QUE ES LA ELECTRICIDAD.
ELEMENTOS QUE CONTRIBUYEN A LA ELECTRICIDAD
La energía que encierra la electricidad proviene de unas de las partículas más pequeñas conocidas por la ciencia: los electrones, que poseen una carga eléctrica negativa.
Toda la materia está formada por átomos, y los átomos están formados por partículas más pequeñas: protones, neutrones y electrones. Algunos tipos de átomos tienen electrones que están menos "apegados" al núcleo. Esto quiere decir que fácilmente pueden ser movilizados de un átomo a otro. Cuando los electrones se mueven entre los átomos de la materia, se produce una corriente de electricidad. Esto es lo que sucede cuando los electrones (en rojo, en la figura) circulan por un trozo de alambre.
Algunos elementos son mejores conductores que otros. Esto se relaciona con la capacidad de los electrones de los átomos de esa materia, de movilizarse de un lugar a otro. A esta capacidad se le llama resistencia de un material. A menor resistencia, mejor conductor de electricidad es el elemento. El cobre es un excelente metal conductor de electricidad, ya que su resistencia es baja.
La pilas y baterías contienen energía química almacenada. Cuando las sustancias químicas al interior de las pila reaccionan unas con otras, producen una carga eléctrica. Esta carga se transforma en energía eléctrica cuando la batería o pila se conecta en un circuito.
La electricidad produce calor. Cuando fluye, la resistencia causa fricción, y la fricción provoca calor. Mientras mayor sea la resistencia de un elemento, más caliente puede ponerse. Ese principio es el que utilizan, por ejemplo, las estufas eléctricas de radiación, los secadores de pelo o los calentadores de agua.
Otro tipo de energía eléctrica es la electricidad estática. Al contrario de la corriente eléctrica, que se mueve, la electricidad estática se mantiene en un lugar y consiste en los átomos que se traspasan de un elemento a otro, sin moverse.
La energía que encierra la electricidad proviene de unas de las partículas más pequeñas conocidas por la ciencia: los electrones, que poseen una carga eléctrica negativa.
Toda la materia está formada por átomos, y los átomos están formados por partículas más pequeñas: protones, neutrones y electrones. Algunos tipos de átomos tienen electrones que están menos "apegados" al núcleo. Esto quiere decir que fácilmente pueden ser movilizados de un átomo a otro. Cuando los electrones se mueven entre los átomos de la materia, se produce una corriente de electricidad. Esto es lo que sucede cuando los electrones (en rojo, en la figura) circulan por un trozo de alambre.
Algunos elementos son mejores conductores que otros. Esto se relaciona con la capacidad de los electrones de los átomos de esa materia, de movilizarse de un lugar a otro. A esta capacidad se le llama resistencia de un material. A menor resistencia, mejor conductor de electricidad es el elemento. El cobre es un excelente metal conductor de electricidad, ya que su resistencia es baja.
La pilas y baterías contienen energía química almacenada. Cuando las sustancias químicas al interior de las pila reaccionan unas con otras, producen una carga eléctrica. Esta carga se transforma en energía eléctrica cuando la batería o pila se conecta en un circuito.
La electricidad produce calor. Cuando fluye, la resistencia causa fricción, y la fricción provoca calor. Mientras mayor sea la resistencia de un elemento, más caliente puede ponerse. Ese principio es el que utilizan, por ejemplo, las estufas eléctricas de radiación, los secadores de pelo o los calentadores de agua.
Otro tipo de energía eléctrica es la electricidad estática. Al contrario de la corriente eléctrica, que se mueve, la electricidad estática se mantiene en un lugar y consiste en los átomos que se traspasan de un elemento a otro, sin moverse.
1-3 QUE ES VOLTAJE.
El voltaje, tensión o diferencia de potencial es la presión que ejerce una fuente de suministro de energía eléctrica o fuerza electromotriz (FEM) sobre las cargas eléctricas o electrones en un circuito eléctrico cerrado, para que se establezca el flujo de una corriente eléctrica.
A mayor diferencia de potencial o presión que ejerza una fuente de FEM sobre las cargas eléctricas o electrones contenidos en un conductor, mayor será el voltaje o tensión existente en el circuito al que corresponda ese conductor.
Las cargas eléctricas en un circuito cerrado fluyen del polo negativo al polo positivo de la propia fuente< corriente=" ---------------------------------" title="Corriente eléctrica" href="http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_el%C3%A9ctrica" target="_blank">corriente eléctrica para circular a través de él. En el Sistema Internacional de Unidades, su valor se expresa en ohmios, que se designa con la letra griega omega mayúscula, Ω. Para su medida existen diversos métodos, entre los que se encuentra el uso de un ohmímetro.Esta definición es válida para la corriente continua y para la corriente alterna cuando se trate de elementos resistivos puros, esto es, sin componente inductiva ni capacitiva. De existir estos componentes reactivos, la oposición presentada a la circulación de corriente recibe el nombre de impedancia.Según sea la magnitud de esta oposición, las sustancias se clasifican en conductoras, aislantes y semiconductoras. Existen además ciertos materiales en los que, en determinadas condiciones de temperatura, aparece un fenómeno denominado superconductividad, en el que el valor de la resistencia es prácticamente nulo.Comportamientos ideal y real
El voltaje, tensión o diferencia de potencial es la presión que ejerce una fuente de suministro de energía eléctrica o fuerza electromotriz (FEM) sobre las cargas eléctricas o electrones en un circuito eléctrico cerrado, para que se establezca el flujo de una corriente eléctrica.
