energía en energía eléctrica en el alternador.
La fisión nuclear es un proceso por el cual los núcleos de ciertos elementos químicos pesados se fisionan (se rompen) en dos fragmentos por el impacto de una partícula (neutrón), liberando una gran cantidad de energía con la que se obtiene, en la central nuclear, vapor de agua.
Las reacciones nucleares de fisión fueron descubiertas por O. Hahn y F. Strassman en 1938. Sólo dos isótopos del uranio y uno del plutonio cumplen las condiciones necesarias para ser utilizados en las reacciones de fisión: el uranio-233, el uranio-235 y el plutonio-239. De ellos, sólo el segundo se encuentra en la naturaleza y en muy pequeñas cantidades, el 0'7% del uranio natural. Los otros dos se obtienen artificialmente.

Centrales Solares Una central solar es aquella instalación en la que se aprovecha la radiación solar para producir energía eléctrica.
Este proceso puede realizarse mediante dos vías:
Fotovoltaica: Hacen incidir las radiaciones solares sobre una superficie de un cristal semiconductor, llamada célula solar, y producir en forma diracta una corriente eléctrica por efecto fotovoltaico.Este tipo de centrales se están instalando en paises donde el transporte de energía eléctrica se debería de realizar desde mucha distancia, y hasta ahora su empleo es básicamente para iluminación, y algunas aplicaciones domésticas.
Fototérmica: En las centrales solares que emplean el proceso fototérmico, el calor de la radiación solar calienta un fluido y produce vapor que se dirige hacia la turbina produciendo luego energía eléctrica.El proceso de captación y concentración de la radiación solar se efectúa en unos dispositivos llamados heliostatos, que actúan automáticamente para seguir la variación de la orientación del Sol respecto a la Tierra.
Existen diversos tipos de centrales solares de tipo térmico, pwero las más comunes son las de tipo torre, con un número grande de heliostatos. Para una central tipo de solo 10 MWe, la superficie ocupada por los heliostatos es de unas 20 Ha.

Centrales Eólicas: Una central eólica es una instalación en donde la energía cinética del viento se puede transformar en energía mecánica de rotación. Para ello se instala una torre en cuya parte superior existe un rotor con múltiples palas, orientadas en la dirección del viento. Las palas o hélices giran alrededor de un eje horizontal que actúa sobre un generador de electricidad, Aerogeneradores.
A pesar de que aproximadamente un 1% de la energía solar que re
cibe la Tierra se transforma en movimiento atmosférico, esta energía no se distribuye uniformemente, lo que limita su aprovechamiento.
Existen además limitaciones tecnológicas para alcanzar potencias superiores a un megavatio, lo cual hace que su utilidad esté muy restringida.
Una central eólica no es más que un conjunto de aerogeneradores.

Centrales Geotérmicas: Una central geotérmica son unas instalaciones que aprovecha la energía geotérmica para producir energía eléctrica.
Una central geotérmica no es nada más que una central térmica en la que la caldera ha sido reemplazada por el reservorio geotérmico y en la que la energía es suministrada por el calor de la Tierra, en vez del petróleo u otro combustible.


Central Mareomotriz: La energía mareomotriz es la energía asociada a las mareas provocadas por la atracción gravitatoria del Sol y principalmente de la Luna.
Las mareas se aprecian como una variación del nivel del mar, que ocurre cada 12h 30 minutos y puede suponer una diferencia del nivel desde unos 2 metros hasta unos 15 metros, según la diferencia de la topografía costera.
La técnica utilizada consiste en encauzar el agua de la marea en una cuenca y, en su camino, accionar las turbinas de una central eléctrica. Cuando las aguas se retiran, también generan electricidad, usando un generador de turbina reversible.










 
Inducción mutua y autoinducción
En sus primeras experiencias sobre el fenómeno de la inducción electromagnética Faraday no empleó imanes, sino dos bobinas arrolladas una sobre la otra y aisladas eléctricamente. Cuando variaba la intensidad de corriente que circulaba por una de ellas, se generaba una corriente inducida en la otra. Este es, en esencia, el fenómeno de la inducción mutua, en el cual el campo magnético es producido no por un imán, sino por una corriente eléctrica. La variación de la intensidad de corriente en una bobina da lugar a un campo magnético variable. Este campo magnético origina un flujo magnético también variable que atraviesa la otra bobina e induce en ella, de acuerdo con la ley de Faraday-Henry, una fuerza electromotriz. Cualquiera de las bobinas del par puede ser el elemento inductor y cualquiera el elemento inducido.

