domingo, 27 de febrero de 2011

ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

La electricidad y el magnetismo son dos aspectos diferentes de un mismo fenómeno físico, denominado electromagnetismo, descrito matemáticamente por las ecuaciones de Maxwell. El movimiento de una carga eléctrica produce un campo magnético, la variación de un campo magnético produce un campo eléctrico y el movimiento acelerado de cargas eléctricas genera ondas electromagnéticas (como en las descargas de rayos que pueden escucharse en los receptores de radio AM).
La electricidad y el magnetismo están estrechamente relacionados y son temas de gran importancia en la física.

MAGNETISMO
• Viene del latín magnes, -ētis, imán
• Fenómeno físico 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.
• Todos los materiales son influídos, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético.
• El magnetismo también tiene otras manifestaciones en física, particularmente como uno de los dos componentes de la radiación electromagnética, como por ejemplo, la luz.
• Cada electrón es, por su naturaleza, un pequeño imán.
• Ordinariamente, innumerables electrones de un material están orientados aleatoriamente en diferentes direcciones, pero en un imán casi todos los electrones tienden a orientarse en la misma dirección,
• crean una fuerza magnética grande o pequeña dependiendo del número de electrones que estén orientados.
• el movimiento de los electrones no da lugar a un campo magnético en el material, pero en ciertas condiciones los movimientos pueden alinearse y producir un campo magnético total medible.
• El comportamiento magnético de un material depende de la estructura del material y, particularmente, de la configuración electrónica.


Historia
Los fenómenos magnéticos fueron conocidos por los antiguos griegos. Se dice que por primera vez se observaron en la ciudad de Magnesia del Meandro 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».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.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 electro débil y, finalmente, en el modelo estándar.


La física del magnetismo
Magnetismo, electricidad y relatividad especial
Campos y fuerzas magnéticas
El fenómeno del magnetismo es ejercido por un campo magnético, por ejemplo, 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
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 sólo 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 momento de un par de fuerzas y una fuerza que pueda ser expresada en términos de un campo y de la magnitud del dipolo.

Dipolos magnéticos atómicos
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 y solo los átomos con orbitales electrónicos semillenos 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, ésta 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.

Antiferromagnético
No magnético aún bajo acción de un campo magnético inducido.
Ejemplo: óxido de manganeso (MnO2).

Ferrimagnético
Menor grado magnético que los materiales ferromagnéticos.
Ejemplo: ferrita de hierro.

Superparamagnético
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.
Monopolos magnéticos
Puesto que un imán de barra obtiene su ferromagnetismo de los electrones magneticos 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 monopolo -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 monopolos 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 monopolos magnéticos".(p.3)
Tipos de materiales magnéticos
Existen diversos tipos de comportamiento de los materiales magnéticos, siendo los principales 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.
Asimismo, 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.
La rama de la química que estudia las sustancias de propiedades magnéticas interesantes es la magnetoquímica.

Electromagnetos
Un electroimán es un imán hecho de alambre eléctrico bobinado en torno a un material magnético como el hierro. Este tipo de imán es útil en los casos en que un imán debe estar encendido o apagado, por ejemplo, las grandes grúas para levantar chatarra de automóviles.
Para el caso de 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 hace una 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, siempre que esté situado en otro campo magnético. Inducir el magnetismo del acero en los resultados en un imán 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. Los imanes son hechos por acariciar con otro imán, la grabación, mientras que fija en un campo magnético opuesto 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.
Unidades
Unidades del SI relacionadas con el magnetismo
Tesla [T] = unidad de campo magnético.
Weber [Wb] = unidad de flujo magnético.
Amper [A] = unidad de corriente eléctrica, que genera campos magnéticos.










