circuitos y resistencias

1. TRABAJO DE FISICA ELECTROMAGNETICA
CUEVAS MONTEALEGRE CARLOS AUGUSTO
GONZALEZ URIBE ANDRES FELIPE
BERNATE PRECIADO JHON SEBASTIAN
INSTITUCION DE EDUCACION SUPERIOR “ITFIP”
FACULTAD DE INGENIERIA Y CIENCIAS AGROINDUSTRIALES
GESTION DE LA CONSTRUCCION
FISICA ELECTROMAGNETICA
ESPINAL-TOLIMA
2017
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2. TRBAJO DE FISICA ELECTROMAGNETICA
CUEVAS MONTEALEGRE CARLOS AUGUSTO
GONZALEZ URIBE ANDRES FELIPE
BERNATE PRECIADO JHON SEBASTIAN
FACULTAD DE INGENIERIA Y CIENCIAS AGROINDUSTRIALES
GESTION DE LA CONSTRUCCION
FISICA ELECTROMAGNETICA
ESPINAL-TOLIMA
2017
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3. POTENCIAL ELECTRICO
El potencial eléctrico o potencial electrostático en un punto, es el trabajo que debe
realizar un campo electrostático para mover una carga positiva desde dicho punto
hasta el punto de referencia,1 dividido por unidad de carga de prueba. Dicho de
otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga
positiva unitaria q desde el punto de referencia hasta el punto considerado en
contra de la fuerza eléctrica a velocidad constante. Matemáticamente se expresa
por:
El potencial eléctrico sólo se puede definir unívocamente para un campo estático
producido por cargas que ocupan una región finita del espacio. Para cargas en
movimiento debe recurrirse a los potenciales de Liénard-Wiechert para representar
un campo electromagnético que además incorpore el efecto de retardo, ya que las
perturbaciones del campo eléctrico no se pueden propagar más rápido que la
velocidad de la luz.
Si se considera que las cargas están fuera de dicho campo, la carga no cuenta
con energía y el potencial eléctrico equivale al trabajo necesario para llevar la
carga desde el exterior del campo hasta el punto considerado. La unidad del
Sistema Internacional es el voltio (V).
Todos los puntos de un campo eléctrico que tienen el mismo potencial forman una
superficie equipotencial. Una forma alternativa de ver al potencial eléctrico es que
a diferencia de la energía potencial eléctrica o electrostática, él caracteriza sólo
una región del espacio sin tomar en cuenta la carga que se coloca ahí
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4. CAMPO Y POTENCIAL ELÉCTRICO DE UNA CARGA PUNTUAL
La ley de Coulomb nos describe la interacción entre dos cargas eléctricas del
mismo o de distinto signo. La fuerza que ejerce la carga Q sobre otra carga q
situada a una distancia r es.
La fuerza F es repulsiva si las cargas son del mismo signo y es atractiva si las
cargas son de signo contrario.
Concepto de campo
Es más útil, imaginar que cada uno de los cuerpos cargados modifica las
propiedades del espacio que lo rodea con su sola presencia. Supongamos, que
solamente está presente la carga Q, después de haber retirado la carga q del
punto P. Se dice que la carga Q crea un campo eléctrico en el punto P. Al volver a
poner la carga q en el punto P, cabe imaginar que la fuerza sobre esta carga la
ejerce el campo eléctrico creado por la carga Q.
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5. Cada punto P del espacio que rodea a la carga Q tiene una nueva propiedad, que
se denomina campo eléctrico E que describiremos mediante una magnitud
vectorial, que se define como la fuerza sobre la unidad de carga positiva
imaginariamente situada en el punto P.
La unidad de medida del campo en el S.I. de Unidades es el N/C
En la figura, hemos dibujado el campo en el punto P producido por una
carga Q positiva y negativa respectivamente.
Energía potencial
La fuerza de atracción entre dos masas es conservativa, del mismo modo se
puede demostrar que la fuerza de interacción entre cargas es conservativa.
El trabajo de una fuerza conservativa, es igual a la diferencia entre el valor inicial y
el valor final de una función que solamente depende de las coordenadas que
denominamos energía potencial.
