Resumen del tema 5

1. TEMA 5.- ELECTROMAGNETISMO
PARTE I – CAMPO MAGNÉTICO
PROPIEDADES GENERALES DE LOS IMANES:
Algunos cuerpos naturales como la magnetita (Fe3O4), presentan la propiedad de
atraer pequeños trozos de hierro. A tales cuerpos se les da el nombre de imanes
naturales y la propiedad que tiene recibe el nombre de magnetismo.
El hierro, el cobalto y el níquel y algunas de sus aleaciones pueden adquirir el
magnetismo de una manera artificial. A estos cuerpos se les da el nombre de imanes
artificiales.
Propiedades:
1. Todo imán presenta la máxima atracción (o repulsión) en los extremos, que
reciben el nombre de polos magnéticos. Entre los polos existe una zona neutra
desde la que el imán no ejerce ninguna atracción.
2. Un imán tiene dos polos.
3. Los polos no se pueden separar.
4. Los polos del mismo nombre se repelen y polos de distinto nombre se atraen.
DESARROLLO DEL ELECTROMAGNETISMO:
– Oersted descubrió que las corrientes eléctricas producen campos magnéticos.
– Faraday observó que aproximando y alejando un imán a un conductor, en éste
se origina una corriente eléctrica. Las cargas en movimiento producen fuerzas
magnéticas.
– Ampère, basándose en las experiencias de Oersted y de Faraday, asentó los
fundamentos del electromagnetismo:
– Cargas eléctricas en movimiento producen una interacción de tipo
magnético, además de la interacción eléctrica dada por la Ley de Coulomb.
Producen, pues, una interacción electromagnética.
– Toda carga en movimiento produce un campo magnético.
– Un campo magnético actúa sobre cargas solamente cuando éstas están en
movimiento y se cumplen, además, ciertas condiciones.
– Se dice que en un punto existe un campo magnético si una carga móvil
colocada en él experimenta una fuerza.

2. – Las ideas de Ampère llevaron a Maxwell a enunciar la síntesis de la electricidad
y del magnetismo. Estableció que los campos eléctrico y magnético, actuando
juntos, pueden producir un tipo de energía llamada energía de radiación. Fue
capaz de predecir la existencia de ondas electromagnéticas que se mueven a
través del espacio con la velocidad de la luz.
EXPLICACIÓN DEL MAGNETISMO NATURAL:
Las sustancias, atendiendo a su comportamiento magnético, se clasifican en tres
grupos:
SUSTANCIAS FERROMAGNÉTICAS. Estas sustancias son fuertemente atraídas por
un imán; además son fácilmente imantables.
Entre las sustancias ferromagnéticas se encuentran el hierro, el cobalto, el níquel, el
acero y las aleaciones de dichos metales.
Se admite que estas sustancias constan de pequeñas regiones en las cuales todos los
átomos tienen la mismo orientación. Cada una de estas regiones orientadas recibe el
nombre de dominio magnético.
En presencia de un campo magnético externo la mayoría de los dominios se orientan
en la misma dirección y sentido que el imán exterior.
SUSTANCIAS PARAMAGNÉTICAS. Son atraídas débilmente por un imán y
prácticamente no se imantan. El aluminio es un ejemplo de sustancia paramagnética.
En estas sustancias la orientación de sus dipolos atómicos es muy débil.
SUSTANCIAS DIAMAGNÉTICAS. Estas sustancias son repelidas débilmente por un
imán. Esto es debido a que algunos dipolos atómicos se orientan en sentido contrario
al campo magnético exterior. El cobre, la plata, el plomo, entre otros, son metales
diamagnéticos.