ELECTRICIDAD




• Viene del griego elektron, cuyo significado es ámbar
• Fenómeno físico cuyo origen son las cargas eléctricas y cuya energía se manifiesta en fenómenos mecánicos, térmicos, luminosos y químicos, entre otros.
• Es el flujo de electrones.
• Se puede observar de forma natural en fenómenos atmosféricos, por ejemplo los rayos, que son descargas eléctricas producidas por la transferencia de energía entre la ionosfera y la superficie terrestre (proceso complejo del que los rayos solo forman una parte).
• Otros mecanismos eléctricos naturales los podemos encontrar en procesos biológicos, como el funcionamiento del sistema nervioso.
• Es la base del funcionamiento de muchas máquinas, desde pequeños electrodomésticos hasta sistemas de gran potencia como los trenes de alta velocidad, y asimismo de todos los dispositivos electrónicos.
• Esencial para la producción de sustancias químicas como el aluminio y el cloro.
• se denomina electricidad a la rama de la física que estudia las leyes que rigen el fenómeno y a la rama de la tecnología que la usa en aplicaciones prácticas.
• se ha convertido en una de las formas de energía más importantes para el desarrollo tecnológico debido a su facilidad de generación y distribución y a su gran número de aplicaciones.
• Originada por las cargas eléctricas, en reposo o en movimiento, y las interacciones entre ellas.
• Cuando varias cargas eléctricas están en reposo relativo se ejercen entre ellas fuerzas electrostáticas.
• Cuando las cargas eléctricas están en movimiento relativo se ejercen también fuerzas magnéticas.
• Se conocen dos tipos de cargas eléctricas: positivas y negativas. Los átomos que conforman la materia contienen partículas subatómicas positivas (protones), negativas (electrones) y neutras (neutrones).
• hay partículas elementales cargadas que en condiciones normales no son estables, por lo que se manifiestan sólo en determinados procesos como los rayos cósmicos y las desintegraciones radiactivas





HISTORIA
La historia de la electricidad como rama de la física comenzó con observaciones aisladas y simples especulaciones o intuiciones médicas, como el uso de peces eléctricos en enfermedades como la gota y el dolor de cabeza, u objetos arqueológicos de interpretación discutible (la batería de Bagdad).8 Tales de Mileto fue el primero en observar los fenómenos eléctricos cuando, al frotar una barra de ámbar con un paño, notó que la barra podía atraer objetos livianos.
Mientras la electricidad era todavía considerada poco más que un espectáculo de salón, las primeras aproximaciones científicas al fenómeno fueron hechas en los siglos XVII y XVIII por investigadores sistemáticos como Gilbert, von Guericke, Henry Cavendish, Du Fay, van Musschenbroek y Watson. Estas observaciones empiezan a dar sus frutos con Galvani, Volta, Coulomb y Franklin, y, ya a comienzos del siglo XIX, con Ampère, Faraday y Ohm. No obstante, el desarrollo de una teoría que unificara la electricidad con el magnetismo como dos manifestaciones de un mismo fenómeno no se alcanzó hasta la formulación de las ecuaciones de Maxwell (1861-1865).
Los desarrollos tecnológicos que produjeron la primera revolución industrial no hicieron uso de la electricidad. Su primera aplicación práctica generalizada fue el telégrafo eléctrico de Samuel Morse (1833), que revolucionó las telecomunicaciones. La generación masiva de electricidad comenzó cuando, a fines del siglo XIX, se extendió la iluminación eléctrica de las calles y las casas. La creciente sucesión de aplicaciones que esta disponibilidad produjo hizo de la electricidad una de las principales fuerzas motrices de la segunda revolución industrial. Más que de grandes teóricos, como Lord Kelvin, fue éste el momento de grandes inventores como Gramme, Westinghouse, von Siemens y Alexander Graham Bell. Entre ellos destacaron Nikola Tesla y Thomas Alva Edison, cuya revolucionaria manera de entender la relación entre investigación y mercado capitalista convirtió la innovación tecnológica en una actividad industrial. Tesla, un inventor serbio-americano, descubrió el principio del campo magnético rotatorio en 1882, que es la base de la maquinaria de corriente alterna. También inventó el sistema de motores y generadores de corriente alterna polifásica que da energía a la sociedad moderna.
El alumbrado artificial modificó la duración y distribución horaria de las actividades individuales y sociales, de los procesos industriales, del transporte y de las telecomunicaciones. Lenin definió el socialismo como la suma de la electrificación y el poder de los soviets. La sociedad de consumo que se creó en los países capitalistas dependió (y depende) en gran medida del uso doméstico de la electricidad.
El desarrollo de la mecánica cuántica durante la primera mitad del siglo XX sentó las bases para la comprensión del comportamiento de los electrones en los diferentes materiales. Estos saberes, combinados con las tecnologías desarrolladas para las transmisiones de radio, permitieron el desarrollo de la electrónica, que alcanzaría su auge con la invención del transistor. El perfeccionamiento, la miniaturización, el aumento de velocidad y la disminución de costo de las computadoras durante la segunda mitad del siglo XX fue posible gracias al buen conocimiento de las propiedades eléctricas de los materiales semiconductores. Esto fue esencial para la conformación de la sociedad de la información de la tercera revolución industrial, comparable en importancia con la generalización del uso de los automóviles.
Los problemas de almacenamiento de electricidad, su transporte a largas distancias y la autonomía de los aparatos móviles alimentados por electricidad todavía no han sido resueltos de forma eficiente. Asimismo, la multiplicación de todo tipo de aplicaciones prácticas de la electricidad ha sido, junto con la proliferación de los motores alimentados con destilados del petróleo, uno de los factores de la crisis energética de comienzos del siglo XXI. Esto ha planteado la necesidad de nuevas fuentes de energía, especialmente las renovables.