A mayor diferencia de potencial o presión que ejerza una fuente de FEM sobre las cargas eléctricas o electrones contenidos en un conductor, mayor será el voltaje o tensión existente en el circuito al que corresponda ese conductor.
Las cargas eléctricas en un circuito cerrado fluyen del polo negativo al polo positivo de la propia fuente< corriente=" ---------------------------------" title="Corriente eléctrica" href="http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_el%C3%A9ctrica" target="_blank">corriente eléctrica para circular a través de él. En el Sistema Internacional de Unidades, su valor se expresa en ohmios, que se designa con la letra griega omega mayúscula, Ω. Para su medida existen diversos métodos, entre los que se encuentra el uso de un ohmímetro.Esta definición es válida para la corriente continua y para la corriente alterna cuando se trate de elementos resistivos puros, esto es, sin componente inductiva ni capacitiva. De existir estos componentes reactivos, la oposición presentada a la circulación de corriente recibe el nombre de impedancia.Según sea la magnitud de esta oposición, las sustancias se clasifican en conductoras, aislantes y semiconductoras. Existen además ciertos materiales en los que, en determinadas condiciones de temperatura, aparece un fenómeno denominado superconductividad, en el que el valor de la resistencia es prácticamente nulo.Comportamientos ideal y real
Una resistencia ideal es un elemento pasivo que disipa energía en forma de calor según la ley de Joule. También establece una relación de proporcionalidad entre la intensidad de corriente que la atraviesa y la tensión medible entre sus extremos, relación conocida como ley de Ohm:
donde i(t) es la corriente eléctrica que atraviesa la resistencia de valor R y u(t) es la diferencia de potencial que se origina. En general, una resistencia real podrá tener diferente comportamiento en función del tipo de corriente que circule por ella.
Comportamiento en corriente continua [editar]
Una resistencia real en corriente continua (CC) se comporta prácticamente de la misma forma que si fuera ideal, esto es, transformando la energía eléctrica en calor por efecto Joule. La ley de Ohm para corriente continua establece que:
donde R es la resistencia en ohmios, V es la diferencia de potencial en voltios e I es la intensidad de corriente en amperios.Comportamiento en corriente alterna
donde i(t) es la corriente eléctrica que atraviesa la resistencia de valor R y u(t) es la diferencia de potencial que se origina. En general, una resistencia real podrá tener diferente comportamiento en función del tipo de corriente que circule por ella.
Comportamiento en corriente continua [editar]
Una resistencia real en corriente continua (CC) se comporta prácticamente de la misma forma que si fuera ideal, esto es, transformando la energía eléctrica en calor por efecto Joule. La ley de Ohm para corriente continua establece que:
donde R es la resistencia en ohmios, V es la diferencia de potencial en voltios e I es la intensidad de corriente en amperios.Comportamiento en corriente alterna
Como se ha comentado anteriormente, una resistencia real muestra un comportamiento diferente del que se observaría en una resistencia ideal si la intensidad que la atraviesa no es continua. En el caso de que la señal aplicada sea seno idal, corriente alterna (CA), a bajas frecuencias se observa que una resistencia real se comportará de forma muy similar a como lo haría en CC, siendo despreciables las diferencias. En altas frecuencias el comportamiento es diferente, aumentando en la medida en la que aumenta la frecuencia aplicada, lo que se explica fundamentalmente por los efectos inductivos que producen los materiales que conforman la resistencia real. Por ejemplo, en una resistencia de carbón los efectos inductivos solo provienen de los propios terminales de conexión del dispositivo mientras que en una resistencia de tipo bobinado estos efectos se incrementan por el devanado de hilo resistivo alrededor del soporte cerámico, además de aparecer una cierta componente capacitiva si la frecuencia es especialmente elevada. En estos casos, para analizar los circuitos, la resistencia real se sustituye por una asociación serie formada por una resistencia ideal y por una bobina también ideal, aunque a veces también se les puede añadir un pequeño condensador ideal en paralelo con dicha asociación serie. En los conductores, además, aparecen otros efectos entre los que cabe destacar el efecto pelicular
Figura 4. Asociaciones generales de resistencias: a) Serie y b) Paralelo. c) Resistencia equivalenteResistencia de un conductor
Resistividad de algunos materiales a 20%nbsp;°C
Material
Resistividad (Ω·m)
Plata[1]
1,55 x 10-8
Cobre[2]
1,70 x 10-8
Oro[3]
2,22 x 10-8
Aluminio[4]
2,82 x 10-8
Wolframio[5]
5,65 x 10-8
Níquel[6]
6,40 x 10-8
Hierro[7]
8,90 x 10-8
Platino[8]
10,60 x 10-8
Estaño[9]
11,50 x 10-8
Acero inoxidable 301[10]
72,00 x 10-8
Grafito[11]
60,00 x 10-8
Resistividad de algunos materiales a 20%nbsp;°C
Material
Resistividad (Ω·m)
Plata[1]
1,55 x 10-8
Cobre[2]
1,70 x 10-8
Oro[3]
2,22 x 10-8
Aluminio[4]
2,82 x 10-8
Wolframio[5]
5,65 x 10-8
Níquel[6]
6,40 x 10-8
Hierro[7]
8,90 x 10-8
Platino[8]
10,60 x 10-8
Estaño[9]
11,50 x 10-8
Acero inoxidable 301[10]
72,00 x 10-8
Grafito[11]
60,00 x 10-8
El conductor es el encargado de unir eléctricamente cada uno de los componentes de un circuito. Dado que tiene resistencia óhmica, puede ser considerado como otro componente más con características similares a las de la resistencia eléctrica.De este modo, la resistencia de un conductor eléctrico es la medida de la oposición que presenta al movimiento de los electrones en su seno, o sea la oposición que presenta al paso de la corriente eléctrica. Generalmente su valor es muy pequeño y por ello se suele despreciar, esto es, se considera que su resistencia es nula (conductor ideal), pero habrá casos particulares en los que se deberá tener en cuenta su resistencia (conductor real).