3. CAMPO MAGNÉTICO:
Existe un campo magnético B en un punto, si una carga de prueba que se mueve con
una velocidad v por ese punto es desviada lateralmente por una fuerza. El módulo de
esta fuerza cambia al variar el módulo de la velocidad.
Tras una serie de experiencias, se ha llegado a la conclusión de que la fuerza
magnética que ejerce un campo sobre una carga móvil depende de los siguientes
factores:
1. Del valor de la carga q y de la velocidad con que esta carga se mueve.
2. De la inducción (intensidad) B del campo magnético.
3. Del ángulo que forme la dirección del movimiento con la dirección del campo.
La fuerza es máxima cuando la partícula se mueve perpendicularmente al
campo. Es decir, cuando los vectores v y B son perpendiculares. Y es nula
cuando la partícula se mueve paralelamente al campo.
⃗F =q(⃗v x ⃗B)
La unidad del campo magnético en el SI es el tesla (T).
El campo magnético, al igual que los campos eléctrico y gravitatorio, se puede
representar gráficamente por líneas de fuerza o líneas de campo que, en este caso,
reciben el nombre de líneas de inducción magnética. La dirección del campo es
tangente en cada punto a las líneas de inducción.
Las líneas de campo magnético salen del polo Norte, entran por el polo Sur y son
líneas cerradas. Como consecuencia de esto, los polos de un imán no se pueden
separar.

4. FUENTES DEL CAMPO MAGNÉTICO. CREACIÓN DE CAMPOS MAGNÉTICO POR
CARGAS EN MOVIMIENTO:
A) CAMPO MAGNÉTICO CREADO POR UN ELEMENTO DE CORRIENTE. LEY DE BIOT Y
SAVART.
La ley de Biot y Savart determina el campo magnético creado en un punto del espacio
por un elemento de corriente.
Se llama elemento de corriente a una porción elemental dl de un conductor por el que
circula una corriente I. Tiene la dirección del conductor y el sentido de la corriente.
d ⃗B=K ' I
r2 (d ⃗l x ⃗ur)
K '=
μo
4π
– El campo magnético no es conservativo. dB es perpendicular al plano que
contiene a dl y ur.
– Las líneas de fuerza son cerradas en el campo magnético.
– El campo magnético es producido solamente por cargas que estén en
movimiento.
Permeabilidad magnética del vacío: mo = 4p·10-7
T m/A
B) CAMPO MAGNÉTICO PRODUCIDO POR UNA CORRIENTE RECTA E INDEFINIDA.
El campo magnético producido por un conductor
rectilíneo e indefinido es proporcional a la corriente
que circula por él e inversamente proporcional a la
distancia.
∫⃗B⋅d ⃗l =μo⋅I
B⋅2π d=μo⋅I
B=
μo⋅I
2π d

5. C) CAMPO MAGNÉTICO CREADO POR UNA CORRIENTE CIRCULAR.
Hay muchos dispositivos, como
electroimanes, transformadores, etc. en los
que los conductores están arrollados
formando una bobina. Esto se hace
habitualmente para aumentar el valor del
campo magnético en su interior.
B=
μo I
2r
FUERZAS SOBRE CARGAS MÓVILES SITUADAS EN CAMPOS MAGNÉTICOS. LEY
DE LORENTZ:
Ley de Lorentz:
⃗F =q(⃗v x ⃗B)
Si una partícula cargada se mueve a través de una región del espacio en la cual hay
tanto un campo eléctrico como un campo magnético, la fuerza de Lorentz resultante
es
⃗F=q ⃗E+q(⃗v x ⃗B)
Una partícula eléctrica que penetra perpendicularmente a las líneas de fuerza de un
campo magnético uniforme adopta un movimiento circular:
m
v2
R
=q v B
R=
mv
q B

6. FUERZA MAGNÉTICA ENTRE CORRIENTES ELÉCTRICAS:
⃗F=I(⃗l x ⃗B)
En el caso de una espira rectangular, existirá un momento de fuerza:
M =F d=I l B d=I BS
FUERZA ENTRE CORRIENTES PARALELAS:
Supongamos dos conductores rectilíneos y paralelos separados por una distancia d y
por los que pasan corrientes I1 e I2 en el mismo sentido.
Como cada conductor se encuentra dentro del campo magnético creado por el otro,
cada conductor estará sometido a una fuerza magnética.
F 1=I1l1 B2
B2=
μo I2
2π d
F 1=
μo I1 I2
2πd
⋅l1
Dos conductores paralelos e indefinidos por los
que circulan corrientes del mismo sentido se atraen. Dos conductores por los que
circulan corrientes en sentido contrario se repelen.
Amperio es la corriente que, circulando por dos conductores paralelos e indefinidos
separados una distancia de un metro en el vacío, produce sobre cada conductor una
fuerza de 2·10-7
N por metro de longitud del conductor.