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6. El trabajo infinitesimal es el producto escalar del vector fuerza F por el vector
desplazamiento dl, tangente a la trayectoria.
dW=F·dl=F·dl·cosθ=F·dr.
donde dr es el desplazamiento infinitesimal de la partícula cargada q en la
dirección radial.
Para calcular el trabajo total, integramos entre la posición inicial A, distante rA del
centro de fuerzas y la posición final B, distante rB del centro fijo de fuerzas.
El trabajo W no depende del camino seguido por la partícula para ir desde la
posición A a la posición B. La fuerza de atracción F, que ejerce la carga
fija Q sobre la carga q es conservativa. La fórmula de la energía potencial es
El nivel cero de energía potencial se ha establecido en el infinito, para r=∞, Ep=0
El hecho de que la fuerza de atracción sea conservativa, implica que la energía
total (cinética más potencial) de la partícula es constante, en cualquier punto de la
trayectoria.
Concepto de potencial
Del mismo modo que hemos definido el campo eléctrico, el potencial es una
propiedad del punto P del espacio que rodea la carga Q. Definimos
potencial V como la energía potencial de la unidad de carga positiva
imaginariamente situada en P, V=Ep/q. El potencial es una magnitud escalar.
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7. La unidad de medida del potencial en el S.I. de unidades es el volt (V).
Relaciones entre fuerzas y campos
Una carga en el seno de un campo eléctrico E experimenta una fuerza
proporcional al campo cuyo módulo es F=qE, cuya dirección es la misma, pero el
sentido puede ser el mismo o el contrario dependiendo de que la carga sea
positiva o negativa.
Relaciones entre campo y diferencia de potencial
La relación entre campo eléctrico y el potencial es.
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8. En la figura, vemos la interpretación geométrica. La diferencia de potencial es el
área bajo la curva entre las posiciones A y B. Cuando el campo es constante
VA-VB=E·d que es el área del rectángulo sombreado.
El campo eléctrico E es conservativo lo que quiere decir que en un camino cerrado
se cumple
Dado el potencial V podemos calcular el vector campo eléctrico E, mediante el
operador gradiente.
Trabajo realizado por el campo eléctrico
El trabajo que realiza el campo eléctrico sobre una carga q cuando se mueve
desde una posición en el que el potencial es VA a otro lugar en el que el potencial
es VB es
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9. • El campo eléctrico realiza un trabajo W cuando una carga positiva q se
mueve desde un lugar A en el que el potencial es alto a otro B en el que el
potencial es más bajo. Si q>0 y VA>VB entonces W>0.
• El campo eléctrico realiza un trabajo cuando una carga negativa q se
mueve desde un lugar B en el que el potencial es más bajo a otro A en el
que el potencial es más alto.
• Una fuerza externa tendrá que realizar un trabajo para trasladar una carga
positiva q desde un lugar B en el que el potencial es más bajo hacia otro
lugar A en el que el potencial más alto.
• Una fuerza externa tendrá que realizar un trabajo para trasladar una carga
negativa q desde un lugar A en el que el potencial es más alto hacia otro
lugar B en el que el potencial más bajo.
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10. LOS IMANES Y EL MAGNETISMO.
Un imán es un objeto capaz de a objetos elaborados con metales com el hierro o
el níquel. El magnetismo es la propiedad que tienen los imanes para atraer a otros
imanes o algunos metales.
 Los imanes pueden ser naturales o artificiales.
 Los imanes naturales son aquellos que aparecen en la naturaleza, como la
magnetita, que es un mineral de color oscuro.
 Los imanes artificiales son aquellos fabricados por las personas. Se
elaboran utilizando los metales. Casi todos los imanes que empleamos son
artificiales.
ATRACCIÓN Y REPULSIÓN ENTRE IMANES.
Los polos de un imán son las dos partes del imán que atraen con más intensidad a
los objetos metálicos colocados cerca. Se llaman polo norte y polo sur y se
abrevian como N y S. En un imán con forma de barra, los polos están situados en
los dos extremos del imán.