El fenómeno de la autoinducción, como su nombre indica, consiste en una inducción de la propia corriente sobre sí misma. Una bobina aislada por la que circula una corriente variable puede considerarse atravesada por un flujo también variable debido a su propio campo magnético, lo que dará lugar a una fuerza electromotriz autoinducida. En tal caso a la corriente inicial se le añadirá un término adicional correspondiente a la inducción magnética de la bobina sobre sí misma.
Todas las bobinas en circuitos de corriente alterna presentan el fenómeno de la autoinducción, ya que soportan un flujo magnético variable; pero dicho fenómeno, aunque de forma transitoria, está presente también en los circuitos de corriente continua. En los instantes en los que se cierra o se abre el interruptor, la intensidad de corriente varía desde cero hasta un valor constante o viceversa. Esta variación de intensidad da lugar a un fenómeno de autoinducción de duración breve, que es responsable de la chispa que se observa en el interruptor al abrir el circuito; dicha chispa es la manifestación de esa corriente adicional autoinducida.

 
Electromagnetismo

El electromagnetismo, estudia los fenómenos eléctricos y magnéticos que se unen en una sola teoría aportada por Faraday, que se resumen en cuatro ecuaciones vectoriales que relacionan campos eléctricos y magnéticos conocidas como las ecuaciones de Maxwell. Gracias a la invención de la pila de limón, se pudieron efectuar los estudios de los efectos magnéticos que se originan por el paso de corriente eléctrica a través de un conductor.
El Electromagnetismo, de esta manera es la parte de la Física que estudia los campos electromagnéticos y los campos eléctricos, sus interacciones con la materia y, en general, la electricidad y el magnetismo y las partículas subatómicas que generan flujo de carga eléctrica.
El electromagnetismo, por ende se comprende que estudia conjuntamente los fenómenos físicos en los cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, así como los relativos a los campos magnéticos y a sus efectos sobre diversas sustancias sólidas, líquidas y gaseosas.


Desarrollo histórico de la teoría electromagnética
Históricamente, el magnetismo y la electricidad habían sido tratados como fenómenos distintos y eran estudiados por ciencias diferentes.Sin embargo, los descubrimientos de Oersted y luego de Ampère, al observar que la aguja de una brújula tomaba una posición perpendicular al pasar corriente a través de un conductor próximo a ella. Así mismo los estudios de Faraday en el mismo campo, sugerían que la electricidad y el magnetismo eran manifestaciones de un mismo fenómeno.
La idea anterior fue propuesta y materializada por el físico escocés James Clerk Maxwell (1831-1879), quien luego de estudiar los fenómenos eléctricos y magnéticos concluyó que son producto de una misma interacción, denominada interacción electromagnética, lo que le llevó a formular, alrededor del año 1850, las ecuaciones antes citadas, que llevan su nombre, en las que se describe el comportamiento del campo electromagnético.
Existen portadores de cargas eléctricas, y las líneas del campo eléctrico parten desde las cargas positivas y terminan en las cargas negativas.
No existen portadores de carga magnética; por lo tanto, el número de líneas del campo magnético que salen desde un volumen dado, debe ser igual al número de líneas que entran a dicho volumen.
Un imán en movimiento, o, dicho de otra forma, un campo magnético variable, genera una corriente eléctrica llamada corriente inducida.
Cargas eléctricas en movimiento generan campos magnéticos.