CARGA ELECTRICA



La carga eléctrica es una propiedad que poseen algunas partículas subatómicas y que se manifiesta mediante las fuerzas observadas entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos siendo, a su vez, generadora de ellos. La interacción entre carga y campo eléctrico es la fuente de una de las cuatro interacciones fundamentales, la interacción electromagnética. La partícula que transporta la información de estas interacciones es el fotón. Estas fuerzas son de alcance infinito y no se manifiestan de forma inmediata, sino que tardan un tiempo , donde c es la velocidad de la luz en el medio en el que se transmite y d la distancia entre las cargas.
Las dos partículas elementales cargadas que existen en la materia y que se encuentran de forma natural en la Tierra son el electrón y el protón, aunque pueden encontrarse otras partículas cargadas procedentes del exterior (como los muones o los piones). Todos los hadrones (como el protón y el neutrón) además, están constituidos por partículas cargadas más pequeñas llamadas quarks, sin embargo estas no pueden encontrarse libres en la naturaleza.
Cuando un átomo gana o pierde un electrón, queda cargado eléctricamente. A estos átomos cargados se les denomina iones.
Los trabajos de investigación realizados en la segunda mitad del siglo XIX por el premio Nobel de Física Joseph John Thomson, que le llevaron en 1897 a descubrir el electrón, y de Robert Millikan a medir su carga, determinaron la naturaleza discreta de la carga eléctrica.11
En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de carga eléctrica se denomina culombio (símbolo C) y se define como la cantidad de carga que pasa por una sección en 1 segundo cuando la corriente eléctrica es de 1 amperio. Se corresponde con la carga de 6,24 × 1018 electrones aproximadamente. La carga más pequeña que se encuentra en la naturaleza es la carga del electrón (que es igual en magnitud a la del protón y, de signo opuesto): e = 1,602 × 10-19 C (1 eV en unidades naturales).

Fuerza entre cargas
Coulomb fue el primero en determinar, en 1785, el valor de las fuerzas ejercidas entre cargas eléctricas. Usando una balanza de torsión determinó que la magnitud de la fuerza con que se atraen o repelen dos cargas eléctricas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de las magnitudes de cada carga e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.



Donde q1 y q2 son las cargas, r es la distancia que las separa y la constante de proporcionalidad k depende del sistema de unidades.
Una propiedad fundamental de estas fuerzas es el principio de superposición que establece que, cuando hay varias cargas qj, la fuerza resultante sobre una cualquiera de ellas es la suma vectorial de las fuerzas ejercidas por todas las demás. La fuerza ejercida sobre la carga puntual qi en reposo está dada en el SI por:

donde denota el vector que une la carga qj con la carga qi.
Cuando las cargas están en movimiento aparecen también fuerzas magnéticas. La forma más sencilla de describir el fenómeno es con el uso de campos eléctrico y magnético, de los que a su vez se pueden derivar las fuerzas a partir de la fórmula de Lorentz:

En el caso general de cargas distribuidas de manera arbitraria, no es posible escribir expresiones explícitas de las fuerzas. Hay que resolver las ecuaciones de Maxwell, calcular los campos y derivar las fuerzas a partir de las expresiones de la energía electromagnética.