 Si enfrentamos dos polos diferentes, los imanes se atraen.
 Si enfrentamos dos polos iguales, los imanes se separan.
EL MAGNETISMO TERRESTRE.
La Tierra funciona como un imán gigantesco. Si colgamos un pequeño imán de un
hilo, el polo norte del imán se orienta hacia el polo Norte de la Tierra.
La brújula es un aparato que contiene un pequeño imán que puede girar
libremente, de manera que siempre apunta hacia el Norte.
LOS USOS DEL MAGNETISMO.
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11. El magnetismo es un fenómeno muy útil que se aprovecha de muchas formas
distintas:
 Los imanes se usan en brújulas, cierres de puertas, bolsos, juguetes,...
 Los soportes eléctricos son distintos materiales magnéticos artificiales que
se emplean para almacenar mucha información en poco espacio. Algunos
ejemplos son los cassetes de videocámaras, las tarjetas de memoria
empleadas en cámaras digitales o los discos duros del ordenador.
 Las bandas magnéticas son franjas estrechas y oscuras que se encuentran
en los billetes de tren y avión, las tarjetas de los bancos,...
 En ellas se guarda información como los datos de los propietarios...
 Para utilizarlas necesitamos un aparato capaz de leer la información
guardada, como por ejemplo, los cajeros automáticos.
EL ELECTROIMAN.
Si enrollamos un hilo conductor por el que pueda circular la corriente eléctrica
alrededor de un trozo de hierro, éste se convierte en un imán que llamamos
electroimán.
Cuando circula la corriente eléctrica por el hilo, el trozo de hierro se comporta
como un imán y atrae los objetos metálicos.
Cuando no circula la corriente, el trozo de hierro pierde sus propiedades
magnéticas.
TIPOS DE IMANES
Existen dos tipos de imanes: Imanes naturales y artificiales.
IMANES NATURALES
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12. Son los que se encuentran en la naturaleza formando el mineral llamado
magnetita u óxido de hierro magnético. Se le llama también piedra imán y es de
color gris negro. Abunda en algunos cerros de Suecia y los Montes Urales,
Europa.
IMANES ARTIFICIALES
Son barras o herraduras de acero, a las que se comunican las propiedades
magnéticas por diferentes métodos (frotamiento, inducción, o por acción de la
corriente eléctrica).
PARTES QUE COMPONEN UN IMAN
Los dos extremos del imán, llamados polos, son sus partes aparentemente
activas. En un imán hay dos polos: Norte y Sur. La parte media del imán es la
línea neutra, en la que no hay fuerza magnética.
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13. Los dos polos, norte y sur, son como el anverso y el reverso de una hoja de papel.
No puede existir el uno sin el otro. Pretender aislar un polo es como querer
fabricar una hoja de papel que sólo tenga anverso.
¿CUALES SON LAS PROPIEDADES GENERALES DE LOS IMANES?
1. Entre muchas propiedades de los imanes, se caracteriza principalmente por
atraer objetos de hierro y acero.
2. Su atracción es mejor en los extremos, disminuyendo hasta llegar al punto
medio del imán en que la atracción es nula.
3. Existen imanes que atraen con más fuerza y a más distancia que otros. Esto
depende del poder magnético de cada uno. La amplitud o espacio en que se
ejerce esa fuerza se llama campo magnético.
4. La atracción magnética se manifiesta a través del agua, del papel, del vidrio y
de otros cuerpos, siempre que no sean de mucho espesor.
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14. 5. Un polo “norte” rechaza a otros polos “norte” y atrae a los polos “sur”: Polos de
igual nombre se rechazan, polos de diferente nombre se atraen.
6, Los imanes trasmiten sus propiedades al imantar con ellos el hierro y el acero;
pero no en iguales condiciones, pues la imantación del acero es permanente y la
del hierro es momentánea.
CAMPO MAGNETICO
EL campo magnético, es el espacio en el que se manifiestan acciones magnéticas.
