Principios de electricidad y magnetismo

5 principios básicos del magnetismo

Michael Faraday descubrió en 1831 que si una bobina de alambre de cobre se hace girar en un campo magnético de manera que se corten las líneas de fuerza magnética, se crea o induce una carga eléctrica en los alambres. Este es el principio básico por el que se genera prácticamente toda la corriente eléctrica actual.Los generadores utilizan la inducción magnética para producir energía eléctrica. La corriente eléctrica se genera moviendo los cables a través de un campo magnético. El bucle de alambre dentro del generador es impulsado mecánicamente por alguna fuente de movimiento rotativo. La fuente de energía para la rotación puede ser un combustible fósil, la caída de agua o la energía nuclear. Cuando el bucle de alambre gira dentro del campo magnético, se produce una corriente eléctrica en el alambre. Esta corriente se convierte en la base de la energía eléctrica comercial.

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ResumenEste texto tiene la ventaja de que los autores están en la fuente de la normalización de la ciencia eléctrica en el National Physical Laboratory y su tratamiento moderno de sus respectivos temas se ve así reforzado. Comienzan definiendo cuidadosamente sus unidades y uno se complace en observar la adopción del nuevo esquema de unidades basado en el sistema kilogramo-metro-segundo que va a unificar las unidades electromagnéticas teóricas y eléctricas prácticas en todo el mundo dentro de unos años.

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ResumenPara cualquier estudiante con buenos conocimientos de matemáticas y física, y deseoso de obtener una base sólida de los principios del electromagnetismo, este libro puede ser recomendado. Está escrito con claridad y los símbolos utilizados son lo suficientemente cercanos a los símbolos internacionales como para ser fácilmente interpretados. Los autores han decidido que la inducción magnética B y la intensidad magnética H se midan en las mismas unidades (el gauss). Así, la permeabilidad es una relación adimensional. Si todos los profesores de Gran Bretaña estuvieran de acuerdo, esto simplificaría la enseñanza.Principles of Electricity: an Intermediate Text in Electricity and Magnetism.By Prof. Leigh Page Prof. N. I. Adams Jr. Pp. xii + 620. (Londres: Chapman and Hall, Ltd., 1931.) 21s. netos.

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donde \(\hat{n}\) es el vector normal de la espira que apunta hacia afuera y \(\vec{B}\) es la densidad de flujo magnético, que es proporcional al campo magnético en el espacio libre. Esto se ilustra en el siguiente diagrama

Podemos empezar a desarrollar una intuición sobre la ley de Faraday utilizando el ejemplo de un imán permanente que se mueve a través de una bobina de alambre. El campo eléctrico generado por el imán en movimiento crea una fuerza eléctrica sobre las cargas del cable, lo que hace que fluya la corriente. Puede explorar este ejemplo de forma interactiva utilizando el siguiente applet de PhET.

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Ley de Lenz: La dirección de la corriente inducida en la ley de Faraday es tal que su campo magnético se opone al cambio de flujo. Es decir, a la naturaleza no le gustan los campos magnéticos cambiantes. Esta es la razón del signo menos en la ley de Faraday. El siguiente vídeo del Grupo de Servicios Técnicos del departamento de física del MIT muestra la ley de Lenz en acción.

La forma del campo magnético debido a una corriente eléctrica en un cable depende de la forma del cable. El campo magnético de una fuente de bucle cerrado será aproximadamente el de un dipolo magnético perfecto cuando se observe a suficiente distancia del bucle. Una buena regla general es que podemos utilizar la aproximación del dipolo cuando la distancia de la espira es más de cinco veces su diámetro. Dicho matemáticamente, la aproximación se cumple cuando \(r\, >>\, a\) donde \(r\) es la distancia del observador al centro de la espira y \(a\) es el radio de la espira. El momento magnético de una espira es \(\vec{m} = IA \hat{n}\), donde \(I\) es la corriente en la espira, \(A\) es su área, y \(\hat{n}\) es el vector unitario perpendicular al plano de la espira. En este curso consideraremos los transmisores en el dominio de la frecuencia. Se trata de transmisores accionados por una corriente armónica, es decir, una corriente que varía sinusoidalmente en el tiempo. El campo magnético de un dipolo viene dado por la magnetización multiplicada por un factor geométrico, lo que implica que el campo magnético primario debido al emisor será armónico en el tiempo: \(\vec{H}_p = \vec{H}_0 \cos(\omega t)\N).

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