CAMPOS ELECTRICO Y MAGNETICO



Los campos eléctrico y magnético, son campos vectoriales caracterizables en cada punto del espacio y cada instante del tiempo por un módulo, una dirección y un sentido. Una propiedad fundamental de estos campos es el principio de superposición, según el cual el campo resultante puede ser calculado como la suma vectorial de los campos creados por cada una de las cargas eléctricas.
Se obtiene una descripción sencilla de estos campos dando las líneas de fuerza o de campo, que son curvas tangentes a la dirección de los vectores de campo. En el caso del campo eléctrico, esta línea corresponde a la trayectoria que seguiría una carga sin masa que se encuentre libre en el seno del campo y que se deja mover muy lentamente.
Normalmente la materia es neutra, es decir, su carga eléctrica neta es nula. Sin embargo, en su interior tiene cargas positivas y negativas y se localizan corrientes eléctricas en los átomos y moléculas, lo cual da lugar a campos eléctricos y magnéticos. En el caso de dos cargas opuestas se generan campos dipolares, como el representado en la figura de la derecha, donde las cargas de igual magnitud y signos opuestos están muy cercanas entre sí. Estos campos dipolares son la base para describir casos tan fundamentales como los enlaces iónicos en las moléculas, las características como disolvente del agua, o el funcionamiento de las antenas entre otros.

ELECTROMAGNETISMO




Se denomina electromagnetismo a la teoría física que unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos son obra de Faraday, pero fueron formulados por primera vez de modo completo por Maxwell. La formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales, conocidas como ecuaciones de Maxwell, que relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales: densidad de carga eléctrica, corriente eléctrica, desplazamiento eléctrico y corriente de desplazamiento.
A principios del siglo XIX Ørsted encontró evidencia empírica de que los fenómenos magnéticos y eléctricos estaban relacionados. A partir de esa base Maxwell unificó en 1861 los trabajos de físicos como Ampère, Sturgeon, Henry, Ohm y Faraday, en un conjunto de ecuaciones que describían ambos fenómenos como uno solo, el fenómeno electromagnético.
Se trata de una teoría de campos; las explicaciones y predicciones que provee se basan en magnitudes físicas vectoriales y son dependientes de la posición en el espacio y del tiempo. El electromagnetismo describe los fenómenos físicos macroscópicos en los que intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, usando para ello campos eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre la materia. Para la descripción de fenómenos a nivel molecular, atómico o corpuscular, es necesario emplear las expresiones clásicas de la energía electromagnética conjuntamente con las de la mecánica cuántica. Las ecuaciones de Maxwell describen los campos eléctricos y magnéticos como manifestaciones de un solo campo electromagnético. Además, explican la naturaleza ondulatoria de la luz como parte de una onda electromagnética. Al contar con una teoría unificada consistente que describiera estos dos fenómenos antes separados, se pudieron realizar varios experimentos novedosos e inventos muy útiles, como el generador de corriente alterna inventado por Tesla. El éxito predictivo de la teoría de Maxwell y la búsqueda de una interpretación coherente con el experimento de Michelson y Morley llevó a Einstein a formular la teoría de la relatividad, que se apoyaba en algunos resultados previos de Lorentz y Poincaré.

Esta unificación es fundamental para describir las relaciones que existen entre los campos eléctricos variables que se utilizan en la vida diaria —como la corriente alterna utilizada en las redes eléctricas domésticas— y los campos magnéticos que inducen. Entre otras aplicaciones técnicas, se utiliza para el cálculo de antenas de telecomunicaciones y de circuitos eléctricos o electrónicos en los que hay campos eléctricos y magnéticos variables que se generan mutuamente.


POTENCIAL Y TENSION ELECTRICA





Se denomina tensión eléctrica o voltaje a la energía potencial por unidad de carga que está asociada a un campo electrostático. Su unidad de medida en el SI son los voltios.17 A la diferencia de energía potencial entre dos puntos se le denomina voltaje. Esta tensión puede ser vista como si fuera una "presión eléctrica" debido a que cuando la presión es uniforme no existe circulación de cargas y cuando dicha "presión" varía se crea un campo eléctrico que a su vez genera fuerzas en las cargas eléctricas. Matemáticamente, la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos A y B es la integral de línea del campo eléctrico:

Generalmente se definen los potenciales referidos a un punto inicial dado. A veces se escoge uno situado infinitamente lejos de cualquier carga eléctrica. Cuando no hay campos magnéticos variables, el valor del potencial no depende de la trayectoria usada para calcularlo, sino únicamente de sus puntos inicial y final. Se dice entonces que el campo eléctrico es conservativo. En tal caso, si la carga eléctrica q tan pequeña que no modifica significativamente , la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos A y B será el trabajo W por unidad de carga, que debe ejercerse en contra del campo eléctrico para llevar q desde B hasta A. Es decir:

