Ley de Ampere y Faraday. Curva de Magnetismo

Ley de Ampere y Faraday. Curva de Magnetismo

Autor:Federico

Díaz

Autor:Federico

Díaz

Facilitador:Ranielina Rondón

Facilitador:Ranielina Rondón

- Ley de Ampere- Ley de Ampere

- Curva teórica del Magnetismo- Curva teórica del Magnetismo

- Características de la curva de Magnetización

- Características de la curva de Magnetización

DesarrolloDesarrollo

- Ley Faraday- Ley Faraday

Fue un matemático y físico francés. Inventó el primer telégrafo eléctrico y, junto a François Arago, el electroimán. Formuló en 1827 la teoría del electromagnetismo. El amperio (en francés ampère) se llama así en su honor. De las leyes de Ampère, la más conocida es la de electrodinámica. Esta describe las fuerzas que dos conductores paralelos atravesados por corriente eléctrica ejercen uno sobre otro. Si el sentido de la corriente es el mismo en los dos conductores, estos se atraen; si la corriente se desplaza en sentidos opuestos, los conductores se repelen. Describe igualmente la relación que existe entre la fuerza de corriente y la del campo magnético correspondiente. Estos trabajos fundan la electrodinámica e influencian considerablemente a la física del siglo XIX.

André-Marie Ampère (Lyon, 20 de enero de 1775 - Marsella, 10 de junio de 1836)

La fuerza magnetomotriz a lo largo de un camino cerrado atravesado por corriente

Ley de AmpereLey de Ampere

lm (Longitud del camino cerrado)

Ejemplo: Núcleo magnético. Unaespira por la que circula una corrientei(t) que atraviesa el núcleo

- Líneas de campo rodean al interior del núcleo.

- Para un campo magnético uniforme la integral es H(t) lm y:

F(t) = H(t) lm = i(t)

Corriente total que pasa a través del camino cerradoH . dl =

i(t)

Tiene una analogía con el teorema de Gauss aplicado al Tiene una analogía con el teorema de Gauss aplicado al campo eléctrico. De la misma forma que el teorema de Gauss campo eléctrico. De la misma forma que el teorema de Gauss es útil para el cálculo del campo eléctrico creado por es útil para el cálculo del campo eléctrico creado por determinadas distribuciones de carga, la ley de Ampére determinadas distribuciones de carga, la ley de Ampére también es útil para el cálculo de campos magnéticos creados también es útil para el cálculo de campos magnéticos creados por determinadas distribuciones de corriente.por determinadas distribuciones de corriente.

La ley de Ampére dice: "La circulación de un campo La ley de Ampére dice: "La circulación de un campo magnético a lo largo de una línea cerrada es igual al magnético a lo largo de una línea cerrada es igual al producto de mproducto de m00 por la intensidad neta que atraviesa el área  por la intensidad neta que atraviesa el área limitada por la trayectoria".limitada por la trayectoria".

Ley de AmpereLey de AmpereLa Ley de Ampere relaciona una intensidad de corriente La Ley de Ampere relaciona una intensidad de corriente eléctrica con el campo magnético que ésta produce. Se eléctrica con el campo magnético que ésta produce. Se utiliza en conductores considerados teóricamente de utiliza en conductores considerados teóricamente de longitud infinita, por ejemplo para calcular el campo longitud infinita, por ejemplo para calcular el campo alrededor de un conductor rectilíneo (a diferencia de otros, alrededor de un conductor rectilíneo (a diferencia de otros, por ejemplo una espira cerrada, en dónde se utiliza la Ley de por ejemplo una espira cerrada, en dónde se utiliza la Ley de Biot-Savart). Biot-Savart).

Para calcular el valor del campo B en un punto P a una distancia R de un conductor, escogeremos una línea cerrada que pase por P, dicha línea ha de ser tal que el cálculo de la circulación sea sencillo. En este caso se ha escogido una circunferencia de radio R con centro en el conductor, por lo cual todos los puntos del contorno están a la misma distancia que el punto P del conductor, y el valor de B toma el mismo valor en dicho contorno coincidiendo su dirección con el de dl.Una vez escogida la línea calculamos la circulación del campo a lo largo de la línea escogida y aplicamos la ley de Ampére. Obteniendo, la ecuación que nos da el campo magnético creado por un conductor rectilíneo:

Ley de AmpereLey de Ampere

Científico autodidacta dedicado al estudio de la filosofía natural, actualmente conocida como química y física. Su aporte más significativo a la química son las Leyes de Faraday de la Electrólisis, punto de partida de la Electroquímica. En el área de la física, siguiendo los trabajos realizados por Christian Oersted, llega a dibujar (1821) las líneas de campo magnético generadas en la vecindad de un alambre conductor que transporta corriente, que lo lleva a enunciar por primera vez el concepto de Campo dentro de la ciencia. Este concepto es el inicio de la actual teoría del Campo Electromagnético.

Michael Faraday (1791 – 1867),

LEY DE INDUCCIÓN LEY DE INDUCCIÓN

Faraday, estudiando los campos magnéticos originados por corrientes eléctricas, llega a establecer la hipótesis: ¿Los campos magnéticos generarán corrientes eléctricas?. Esta interrogante lo llevó a desarrollar una serie de experimentos y a modificar constantemente los dispositivos e instrumentos, llegando a construir dos solenoides, en el que uno quedara dentro del campo magnético generado por el otro, no logrando obtener corriente en el segundo solenoide. Solo la agudeza de Faraday lo lleva a percatarse que en el momento de conectar la batería cerrando el primer circuito, la aguja del galvanómetro conectado en el segundo solenoide, acusa una pequeña desviación; igualmente queda sorprendido cuando al desconectar la batería, la aguja vuelve a deflectarse pero en sentido contrario. Así descubre la hoy conocida Ley de Inducción Electromagnética. (1831)

LEY DE INDUCCIÓN LEY DE INDUCCIÓN Siguiendo el análisis de Faraday, cuando se cierra el circuito que contiene la batería, se genera un campo magnético afectando al solenoide conectado al galvanómetro, es decir, existe un flujo magnético sobre éste segundo circuito. Hasta aquí el fenómeno era conocido.