1-7 QUE ES MAGNETISMO
Magnetismo
Historia [editar]
Los fenómenos magnéticos fueron conocidos por los antiguos griegos. Se dice que por primera vez se observaron en la ciudad de "Magnesia" en Asia Menor, de ahí el término magnetismo. Sabían que ciertas piedras atraían el hierro y que los trocitos de hierro atraídos, atraían a su vez a otros. Estas se denominaron imanes naturales.El primer filósofo que estudió el fenómeno del magnetismo fue Tales de Mileto, filósofo griego que vivió entre 625 a. C. y 545 a. C.[1] En China, la primera referencia a este fenómeno se encuentra en un manuscrito del siglo IV a. C. titulado Libro del amo del valle del diablo: «La magnetita atrae al hierro hacia sí o es atraída por éste».[2] La primera mención sobre la atracción de una aguja aparece en un trabajo realizado entre los años 20 y 100 de nuestra era: «La magnetita atrae a la aguja».El científico Shen Kua (1031-1095) escribió sobre la brújula de aguja magnética y mejoró la precisión en la navegación empleando el concepto astronómico del norte absoluto. Hacia el siglo XII los chinos ya habían desarrollado la técnica lo suficiente como para utilizar la brújula para mejorar la navegación. Alexander Neckham fue el primer europeo en conseguir desarrollar esta técnica, en 1187.El conocimiento del magnetismo se mantuvo limitado a los imanes, hasta que en 1820, Hans Christian Ørsted, profesor de la Universidad de Copenhague, descubrió que un hilo conductor sobre el que circulaba una corriente ejercía una perturbación magnética a su alrededor, que llegaba a poder mover una aguja magnética situada en ese entorno.[3] Muchos otros experimentos siguieron, con André-Marie Ampère, Carl Friedrich Gauss, Michael Faraday y otros que encontraron vínculos entre el magnetismo y la electricidad. James Clerk Maxwell sintetizó y explicó estas observaciones en sus ecuaciones de Maxwell. Unificó el magnetismo y la electricidad en un solo campo, el electromagnetismo. En 1905, Einstein usó estas leyes para comprobar su teoría de la relatividad especial,[4] en el proceso mostró que la electricidad y el magnetismo estaban fundamentalmente vinculadas.El electromagnetismo continuó desarrollándose en el siglo XX, siendo incorporado en las teorías más fundamentales, como la teoría de campo de gauge, electrodinámica cuántica, teoría electrodébil y, finalmente, en el modelo estándar.
Historia [editar]
Los fenómenos magnéticos fueron conocidos por los antiguos griegos. Se dice que por primera vez se observaron en la ciudad de "Magnesia" en Asia Menor, de ahí el término magnetismo. Sabían que ciertas piedras atraían el hierro y que los trocitos de hierro atraídos, atraían a su vez a otros. Estas se denominaron imanes naturales.El primer filósofo que estudió el fenómeno del magnetismo fue Tales de Mileto, filósofo griego que vivió entre 625 a. C. y 545 a. C.[1] En China, la primera referencia a este fenómeno se encuentra en un manuscrito del siglo IV a. C. titulado Libro del amo del valle del diablo: «La magnetita atrae al hierro hacia sí o es atraída por éste».[2] La primera mención sobre la atracción de una aguja aparece en un trabajo realizado entre los años 20 y 100 de nuestra era: «La magnetita atrae a la aguja».El científico Shen Kua (1031-1095) escribió sobre la brújula de aguja magnética y mejoró la precisión en la navegación empleando el concepto astronómico del norte absoluto. Hacia el siglo XII los chinos ya habían desarrollado la técnica lo suficiente como para utilizar la brújula para mejorar la navegación. Alexander Neckham fue el primer europeo en conseguir desarrollar esta técnica, en 1187.El conocimiento del magnetismo se mantuvo limitado a los imanes, hasta que en 1820, Hans Christian Ørsted, profesor de la Universidad de Copenhague, descubrió que un hilo conductor sobre el que circulaba una corriente ejercía una perturbación magnética a su alrededor, que llegaba a poder mover una aguja magnética situada en ese entorno.[3] Muchos otros experimentos siguieron, con André-Marie Ampère, Carl Friedrich Gauss, Michael Faraday y otros que encontraron vínculos entre el magnetismo y la electricidad. James Clerk Maxwell sintetizó y explicó estas observaciones en sus ecuaciones de Maxwell. Unificó el magnetismo y la electricidad en un solo campo, el electromagnetismo. En 1905, Einstein usó estas leyes para comprobar su teoría de la relatividad especial,[4] en el proceso mostró que la electricidad y el magnetismo estaban fundamentalmente vinculadas.El electromagnetismo continuó desarrollándose en el siglo XX, siendo incorporado en las teorías más fundamentales, como la teoría de campo de gauge, electrodinámica cuántica, teoría electrodébil y, finalmente, en el modelo estándar.
Líneas de fuerza magnéticas de un imán de barra, producidas por limaduras de hierro sobre papel.