Otra de las formas de expresar la tensión entre dos puntos es en función de la intensidad de corriente y la resistencia existentes entre ellos. Así se obtiene uno de los enunciados de la ley de Ohm:

Cuando por dos puntos de un circuito puede circular una corriente eléctrica, la polaridad de la caída de tensión viene determinada por la dirección convencional de la misma; esto es, del punto de mayor potencial al de menor. En el caso de campos no estacionarios el campo eléctrico no es conservativo y la integral de línea del campo eléctrico contiene efectos provenientes de los campos magnéticos variables inducidos o aplicados, que corresponden a una fuerza electromotriz inducida (f.e.m.), que también se mide en voltios.
La fuerza electromotriz, cuyo origen es la inyección de energía externa al circuito, permite mantener una diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito abierto o de producir una corriente eléctrica en un circuito cerrado. Esta energía puede representarse por un campo de origen externo cuya circulación (integral de línea sobre una trayectoria cerrada C) define la fuerza electromotriz del generador. Esta expresión corresponde el trabajo que el generador realiza para forzar el paso por su interior de una carga, del polo negativo al positivo (es decir, en contra de las fuerzas eléctricas), dividido por el valor de dicha carga. El trabajo así realizado puede tener origen mecánico (dínamo), químico (batería), térmico (efecto termoeléctrico) o de otro tipo.




VIDEOS























PREGUNTAS ICFES
Con relación a las diferencias entre los conductores y los aisladores eléctricos es
correcto afirmar:
I Los conductores pueden ser electrizados y los aisladores no
II En los conductores electrizados el exceso de cargas eléctricas se distribuye
en su superficie exterior. En los aisladores en cambio se distribuye en todo el cuerpo
III Sólo los metales son conductores
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo III
D) Ninguna
E) Todas
2) Considere el electroscopio usado por su profesor
en clase, cuyas partes metálicas se identifican en la figura
con las letras A, B, C, D y E. El elemento C se caracteriza
por:
I Ser aislador
II Ser móvil
III No estar en contacto eléctrico con B
IV Ser más largo desde su centro de giro hacia
abajo que de él hacia arriba
Es o son correctas:
A) Sólo I
B) Sólo II
C) II y III
D) II, III y IV
E) Todas
3) En relación con el detector de fase que emplean los eléctricos en su trabajo, es o son
correctas las siguientes afirmaciones:
I Su lámpara de neón se encenderá sólo al tocar uno de los contactos de un
enchufe domiciliario (suponiendo claro esta que hay energía eléctrica, que la instalación
está correctamente hecha y que el detector se emplea correctamente)
II Cuando su lámpara se enciende está pasando corriente eléctrica por el cuerpo
de la persona que lo manipula
III Si su neón no se enciende al conectar correctamente el detector de fase al
contacto central de un enchufe domiciliario, ello garantiza que la conexión a tierra está bien
hecha
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo III
D) I y II
E) I y III