Si acercamos una aguja magnética al polo de un imán encontraremos un punto en
que la aguja principia a sufrir atracción o repulsión: la aguja habrá entrado en el
campo magnético del imán. Este campo está surcado por Líneas de Fuerza, que
convencionalmente salen del polo norte y entran en el polo sur. Estas líneas de
fuerza son siempre cerradas y no tienen principio ni fin.
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15. Una aguja imanada dentro del campo magnético de un imán se dispone siempre
siguiendo las líneas de fuerza.
ESPECTRO MAGNETICO
Si espolvoreamos limaduras de hierro sobre una hoja de papel debajo de la cual
hay una barra imantada, estas limaduras se convierten en pequeñas Agujas
Magnéticas, y al orientarse por atracción de sus polos, forman el llamado Espectro
Magnético, en el cual quedan materializadas las líneas de fuerza.
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16. Si repetimos este experimento sobre los polos opuestos de dos imanes,
observaremos que las limaduras se ordenan nuevamente según las líneas de
fuerza.
INTENSIDADES
La intensidad de un campo magnético se mide en “GAUSS”; nombre que tiene su
origen en el físico alemán FEDERICO GAUSS, que en el año de 1809 realizó
importantes estudios sobre campos magnéticos y electromagnetismo. El GAUSS
vale 10-8 voltios X segundo/cm2
. El campo terrestre que orienta la brújula es de
1/2 GAUSS: entre los polos de un imán común hay de 1,000 a 2,000 GAUSS; en
un ELECTROIMAN, 10,000; y en los grandes aparatos para investigación se llega
a 500,000 GAUSS.
MAGNETISMO TERRESTRE
La Tierra es un enorme imán y esto se comprueba de la siguiente manera: si
tomamos una aguja magnética que gira sobre un eje principal y la acercamos
sobre una barra imán veremos que sus pelos se orientan en sentido opuesto a los
polos del imán.
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17. Ahora bien, si colgamos de un hilo una barra imantada veremos cómo la aguja
magnética, se orienta de norte a sur. Es decir que al igual que el imán, la Tierra
hace que la barra imantada tome la misma posición que la aguja magnética.
IMANES FRACCIONARIOS
Si cortamos un imán por la mitad obtendremos dos imanes. La mitad contenía el
polo sur “gana” un polo norte en lo que antes era el medio de la barra y la otra
mitad gana un polo sur. Si cada pedazo lo dividimos en dos, obtendremos cuatro
imanes. Y así podemos seguir multiplicando los imanes en forma teóricamente
indefinida, porque en realidad cada molécula de una barra de hierro es un
pequeño imán.
Según esto, es imposible obtener dos medios imanes; o sea que no podemos
obtener un polo aislado. De la misma manera como una moneda tiene siempre
dos caras, los polos magnéticos siempre aparecen por pares, nunca aislados.
Cuando se imana una barra de hierro, los polos norte y sur de sus moléculas se
atraen recíprocamente (polos opuestos se atraen) y todo el conjunto se dispondrá
en una serie de cadenas “NSNS- NSNS” como se muestra en la figura.
Si acercamos una barra imantada a un clavo de hierro dulce, éste es atraído; pero
aparece otro fenómeno: con el clavo podemos atraer otros clavos más, incluso
formar una cadena. ¿Qué es lo que ha ocurrido? Al quedar dentro del campo
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18. magnético del imán, el clavo se ha convertido temporalmente en otro imán y en
ambos extremos aparecen polos magnéticos.
El polo norte se adhiere al polo sur del imán, mientras el polo sur repite el
procedimiento con un segundo clavo y así sucesivamente. Es posible imantar
piezas de hierro o metales magnéticos en forma transitoria o permanente, según
su resistencia a la desimanación.
APLICACIONES DE LOS IMANES
Los imanes tienen múltiples aplicaciones como por ejemplo en la fabricación de
brújulas y de aparatos eléctricos (GALVANOMETROS, AMPERIMETROS,
VOLTIMETROS, CONTADORES, MAGNETOS, etc.). Los imanes permanentes se
emplean en altoparlantes, instrumentos para mediciones eléctricas, etc. También
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19. los imanes son empleados en diversos y originales juguetes como el conocido
“PERRO MAGNETICO”.
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