En física, el magnetismo es un fenómeno por el que los materiales ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Hay algunos materiales conocidos que han presentado propiedades magnéticas detectables fácilmente como el níquel, hierro, cobalto y sus aleaciones que comúnmente se llaman imanes. Sin embargo todos los materiales son influenciados, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético.También el magnetismo tiene otras manifestaciones en física, particularmente como uno de los dos componentes de la onda electromagnética, como, por ejemplo, la luz.
Como consecuencia de la teoría de la relatividad especial de Einstein, la electricidad y el magnetismo estaban comprendidas como vinculantes. Tanto el magnetismo sin la electricidad como la electricidad sin magnetismo serían incoherentes con la nueva teoría por los efectos como la contracción de la longitud, la dilatación del tiempo y la dependencia de la velocidad en el campo magnético. Sin embargo, cuando ambas fueron tomadas en cuenta, la reciente teoría del electromagnetismo fue totalmente coherente con la relatividad.[5] En particular, un fenómeno que parece como eléctrico para un observador puede parecer magnético para otro, o más generalmente las contribuciones generales de la electricidad y el magnetismo son dependientes del marco de referencia.Entonces, la "mezcla" de la relatividad especial entre electricidad y magnetismo en una sola dio un fenómeno inseparable llamado electromagnetismo (análogo a lo que la misma teoría "mezcló" al tiempo con el espacio en el espacio-tiempo).
Campos y fuerzas magnéticas
El fenómeno del magnetismo es ejercido por un campo magnético, p.e. una corriente eléctrica o un dipolo magnético crea un campo magnético, éste al girar imparte una fuerza magnética a otras partículas que están en el campo.Para una aproximación excelente (pero ignorando algunos efectos cuánticos, véase electrodinámica cuántica) las ecuaciones de Maxwell (que simplifican la ley de Biot-Savart en el caso de corriente constante) describen el origen y el comportamiento de los campos que gobiernan esas fuerzas. Por lo tanto el magnetismo se observa siempre que partículas cargadas eléctricamente están en movimiento. Por ejemplo, del movimiento de electrones en una corriente eléctrica o en casos del movimiento orbital de los electrones alrededor del núcleo atómico. Estas también aparecen de un dipolo magnético intrínseco que aparece de los efectos cuánticos, p.e. del spin de la mecánica cuántica.La misma situación que crea campos magnéticos (carga en movimiento en una corriente o en un átomo y dipolos magnéticos intrínsecos) son también situaciones en que el campo magnético causa sus efectos, creando una fuerza. Cuando una partícula cargada se mueve a través de un campo magnético B, se ejerce una fuerza F dado por el producto cruz:
donde es la carga eléctrica de la partícula, es el vector velocidad de la partícula y es el campo magnético. Debido a que esto es un producto cruz, la fuerza es perpendicular al movimiento de la partícula y al campo magnético.La fuerza magnética no realiza trabajo mecánico en la partícula, esto cambiaría la dirección del movimiento de ésta, pero esto no causa su aumento o disminución de la velocidad. La magnitud de la fuerza es : donde es el ángulo entre los vectores y .`Una herramienta para determinar la dirección del vector velocidad de una carga en movimiento, es siguiendo la ley de la mano derecha (véase Regla de la mano derecha).El físico alemán Heinrich Lenz formuló lo que ahora se denomina la ley de Lenz, ésta da una dirección de la fuerza electromotriz (fem) y la corriente resultante de una inducción electromagnética.
Dipolos magnéticos
dipolo magnético
Se puede ver una muy común fuente de campo magnético en la naturaleza, un dipolo. Éste tiene un "polo sur" y un "polo norte", sus nombres se deben a que antes se usaban los magnetos como brújulas, que interactuaban con el campo magnético terrestre, para indicar el norte y el sur del globo.Un campo magnético contiene energía y sistemas físicos que se estabilizan con configuraciones de menor energía. Por lo tanto, cuando se encuentra en un campo magnético, un dipolo magnético tiende a alinearse solo con una polaridad diferente a la del campo, lo que cancela al campo lo máximo posible y disminuye la energía recolectada en el campo al mínimo. Por ejemplo, dos barras magnéticas idénticas pueden estar una a lado de otra normalmente alineadas de norte a sur, resultando en un campo magnético más pequeño y resiste cualquier intento de reorientar todos sus puntos en una misma dirección. La energía requerida para reorientarlos en esa configuración es entonces recolectada en el campo magnético resultante, que es el doble de la magnitud del campo de un magneto individual. (Esto es porque un magneto usado como brújula interactúa con el campo magnético terrestre para indicar Norte y Sur)Una alternativa formulada, equivalente, que es fácil de aplicar pero ofrece una menor visión, es que un dipolo magnético en un campo magnético experimenta un torque y una fuerza que puede ser expresada en términos de un campo y de la magnitud del dipolo (p.e. sería el momento magnético dipolar). Para ver estas ecuaciones véase dipolo magnético.