4) Los pájaros generalmente pueden posarse sobre uno de los cables energizados del
tendido eléctrico sin accidentarse debido a que:
A) ...sus garras son muy buenas aisladores eléctricos
B) ...la cantidad de corriente que circula por dichos conductores no suele ser tan
grande como para afectarlos
C) ...no están conectados a tierra
D) ...la mayoría de los cables del tendido eléctrico están revestidos de un plástico
aislador
E) ...la corriente eléctrica en esos cables circula sólo por su interior, entonces no
se ven afectados por la corriente eléctrica por la misma razón que uno no se
moja si toca una cañería que conduce agua
5) Un hilo de agua que cae de una llave es desviado al aproximarle un cuerpo
electrizado. En relación con esta observación es correcto afirmar que:
I El hilo de agua siempre se aproxima al cuerpo electrizado
II El hilo de agua siempre se aleja del cuerpo electrizado
III No se produciría ninguna desviación si el agua fuera pura (destilada)
IV Se aproxima o aleja dependiendo del signo (+ o -) del cuerpo electrizado que
se aproxime al hilo de agua
V El hilo de agua se electriza por frotación con la cañería metálica por la que
fluye y se aproximará o alejará del cuerpo electrizado dependiendo del signo (+ o -) del
cuerpo electrizado que se le aproxime y que en el proceso adquiera el agua
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo III
D) I y III
E) III, IV y V
6) Con relación al condensador eléctrico (o capacitor) es correcto afirmar que:
I tiene la capacidad de almacenar energía eléctrica
II consiste en dos láminas conductoras paralelas, separadas por un aislador, y
enrolladas
III posee dos contacto eléctricos, cada uno conectado a cada lámina
IV son aparatos peligrosos (pueden explotar) si no se los usa correctamente
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo III
D) Sólo IV
E) Todas
7) De la seguridad frente a la electricidad y la corriente eléctrica es correcto afirmar:
I La conexión a tierra tiene el propósito principal de proteger a las personas
de golpes de corriente. En el caso de los computadores protege, además, a los delicados
componentes que los constituyen.
II Si una persona esta correctamente conectada a tierra puede manipular el
interior de los artefactos eléctricos domésticos, aún cuando ellos estén conectados a la red
eléctrica
III La cantidad de volts no guarda siempre una relación directa con el riesgo
de accidente eléctrico. El profesor trabajó algunos experimentos en clases con varios miles
de volts en sin correr riesgo alguno
IV A nivel de las personas lo realmente peligroso en la vida diaria es la
corriente eléctrica y no la electricidad
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo III
D) Sólo IV
E) I, III y IV
8) En relación con los imanes es correcto afirmar lo siguiente:
I Los imanes existen en la naturaleza y presentan dos o más polos
II Al igual que los cuerpos electrizados los polos de distinto tipo se atraen y
los de igual tipo se repelen
III En los imanes naturales los polos se identifican por poseer mayor número
de filamentos, especies de pelitos que salen espontáneamente de ellos
IV Los primeros imanes artificiales los construyeron los griegos hace mucho
tiempo en la ciudad de magnesia.
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo III
D) Sólo I y II
E) I, III y IV
9) Un imán de barra con polos en sus extremos, al colgarse desde su centro, esta
afectado sólo por el campo magnético terrestre y lejos de los polos geográficos:
I Se orienta siempre de modo que su polo Norte magnético se dirige hacia el
Sur geográfico
II Se orienta de Norte a Sur (geográfico) dependiendo de su posición inicial
III Se orienta siempre de modo que su polo Norte magnético se dirige hacia el
Norte geográfico
IV Se orienta de Norte a Sur (geográfico), siendo posible identificar sus polos
magnéticos
A) Sólo I
B) I y IV
C) Sólo III
D) III y IV
E) Sólo II
10) Al hacer dos cortes en un imán de barra con dos polos en los extremos, dividiéndolo
en tres partes iguales (ver figura), y sin alterar su temperatura, se
obtienen:
A) Tres imanes completos (cada uno con sus polos Norte y Sur)
B) Uno con un polo Norte, un con un polo Sur y un fragmento no
magnetizado.
C) Dos imanes completos (cada uno con sus polos Norte y Sur) y un fragmento no
magnetizado
D) Dos fragmentos no magnetizados y un imán completo (con su polo Norte y Sur)
E) Tres fragmentos no magnetizados.
11) Un trozo de fierro dulce o hierro, se comporta como un imán (es decir, atraerá
clavos y materiales que contienen hierro, por ejemplo)...
A) ...por sí mismo, debido a la naturaleza de los átomos que lo constituyen
B) ...sólo mientras este inmerso en un campo magnético
C) ...sólo cuando está electrizado
D) ...sólo cuando está muy frío
E) ...sólo después de frotarlo con un imán
12) El magnetismo terrestre se debe principalmente:
A) ...al movimiento de rotación de la Tierra en torno de su eje
B) ...al viento solar
C) ...al alto contenido de hierro del núcleo terrestre
D) ...a que el núcleo terrestre rota de un modo ligeramente diferente al resto del
planeta