ACMEACMEACMEACMEACMEACME

Faraday se da cuenta que solo al momento de cerrar el circuito de la batería, el flujo de campo magnético sobre el otro solenoide variaba por un instante y este hacía que se generara la corriente acusada por el instrumento, ya que al estar la batería desconectada no existe flujo sobre el segundo circuito y al cerrar el primer circuito si existe flujo. Además en el instante de cerrar el circuito la aguja deflecta en una dirección y al abrirlo lo hace en sentido contrario.

Así Faraday expresa, cuando existe una variación temporal de flujo magnético sobre una espira cerrada, en ella se genera una fem inducida.

Ejemplos de la LEY DE INDUCCIÓN Ejemplos de la LEY DE INDUCCIÓN

Fig. 1

Fig. 2

La figura 1 simula una espira que se acerca y se aleja del polo de un imán. En tal situación se puede observar que a medida que transcurre el tiempo el flujo magnético en el interior de la espira varía, y de acuerdo a la Ley de Faraday – Lenz, se generá en la espira una fem inducida.

La figura 2 simula una espira encerrada en el entrehierro de un electroimán de campo variable en el tiempo. Cuando el campo magnético uniforme del electroimán varía su magnitud, provoca que el flujo magnético en el interior de la espira varíe, en consecuencia se generará en la espira una fem inducida.

dt)r(dB

dtd

dt)t(dB

dtd

La diferencia de potencial v(t) inducida en una espira cuando varia el flujo total Φ(t) que la atraviesa viene dada por:

v(t) = d x Φ(t) dt

v(t) = Ac . d . B(t) dt

Para una distribución uniforme de Flujo:

Ley FaradayLey Faraday

Fig 1. Proceso de histéresis, ciclo de magnetización de un material ferromagnético

Curva teórica del MagnetismoCurva teórica del Magnetismo

Ferromagnéticos: Son aquellos que exhiben un fenómeno de ordenamiento de largo alcance a nivel atómico que hace que los espines de los electrones no apareados se alineen paralelamente entre si, en una región del material llamada dominio. El campo magnético dentro del dominio es intenso pero en una muestra global generalmente el material no esta magnetizado debido a que mucho de los dominios que lo componen estarán orientados entre ellos en forma aleatoria.

Hacia la saturación en la dirección opuesta Hacia la saturación en dirección opuesta

Material magnetizado a la saturación por la alineación de sus dominios.

El material sigue una curva de magnetización no lineal, cuando magnetizado desde un valor de campo cero.

La intensidad del campo magnético aplicado

El lazo de histéresis muestra la naturaleza "historia dependiente" de magnetización de un material ferromagnético. Una vez que el material ha sido impulsado a la zona saturación, entonces el campo de magnetización puede caer a cero y el material retendrá la mayor parte de su magnetización (recordará su historia)

El campo magnético de conducción deberá ser redirigido y aumentado a un valor grande para conducir la magnetización de nuevo a cero.

Cuando el campo magnético variable llega cae a cero, el material ferromagnético conserva un grado considerable de magnetización. Esto es útil como un dispositivo de memoria magnética.

Hacia la saturación en la dirección

opuesta

Magnetización de un Material

Los materiales ferromagnéticos que muestran saturación, tales como el hierro, están compuestos de regiones microscópicas llamadas dominios magnéticos que actúan como pequeños imanes permanentes. Antes de que un campo magnético externo sea aplicado al material, los dominios se encuentran orientados al azar. Sus pequeños campos magnéticos apuntan en direcciones aleatorias y se cancelan entre sí, de modo que el material no produce un campo magnético global neto. Cuando se aplica un campo de magnetización externo H al material, lo penetra y causa la alineación de los dominios, provocando que sus pequeños campos magnéticos roten y se alineen paralelamente al campo externo, sumándose para crear un gran campo magnético que se extiende hacia fuera del material. Esto es llamado magnetización. Cuanto más fuerte sea el campo magnético externo, mayor será la alineación de los dominios. El efecto de saturación ocurre cuando ya prácticamente todos los dominios se encuentran alineados, por lo que cualquier incremento posterior en el campo aplicado no puede causar una mayor alineación.

Para des-magnetizar un material el procedimiento más simple es calentarlo, ya que por la ley de Curie-Weiss-Cabrera, existe una temperatura de transición entre el estado ferromagnético y el paramagnético. Esta temperatura no es muy alta y se puede conseguir fácilmente con un mechero.

La curva de magnetización es la que representa el magnetismo en el material como función de la fuerza magnetizante.

Curva de MagnetizaciónCurva de Magnetización

Curvas de magnetización de nueve materiales ferromagnéticos diferentes, mostrando el efecto de saturación.

1.Hoja de acero, 2.Acero al silicio, 3.Acero crucible (de crisol), 4.Acero al tungsteno, 5.Acero magnético, 6.Hierro crucible (de crisol), 7.Níquel, 8.Cobalto, 9.Magnetita.