Dipolos magnéticos atómicos [editar]
La causa física del magnetismo en los cuerpos, distinto a la corriente eléctrica, es por los dipolos atómicos magnéticos. Dipolos magnéticos o momentos magnéticos, en escala atómica resultan de dos tipos diferentes del movimiento de electrones. El primero es el movimiento orbital del electrón sobre su núcleo atómico; este movimiento puede ser considerado como una corriente de bucles, resultando en el momento dipolar magnético del orbital. La segunda, más fuerte, fuente de momento electrónico magnético es debido a las propiedades cuánticas llamadas momento de spin del dipolo magnético (aunque la teoría mecánica cuántica actual dice que los electrones no giran físicamente, ni orbitan el núcleo).El momento magnético general de un átomo es la suma neta de todos los momentos magnéticos de los electrones individuales. Por la tendencia de los dipolos magnéticos a oponerse entre ellos se reduce la energía neta, en un átomo los momentos magnéticos opuestos de algunos pares de electrones se cancelan entre ellos, ambos en un movimiento orbital y en momentos magnéticos de espín. Así, en el caso de un átomo con orbitales electrónicos o suborbitales electrónicos completamente llenos, el momento magnético normalmente se cancela completamente entre ellos y solo los átomos con orbitales electrónicos semi-llenos tienen un momento magnético, su fuerza depende del número de electrones impares.La diferencia en la configuración de los electrones en varios elementos determina la naturaleza y magnitud de los momentos atómicos magnéticos, lo que a su vez determina la diferencia entre las propiedades magnéticas de varios materiales. Existen muchas formas de comportamiento magnético o tipos de magnetismo: el ferromagnetismo, el diamagnetismo y el paramagnetismo; esto se debe precisamente a las propiedades magnéticas de los materiales, por eso se ha estipulado una clasificación respectiva de estos, según su comportamiento ante un campo magnético inducido, como sigue:
Clasificación de los Materiales Magnéticos
Tipo de Material
Características
No magnético
No afecta el paso de las líneas de Campo magnético.Ejemplo: el Vacío.
Diamagnético
Material débilmente magnético. Si se sitúa una barra magnética cerca de él, esta lo repele.Ejemplo: Bismuto (Bi), Plata (Ag), Plomo (Pb), Agua.
Paramagnético
Presenta un magnetismo significativo. Atraído por la barra magnética.Ejemplo: Aire, Aluminio (Al), Paladio (Pd), Magneto Molecular.
Ferromagnético
Magnético por excelencia o fuertemente magnético. Atraído por la barra magnética.Paramagnético por encima de la temperatura de Curie(La temperatura de Curie del hierro metálico es aproximadamente unos 770 °C).Ejemplo: Hierro (Fe), Cobalto (Co), Níquel (Ni), Acero suave.
Anti-ferro magnético
No magnético aun bajo acción de un campo magnético inducido.Ejemplo: Óxido de Manganeso (MnO2).
Ferri magnético
Menor grado magnético que los materiales ferromagnéticos.Ejemplo: Ferrita de Hierro.
Supe paramagnético
Materiales ferromagnéticos suspendidos en una matriz dieléctrica.Ejemplo: Materiales utilizados en cintas de audio y video.
Ferritas
Ferromagnético de baja conductividad eléctrica.Ejemplo: Utilizado como núcleo inductores para aplicaciones de corriente alterna.
Mono polos magnéticos [editar]
Puesto que un imán de barra obtiene su ferromagnetismo de los electrones magnéticos microscópicos distribuidos uniformemente a través del imán, cuando un imán es partido a la mitad cada una de las piezas resultantes es un imán más pequeño. Aunque se dice que un imán tiene un polo norte y un polo sur, estos dos polos no pueden separarse el uno del otro. Un mono polo - si tal cosa existe -sería una nueva clase fundamentalmente diferente de objeto magnético. Actuaría como un polo norte aislado, no atado a un polo sur, o viceversa. Los mono polos llevarían "carga magnética" análoga a la carga eléctrica. A pesar de búsquedas sistemáticas a partir de 1931 (como la de 2006), nunca han sido observadas, y muy bien podrían no existir.(ref). Milton menciona algunos eventos no concluyentes (p.60) y aún concluye que "no ha sobrevivido en absoluto ninguna evidencia de mono polos magnéticos".
Tipos de materiales magnéticos
Existen diversos tipos de comportamiento de los materiales magnéticos: el ferromagnetismo, el diamagnetismo y el paramagnetismo.En los materiales diamagnéticos, la disposición de los electrones de cada átomo es tal que se produce una anulación global de los efectos magnéticos. Sin embargo, si el material se introduce en un campo inducido, la sustancia adquiere una imantación débil y en el sentido opuesto al campo inductor.Si se sitúa una barra de material diamagnético en el interior de un campo magnético uniforme e intenso, esta se dispone transversalmente respecto de aquel.Los materiales paramagnéticos no presentan la anulación global de efectos magnéticos, por lo que cada átomo que los constituye actúa como un pequeño imán. Sin embargo, la orientación de dichos imanes es, en general arbitraria, y el efecto global se anula.Así mismo, si el material paramagnético se somete a la acción de un campo magnético inductor, el campo magnético inducido en dicha sustancia se orienta en el sentido del campo magnético inductor.Esto hace que una barra de material paramagnético suspendida libremente en el seno de un campo inductor, se alinee con este.El magnetismo inducido, aunque débil, es suficiente intenso como para imponer al efecto magnético. Para comparar los tres tipos de magnetismo se emplea la razón entre el campo magnético inducido y el inductor.
En física, el magnetismo es un fenómeno por el que los materiales ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Hay algunos materiales conocidos que han presentado propiedades magnéticas detectables fácilmente como el níquel, hierro, cobalto y sus aleaciones que comúnmente se llaman imanes. Sin embargo todos los materiales son influenciados, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético.También el magnetismo tiene otras manifestaciones en física, particularmente como uno de los dos componentes de la onda electromagnética, como, por ejemplo, la luz.