E) ...por las corrientes de lava volcánica que se mueve debajo de la corteza
terrestre y sobre la cual flotan los continentes
13) El magnetismo de los imanes artificiales se produce debido a...
A) ... que por las superficies exteriores de ellos circulan corrientes eléctricas reales
B) ... que los átomos que los constituyen son en sí mismos imanes igualmente
orientados
C) ... la presencia de hierro en ellos
D) ... la existencia de cargas eléctricas libres (electrones)
E) ... las bajas temperaturas de los materiales
14) Alrededor de un conductor por el que circula una corriente eléctrica aparece un
campo magnético capaz de alterar la orientación de una brújula sólo sí...
A) ... el conductor está orientado de Norte a Sur geográfico
B) ... la corriente eléctrica es continua, como la de una pila o batería eléctrica
C) ... la corriente eléctrica es alterna, como la que proporciona la red eléctrica
domiciliaria
D) ... la temperatura del conductor no es muy alta
E) ... el conductor es de cobre
15) Con relación a los imanes permanentes es correcto afirmar:
I Son bastante buenos los constituidos de buenos aceros.
II Se obtienen dejándolos un cierto tiempo junto a otro imán.
III Se obtienen al hacer circular corrientes eléctricas por ellos.
N S
IV Se obtienen al hacer circular corriente eléctrica por un alambre enrollado
(bobina) alrededor de ellos.
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo III
D) I, II y III
E) I, II y IV
16) Con relación a los campos magnéticos y las cargas eléctricas es correcto afirmar:
I Cuando una carga eléctrica se mueve en relación con nosotros, en el
espacio que la rodea aparece un campo magnético
II Cuando una carga eléctrica está en reposo con relación a nosotros, en el
espacio que la rodea hay un campo magnético estable
III Cuando una carga eléctrica se mueve en un espacio en que existe un campo
magnético aparece sobre ella una fuerza que puede desviarla
IV Si dos cargas eléctricas se mueven por trayectorias paralelas (con igual o
distinto sentido) aparecerá sobre ellas una fuerza magnética que las atraerá o repelerá
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo III
D) Sólo IV
E) I, III y IV
17) En relación con las líneas de campo magnético es correcto afirmar que:
I Son siempre curvas cerradas.
II Están más cerca una de otros en los lugares en que el campo magnético es
más intenso.
III Corresponden a las trayectorias que seguirían lo monopolo (si pudieran
existir), al ser liberados en un punto del campo magnético
IV Indican la dirección que adoptarían pequeñas brújulas colocadas en cada
punto de un campo magnético
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo III
D) Sólo IV
E) Todas
18) Si alrededor de una caja herméticamente sellada e inaccesible se detecta un campo
magnético que se sabe proviene de su interior, entonces dentro de ella...
A) ... puede haber un imán natural o artificial
B) ... puede haber un conductor por el que circula una corriente eléctrica
C) ... puede haber un cilindro electrizado que está rotando.
D) ... puede haber un alambre por el que circula corriente y que está enrollado
alrededor de un tornillo.
E) ... cualquiera de las cosas antes indicadas, o todas ellas, pueden ser correctas
19) En relación con los efectos de la corriente eléctrica y del magnetismo en la materia
es correcto afirmar que:
I Una corriente eléctrica en un conductor a temperatura ambiente produce
liberación de calor
II Una corriente eléctrica en un conductor a temperatura ambiente produce a
su alrededor un campo magnético
III Un campo magnético aplicado a una porción de materia puede servir para
enfriarla
IV Un imán que se aproxima a una lámina conductora generará en esta una
corriente eléctrica
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo III
D) Sólo IV
E) Todas
20) Al aproximar un imán a un disco de aluminio que este rotando se espera que:
I no ocurra nada, pues el aluminio no presenta propiedades magnéticas
II la rotación del disco de aluminio se vea frenada
III el imán empiece a rotar si tiene libertada para hacerlo
IV la rotación del disco de aluminio se haga más rápida
De estas afirmaciones es o son correctas:
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo III
D) II y III
E) Sólo IV
21) Suponga un imán muy poderoso y una plancha de cobre (material no magnético)
que pueden moverse uno respecto del otro. ¿Cuál o cuales de las siguientes afirmaciones es
son correctas?
I Si el imán se aproxima a la plancha de cobre en esta última se generará una
corriente eléctrica la cual, a su vez, generará un campo magnético que se opondrá a que el
imán se aproxime
II Si el imán se aproxima a la plancha de cobre en esta última se generará una
corriente eléctrica la cual, a su vez, generará un campo magnético que atraerá al imán
III Si el imán se aleja de la plancha de cobre en esta última se generará una
corriente eléctrica la cual, a su vez, generará un campo magnético que se opondrá a que el
imán se aleje
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo III
D) I y III
E) I y II

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