En física, la ley de Ampère es la equivalente magnética de la ley de Gauss, descubierta por André-Marie Ampère. Explica que la circulación de la intensidad del campo magnético en un contorno cerrado es igual a la corriente que lo recorre en ese contorno.


campo magnético

Se denomina Campo magnético a la magnitud vectorial que expresa la intensidad de la fuerza magnética. El campo magnético es creado por cargas eléctricas en movimiento, pero nunca se crea campo magnético en el mismo sentido de la trayectoria de la carga, además cargas en reposo no originan ningún campo magnético.
Cabe destacar que, a diferencia de el campo eléctrico, en el campo magnético no existen monopolos magnéticos, sólo dipolos magnéticos, lo que significa que las líneas de campo magnético son cerradas, esto es, el número neto de líneas de campo que entran en una superficie es igual al número de líneas de campo que salen de la misma superficie. Un claro ejemplo de esta propiedad viene representado por las líneas de campo de un imán, donde podemos ver que el mismo número de líneas de campo que salen del polo norte vuelve a entrar por el polo sur, desde donde vuelven por el interior del imán hasta el norte.

Como podemos ver en el dibujo, independientemente de que la carga en movimiento sea positiva o negativa, en el punto A nunca aparece campo magnético, sin embargo en los puntos B y C el campo magnético invierte su sentido dependiendo de si la carga es positiva o negativa. El sentido del campo magnético viene dado por la regla de la mano derecha, siendo las pautas a seguir las siguientes:
En primer lugar imaginamos un vector qv, en la misma dirección de la trayectoria de la carga en movimiento. El sentido de este vector depende del signo de la carga, esto es, si la carga es positiva y se mueve hacia la derecha, el vector +qv estará orientado hacia la derecha. No obstante, si la carga es negativa y se mueve hacia la derecha, el vector es -qv y va hacia la izquierda.
En segundo lugar, imaginamos un vector Ur que va orientado desde la carga hasta el punto en el que queremos calcular el campo magnético.
A continuación, vamos señalando con los cuatro dedos de la mano derecha (índice, medio, anular y meñique), desde el primer vector qv hasta el segundo vector Ur, por el camino más corto o lo que es lo mismo, el camino que forme el ángulo menor entre los dos vectores. El pulgar extendido indicará en ese punto el sentido del campo magnético.

La unidad en el Sistema Internacional del campo magnético es el Tesla, pese a que a menudo se emplea el Gauss. Sin embargo, la conversión es directa:
1T = 10.000G
1 Tesla equivale a 1 V·s·m-2, o lo que es lo mismo, 1 kg·s-2·A-1. (Véase unidad derivada del SI).
La existencia de un campo magnético se pone en evidencia por la propiedad localizada en el espacio de orientar un magnetómetro (laminilla de acero imantado que puede girar libremente). La aguja de una brújula, que pone en evidencia la existencia del campo magnético terrestre, puede ser considerada un magnetómetro.
Sólo algunas sustancias son atraídas por los campos magnéticos: se pueden citar el hierro, el níquel, el cobalto y algunas aleaciones.


Momento magnético
En física, el momento magnético de un objeto es un vector que relaciona el torque alineado con el momento magnético experimentado con el objeto, con el propio campo vectorial.
Tabla de contenidos
1 Relaciones físicas
2 Momento magnético de espín
3 Momento magnético orbital



Relaciones físicas
La relación es:

Donde τ es el torque, μ es el momento magnético, y B es el campo magnético.
El alineamiento del momento magnético con el campo crea una diferencia en la energía potencial


Momento magnético de espín
Los electrones y muchos núcleos atómicos también tienen momentos magnéticos intrínsecos, cuya explicación requiera tratamiento mecanocuántico y que se relaciona que el momento angular de las partículas. Son estos momentos magnéticos intrínsecos los que dan lugar a efectos macroscópicos de magnetismo, y a otros fenómenos como la resonancia magnética nuclear.
El momento magnético de espín es una propiedad fundamental de las partículas, como la masa o la carga eléctrica.


Momento magnético orbital
Ciertas disposiciones orbitales, con degeneración triple o superior, implican un momento magnético adicional, por el movimiento de los electrones como partículas cargadas. La situación es análoga a la de la espira conductora presentada arriba, pero exige un tratamiento cuántico.
Los compuestos de los diferentes metales de transición presentan muy diversos momentos magnéticos, pero es posible encontrar un intervalo típico para cada metal en cada estado de oxidación, teniendo en cuenta, por supuesto, si es de espín alto o bajo.
Momentos magnéticos típicos de diversos complejos metálicos, comparados con el momento magnético de espín.

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