Como consecuencia de la teoría de la relatividad especial de Einstein, la electricidad y el magnetismo estaban comprendidas como vinculantes. Tanto el magnetismo sin la electricidad como la electricidad sin magnetismo serían incoherentes con la nueva teoría por los efectos como la contracción de la longitud, la dilatación del tiempo y la dependencia de la velocidad en el campo magnético. Sin embargo, cuando ambas fueron tomadas en cuenta, la reciente teoría del electromagnetismo fue totalmente coherente con la relatividad.[5] En particular, un fenómeno que parece como eléctrico para un observador puede parecer magnético para otro, o más generalmente las contribuciones generales de la electricidad y el magnetismo son dependientes del marco de referencia.Entonces, la "mezcla" de la relatividad especial entre electricidad y magnetismo en una sola dio un fenómeno inseparable llamado electromagnetismo (análogo a lo que la misma teoría "mezcló" al tiempo con el espacio en el espacio-tiempo).
Campos y fuerzas magnéticas
El fenómeno del magnetismo es ejercido por un campo magnético, p.e. una corriente eléctrica o un dipolo magnético crea un campo magnético, éste al girar imparte una fuerza magnética a otras partículas que están en el campo.Para una aproximación excelente (pero ignorando algunos efectos cuánticos, véase electrodinámica cuántica) las ecuaciones de Maxwell (que simplifican la ley de Biot-Savart en el caso de corriente constante) describen el origen y el comportamiento de los campos que gobiernan esas fuerzas. Por lo tanto el magnetismo se observa siempre que partículas cargadas eléctricamente están en movimiento. Por ejemplo, del movimiento de electrones en una corriente eléctrica o en casos del movimiento orbital de los electrones alrededor del núcleo atómico. Estas también aparecen de un dipolo magnético intrínseco que aparece de los efectos cuánticos, p.e. del spin de la mecánica cuántica.La misma situación que crea campos magnéticos (carga en movimiento en una corriente o en un átomo y dipolos magnéticos intrínsecos) son también situaciones en que el campo magnético causa sus efectos, creando una fuerza. Cuando una partícula cargada se mueve a través de un campo magnético B, se ejerce una fuerza F dado por el producto cruz:
donde es la carga eléctrica de la partícula, es el vector velocidad de la partícula y es el campo magnético. Debido a que esto es un producto cruz, la fuerza es perpendicular al movimiento de la partícula y al campo magnético.La fuerza magnética no realiza trabajo mecánico en la partícula, esto cambiaría la dirección del movimiento de ésta, pero esto no causa su aumento o disminución de la velocidad. La magnitud de la fuerza es : donde es el ángulo entre los vectores y .`Una herramienta para determinar la dirección del vector velocidad de una carga en movimiento, es siguiendo la ley de la mano derecha (véase Regla de la mano derecha).El físico alemán Heinrich Lenz formuló lo que ahora se denomina la ley de Lenz, ésta da una dirección de la fuerza electromotriz (fem) y la corriente resultante de una inducción electromagnética.
Dipolos magnéticos
dipolo magnético
Se puede ver una muy común fuente de campo magnético en la naturaleza, un dipolo. Éste tiene un "polo sur" y un "polo norte", sus nombres se deben a que antes se usaban los magnetos como brújulas, que interactuaban con el campo magnético terrestre, para indicar el norte y el sur del globo.Un campo magnético contiene energía y sistemas físicos que se estabilizan con configuraciones de menor energía. Por lo tanto, cuando se encuentra en un campo magnético, un dipolo magnético tiende a alinearse solo con una polaridad diferente a la del campo, lo que cancela al campo lo máximo posible y disminuye la energía recolectada en el campo al mínimo. Por ejemplo, dos barras magnéticas idénticas pueden estar una a lado de otra normalmente alineadas de norte a sur, resultando en un campo magnético más pequeño y resiste cualquier intento de reorientar todos sus puntos en una misma dirección. La energía requerida para reorientarlos en esa configuración es entonces recolectada en el campo magnético resultante, que es el doble de la magnitud del campo de un magneto individual. (Esto es porque un magneto usado como brújula interactúa con el campo magnético terrestre para indicar Norte y Sur)Una alternativa formulada, equivalente, que es fácil de aplicar pero ofrece una menor visión, es que un dipolo magnético en un campo magnético experimenta un torque y una fuerza que puede ser expresada en términos de un campo y de la magnitud del dipolo (p.e. sería el momento magnético dipolar). Para ver estas ecuaciones véase dipolo magnético.
Dipolos magnéticos atómicos [editar]
La causa física del magnetismo en los cuerpos, distinto a la corriente eléctrica, es por los dipolos atómicos magnéticos. Dipolos magnéticos o momentos magnéticos, en escala atómica resultan de dos tipos diferentes del movimiento de electrones. El primero es el movimiento orbital del electrón sobre su núcleo atómico; este movimiento puede ser considerado como una corriente de bucles, resultando en el momento dipolar magnético del orbital. La segunda, más fuerte, fuente de momento electrónico magnético es debido a las propiedades cuánticas llamadas momento de spin del dipolo magnético (aunque la teoría mecánica cuántica actual dice que los electrones no giran físicamente, ni orbitan el núcleo).El momento magnético general de un átomo es la suma neta de todos los momentos magnéticos de los electrones individuales. Por la tendencia de los dipolos magnéticos a oponerse entre ellos se reduce la energía neta, en un átomo los momentos magnéticos opuestos de algunos pares de electrones se cancelan entre ellos, ambos en un movimiento orbital y en momentos magnéticos de espín. Así, en el caso de un átomo con orbitales electrónicos o suborbitales electrónicos completamente llenos, el momento magnético normalmente se cancela completamente entre ellos y solo los átomos con orbitales electrónicos semi-llenos tienen un momento magnético, su fuerza depende del número de electrones impares.La diferencia en la configuración de los electrones en varios elementos determina la naturaleza y magnitud de los momentos atómicos magnéticos, lo que a su vez determina la diferencia entre las propiedades magnéticas de varios materiales. Existen muchas formas de comportamiento magnético o tipos de magnetismo: el ferromagnetismo, el diamagnetismo y el paramagnetismo; esto se debe precisamente a las propiedades magnéticas de los materiales, por eso se ha estipulado una clasificación respectiva de estos, según su comportamiento ante un campo magnético inducido, como sigue:
Clasificación de los Materiales Magnéticos
Tipo de Material
Características
No magnético
No afecta el paso de las líneas de Campo magnético.Ejemplo: el Vacío.