7. LEY DE AMPÈRE:
∫⃗B⋅d ⃗l =μo I
Campo magnético de una corriente recta e indefinida:
B=
μo I
2 πd
Campo magnético de un solenoide:
B=
μo N I
l
Campo magnético de una bobina de N espiras:
B=
μo N I
2R

8. PARTE II – INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA
Un campo magnético puede producir una corriente eléctrica en un conductor. Este
fenómeno se conoce como inducción electromagnética.
EXPERIENCIA DE FARADAY:
Faraday encontró que un campo magnético variable generaba una corriente eléctrica.
Supongamos una espira unida a un galvanómetro. Por este circuito no pasará
corriente, puesto que no posee generador. El galvanómetro marcará cero.
Si se aproxima un imán a dicho circuito, se observa:
– Que la aguja del galvanómetro se desvía, lo que indica el paso de una corriente.
– Que cuanto más rápido sea el movimiento del imán, mayor es la desviación de
la aguja del galvanómetro.
– Que si se detiene el imán, el galvanómetro vuelve a marcar cero.
– Que si se aleja el imán, la aguja del galvanómetro se mueve de nuevo pero en
sentido contrario.
De esta experiencia se deducen las siguientes consecuencias:
1. Solamente aparece corriente mientras haya movimiento relativo entre espira e
imán.
2. Cesa la corriente en el instante en que cesa el movimiento.
3. La corriente cambia de sentido si se cambia de sentido el movimiento.
4. La corriente que aparece en la espira es producida por una fem que recibe el
nombre de fem inducida.
5. La fem inducida cambia de polaridad cuando se invierte el sentido del
movimiento.

9. EXPERIENCIA DE HENRY:
Casi simultáneamente, y de manera independiente, Henry descubría que si un
conductor de longitud l se mueve perpendicularmente a un campo magnético se
origina una diferencia de potencial en los extremos del conductor. Esta diferencia de
potencial origina una corriente si el alambre forma parte de un circuito cerrado.
Henry observó los siguientes hechos:
1. Cuando el alambre se mueve a través del campo,
el galvanómetro indica que hay una corriente en el
conductor.
2. Mientras el conductor se mueve hacia arriba la
corriente circula en un sentido. Si se mueve hacia
abajo la corriente tiene sentido opuesto.
3. Si el alambre se deja quieto o se mueve paralelo al campo, no se induce
corriente en el alambre. La corriente si induce sólo si el alambre se mueve
cortando las líneas de campo.
4. Si el alambre está inmóvil y se mueve el campo magnético, también aparece
corriente inducida en el alambre.
5. Si el alambre se mueve formando un ángulo distinto de 90º con el campo
magnético, solamente la componente de la velocidad perpendicular al campo
magnético genera la corriente.
INTERPRETACIÓN DE LAS EXPERIENCIAS DE FARADAY Y DE HENRY:
Primera interpretación: El fenómeno de la inducción como una consecuencia de la ley
de Lorentz.
ℇind=Bl v
Segunda interpretación: La causa de las corrientes inducidas es la variación del flujo
magnético.
ϕ=B S cosα

10. LEYES DE FARADAY Y DE LENZ:
Se puede afirmar que la inducción electromagnética se funda en dos principios
fundamentales:
1. Toda variación de flujo que atraviesa un circuito cerrado produce en ésta una
corriente inducida.
2. La corriente inducida es una corriente instantánea, pues sólo dura mientras
dura la variación de flujo.
La inducción electromagnética se rige por dos leyes:
La Ley de Lenz que nos da el sentido de la corriente inducida, y la Ley de Faraday
que nos da el valor de dicha corriente.
LEY DE LENZ:
El sentido en el que circula una corriente inducida fue determinado por primera vez
por Lenz. El resultado de su descubrimiento se conoce como Ley de Lenz que dice:
La corriente se induce en un sentido tal que los efectos que genera tienden a
oponerse al cambio de flujo que la origina.
LEY DE FARADAY:
Esta Ley nos permite calcular el valor de la corriente inducida y se enuncia así:
La corriente inducida es producida por una fem inducida que es directamente
proporcional a la rapidez con que varía el flujo inductor (imán) y directamente
proporcional al número de espiras del inducido (espira o solenoide).
ℇind =−N
ϕ2−ϕ1
t2−t1
=−N
Δ ϕ
Δ t