Diamagnético
Material débilmente magnético. Si se sitúa una barra magnética cerca de él, esta lo repele.Ejemplo: Bismuto (Bi), Plata (Ag), Plomo (Pb), Agua.
Paramagnético
Presenta un magnetismo significativo. Atraído por la barra magnética.Ejemplo: Aire, Aluminio (Al), Paladio (Pd), Magneto Molecular.
Ferromagnético
Magnético por excelencia o fuertemente magnético. Atraído por la barra magnética.Paramagnético por encima de la temperatura de Curie(La temperatura de Curie del hierro metálico es aproximadamente unos 770 °C).Ejemplo: Hierro (Fe), Cobalto (Co), Níquel (Ni), Acero suave.
Anti-ferro magnético
No magnético aun bajo acción de un campo magnético inducido.Ejemplo: Óxido de Manganeso (MnO2).
Ferri magnético
Menor grado magnético que los materiales ferromagnéticos.Ejemplo: Ferrita de Hierro.
Supe paramagnético
Materiales ferromagnéticos suspendidos en una matriz dieléctrica.Ejemplo: Materiales utilizados en cintas de audio y video.
Ferritas
Ferromagnético de baja conductividad eléctrica.Ejemplo: Utilizado como núcleo inductores para aplicaciones de corriente alterna.
Mono polos magnéticos [editar]
Puesto que un imán de barra obtiene su ferromagnetismo de los electrones magnéticos microscópicos distribuidos uniformemente a través del imán, cuando un imán es partido a la mitad cada una de las piezas resultantes es un imán más pequeño. Aunque se dice que un imán tiene un polo norte y un polo sur, estos dos polos no pueden separarse el uno del otro. Un mono polo - si tal cosa existe -sería una nueva clase fundamentalmente diferente de objeto magnético. Actuaría como un polo norte aislado, no atado a un polo sur, o viceversa. Los mono polos llevarían "carga magnética" análoga a la carga eléctrica. A pesar de búsquedas sistemáticas a partir de 1931 (como la de 2006), nunca han sido observadas, y muy bien podrían no existir.(ref). Milton menciona algunos eventos no concluyentes (p.60) y aún concluye que "no ha sobrevivido en absoluto ninguna evidencia de mono polos magnéticos".
Tipos de materiales magnéticos
Existen diversos tipos de comportamiento de los materiales magnéticos: el ferromagnetismo, el diamagnetismo y el paramagnetismo.En los materiales diamagnéticos, la disposición de los electrones de cada átomo es tal que se produce una anulación global de los efectos magnéticos. Sin embargo, si el material se introduce en un campo inducido, la sustancia adquiere una imantación débil y en el sentido opuesto al campo inductor.Si se sitúa una barra de material diamagnético en el interior de un campo magnético uniforme e intenso, esta se dispone transversalmente respecto de aquel.Los materiales paramagnéticos no presentan la anulación global de efectos magnéticos, por lo que cada átomo que los constituye actúa como un pequeño imán. Sin embargo, la orientación de dichos imanes es, en general arbitraria, y el efecto global se anula.Así mismo, si el material paramagnético se somete a la acción de un campo magnético inductor, el campo magnético inducido en dicha sustancia se orienta en el sentido del campo magnético inductor.Esto hace que una barra de material paramagnético suspendida libremente en el seno de un campo inductor, se alinee con este.El magnetismo inducido, aunque débil, es suficiente intenso como para imponer al efecto magnético. Para comparar los tres tipos de magnetismo se emplea la razón entre el campo magnético inducido y el inductor.
de aire. conductor existía una estrecha relación.
Si a ese solenoide le aplicamos una tensión o voltaje, desde el mismo momento que la corriente comienza a fluir por las espiras del alambre de cobre, creará un campo magnético más intenso que el que se origina en el conductor normal de un circuito eléctrico cualquiera cuando se encuentra extendido, sin formar espiras. Bobina solenoide con núcleo de aire construida con alambre. desnudo de cobre enrollado en forma de espiral y protegido con. barniz aislante. Si a esta bobina le suministramos corriente. eléctrica empleando cualquier fuente de fuerza electromotriz, como. una batería, por ejemplo, el flujo de la corriente que circulará a. través de la bobina propiciará la aparición de un campo magnético. de cierta intensidad a su alrededor
Si a ese solenoide le aplicamos una tensión o voltaje, desde el mismo momento que la corriente comienza a fluir por las espiras del alambre de cobre, creará un campo magnético más intenso que el que se origina en el conductor normal de un circuito eléctrico cualquiera cuando se encuentra extendido, sin formar espiras. Bobina solenoide con núcleo de aire construida con alambre. desnudo de cobre enrollado en forma de espiral y protegido con. barniz aislante. Si a esta bobina le suministramos corriente. eléctrica empleando cualquier fuente de fuerza electromotriz, como. una batería, por ejemplo, el flujo de la corriente que circulará a. través de la bobina propiciará la aparición de un campo magnético. de cierta intensidad a su alrededor
Después, si a esa misma bobina con núcleo de aire le introducimos un trozo de metal como el hierro, ese núcleo, ahora metálico, provocará que se intensifique el campo magnético y actuará como un imán eléctrico (o electroimán), con el que se podrán atraer diferentes objetos metálicos durante todo el tiempo que la corriente eléctrica se mantenga circulando por las espiras del enrollado de alambre de cobre.
Bobina solenoide a la que se le ha introducido un núcleo metálico. como el hierro (Fe). Si comparamos la bobina anterior con núcleo<>corriente eléctrica se desplazan a través de un cable, el campo resultante se dirige de acuerdo con la "mano derecha regla." Si la mano derecha se utiliza como un modelo, y el pulgar de la mano derecha a lo largo del cable de positivo hacia el lado negativo ( "convencional actual", a la inversa de la dirección del movimiento real de los electrones), entonces el campo magnético recapitulación de todo el cable en la dirección indicada por los dedos de la mano derecha. Como puede observarse geométricamente, en caso de un bucle o hélice de cable está formado de tal manera que el actual es viajar en un círculo, a continuación, todas las líneas de campo en el centro del bucle se dirigen a la misma dirección, lo que arroja un 'magnética dipolo ' cuya fuerza depende de la actual en todo el bucle, o el actual en la hélice multiplicado por el número de vueltas de alambre. En el caso de ese bucle, si los dedos de la mano derecha se dirigen en la dirección del flujo de corriente convencional (es decir, el positivo y el negativo, la dirección opuesta al flujo real de los electrones), el pulgar apuntará en la dirección correspondiente al polo norte del dipolo.
Magnetos temporales y permanentes
Un imán permanente conserva su magnetismo sin un campo magnético exterior, mientras que un imán temporal sólo es magnético, mientras que esté situado en otro campo magnético. Inducir el magnetismo del acero en los resultados en un imán permanente sino de hierro pierde su magnetismo cuando la inducción de campo se retira. Un imán temporal como el hierro es un material adecuado para los electroimanes. Magnets son hechas por acariciar con otro imán, la grabación, mientras que fija en un campo magnético opuesta dentro de una solenoide bobina se suministra con una corriente directa. Un imán permanente puede ser la remoción de los imanes de someter a la calefacción, fuertes golpes o, colocarlo dentro de un solenoide se suministra con una reducción de corriente alterna.
1-10 EXPLICAR EL PRINCIPIO DEL FUNCIONAMIENTO DEL RELE.
estos dispositivos forman parte del sistema eléctrico del automóvil y es posible encontrar docenas de ellos en los modelos recientes.
Las luces altas, el claxon, el electro ventilador, son accesorios del automóvil que trabajan con corriente eléctrica. Algo que poseen en común es su alto consumo de corriente, es decir, que en sus circuitos la intensidad de corriente es alta. Para que pueda conducir esta corriente, los cables deben ser de un calibre suficiente para soportar el trabajo sin recalentarse. Muchas veces esos cables deben recorrer largas distancias desde el interior de la cabina, el tablero de instrumentos y el mismo compartimiento del motor.
Los ingenieros utilizan los relé en estos casos para lograr que mediante un circuito de poco consumo o intensidad de corriente se pueda operar un dispositivo de alto consumo, reduciendo así el tamaño de los interruptores, aligerando el peso del automóvil, y minimizando los riesgos de cortos circuitos.
Los relés existen de diferentes tipos y capacidades. Los más usados son los de 4 terminales, 2 para el actuador y los otros 2 para el contacto.
Para cambiar un relé es necesario asegurarse que los contactos no se hayan deteriorado por el calor, que el reemplazo sea de la misma capacidad (Generalmente impresa en su superficie, por ejemplo 10A, 20A) y que coincidan las posiciones de las paticas o terminales así como su denominación.
Si usted es de los que gusta instalar accesorios en su automóvil tales como luces, winches, equipos de sonido de gran potencia, recuerde que los relés existen y que pueden ayudarle a que sus proyectos trabajen mejor.
diagrama de un circuito conectado a un rele
multitester con sus escalas
Referencias: 1- Display de cristal líquido. 2- Escala o rango para medir resistencia. 3- Llave selectora de medición. 4- Escala o rango para medir tensión en continua (puede indicarse DC en vez de una línea continua y otra punteada). 5- Escala o rango para medir tensión en alterna (puede indicarse AC en vez de la linea ondeada). 6- Borne o “Jack” de conexión para la punta roja ,cuando se quiere medir tensión, resistencia y frecuencia (si tuviera), tanto en corriente alterna como en continua. 7- Borne de conexión o “Jack” negativo para la punta negra. 8- Borne de conexión o “Jack” para poner la punta roja si se va a medir mA (mili amperes), tanto en alterna como en continua. 9- Borne de conexión o “Jack” para la punta roja cuando se elija el rango de 20A máximo, tanto en alterna como en continua. 10-Escala o rango para medir corriente en alterna (puede venir indicado AC en lugar de la línea ondeada). 11-Escala o rango para medir corriente en continua (puede venir DC en lugar de una línea continua y otra punteada). 12-Zócalo de conexión para medir capacitores o condensadores. 13-Botón de encendido y apagado. 
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