sábado, 20 de agosto de 2011

ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS








Estos enlaces te mostrarán algunos detalles muy interesantes:

Se ha estudiado que un campo magnético variable produce un campo eléctrico variable y recíprocamente. Ninguno de estos efectos ocurre solo, por lo que si uno de ellos se produce, el otro se produce simultáneamente. El proceso continúa de manera indefinida existiendo una perfecta coordinación entre las variaciones o fluctuaciones de los cuerpos eléctricos y magnéticos que podemos parecía esquemáticamente en esta representación

Se denomina espectro electromagnético, a la distribución energética de un conjunto de ondas electromagnéticas. Dicho espectro se extiende desde ondas de menor longitud de onda, hasta las de mayor longitud de onda, asociadas a frecuencias o energías altas o bajas respectivamente.

El espectro electromagnético se clasifica de acuerdo a estas tres características propias de las ondas: longitud de onda (λ), frecuencia (ν) o energía (E) y se subdivide en ondas de Radio, Microondas, Infrarrojo, Visible, Ultravioleta, Rayos X y Rayos γ


Luego de la propuesta científica de Maxwell, Heinrich Hertz, se interesó en la teoría electromagnética y desde 1884 inició sus investigaciones buscando la forma de generar y detectar en su laboratorio, las ondas electromagnéticas que Maxwell había predicho. Hacia 1887logró construir un genial y sencillo dispositivo que le permitió confirmar lo buscado. Utilizando una bobina de Ruhmnkorff una generador de ondas electromagnéticas y confirmó experimentalmente lo que Maxwell había propuesto teóricamente.

Veamos algunas características y usos de cada subdivisión del espectro electromagnético:

ONDAS DE RADIO:


Imagen tomada de: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a4/Amfm3-en-de.gif/200px-Amfm3-en-de.gif

Puede tomarse un rango aproximado, desde muy baja frecuencia hasta alta frecuencia. Desde 30 KHz ( 10 Km) hasta 300 MHz (1 m )

Son usadas en radiocomunicaciones, pues transmiten aplicando corriente alterna originada en un generador, a una antena. El primer sistema práctico de comunicación mediante ondas de radio, fue diseñado por Guillermo Marconi en 1901 realizando la primera emisión trasatlántica radioeléctrica.

MICROONDAS:

Puede tomarse un rango aproximado desde 1 GHz ( 30 cm) hasta 300 GHz (1 mm )

Su aplicación mas conocida es en los hornos microondas, pero también son usados en protocolos inalámbricos como Bluetooth y Wi Fi, TV por cable y acceso a internet vía cable coaxial. En armamento específico y en radares.

INFRARROJO:

Imagen tomada de: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0c/Infrared_dog.jpg

Puede tomarse un rango desde muy baja frecuencia hasta alta frecuencia. Desde 300 GHz ( 1 mm) hasta 384 THz (780 nm )

La radiación infrarroja es emitida por cualquier cuerpo cuya temperatura sea mayor a 0° K . fue descubierta en 188 por Willian Herchel encontrando que la temperatura era mas alta en el lado rojo del espectro y allí no había luz. Son usados en equipos de visión nocturna y en mandos a distancia.

VISIBLE:

Puede tomarse un rango aproximado desde 384 THz (780 nm) hasta 789 THz (380 nm )

Es el rango más pequeño de todo el espectro, llamado así pues es el que puede ser percibido por el ojo humano. La óptica es la rama de la física que estudia el comportamiento y las características de la luz. Nos ha permitido confirmar, que la luz posee una velocidad (c) de 300000Km / s y que presenta refracción, reflexión, difracción, interferencia, dispersión, polarización y ha generado una de las controversias mas grandes en la historia, el solucionar la pregunta qué es la luz. Surgen teorías contrapuestas y actualmente la teoría del campo unificado, sigue trabajando con ella.

Está compuesta por la luz blanca, que al descomponer mediante un prisma, se aprecian los colores: rojo, anaranjado, amarillo, verde, azul, añil y violeta.

ULTRAVIOLETA:

Imagen tomada de: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7a/LuzUltravioleta.jpg/220px-LuzUltravioleta.jpg

Puede tomarse un rango aproximado desde 789THz (380 nm) hasta 1,5 PHz (200 nm )

En 1801 Johann Wilhelm Ritter descubrió que los rayos invisibles situados justo detrás del extremo violeta en el visible eran especialmente efectivos oscureciendo papel impregnado con cloruro de plata, este es el rango correspondiente al ultravioleta. Es utilizado como forma de esterilización junto con los rayos infrarrojos, para eliminar bacterias y virus, sin dejar residuos.

RAYOS X:

Puede tomarse un rango aproximado desde 30 PHz (10 nm) hasta 30 EHz (10 pm)

El descubrimiento de los RX fue el producto de la investigación y experimentación de Röentgen, quien no patentó su descubrimiento, manifestando que lo legaba para el beneficio de la humanidad. Su descubrimiento surge cuando estaba analizando los rayos catódicos para analizar el fenómeno de la fluorescencia, después de muchas observaciones, quiso fotografiar la situación y le pidió a su esposa que posara su mano sobre la placa y tenemos la fotografía tan famosa que registra un hecho doble: la primera imagen radiográfica de un ser humano y el nacimiento de la radiología. Son usados en exámenes de diagnóstico médico y en estudios científicos de cristalografía.

RAYOS GAMMA:

Imagen tomada de http://t0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcSnJL-c7Me101fxtlBlwinsUp1xxroy4x6s6227iV8y4cyN3oGS

Pueden tomarse las ondas superiores a 30 EHz (10 pm) Debido a las altas energías que poseen, los Rγ constituyen un tipo de radiación ionizante capaz de penetrar en la materia, mas profundamente que la radiación alfa o beta, causando graves daños al núcleo de las células. Están asociados a la energía nuclear, a los reactores nucleares, a la radiactividad y a los rayos cósmicos. Estos rayos se producen en fenómenos astrofísicos de alta energía como explosiones de supernovas o núcleos de galaxias activas


Estos vídeos, permiten irnos de gira por los diversos rangos del espectro electromagnético...genial!!!!

http://www.youtube.com/watch?v=X04xVB_X0Sw&feature=related



Ondas de Radio:

http://www.youtube.com/watch?v=00kn_e253NA&feature=related

Microondas:

http://www.youtube.com/watch?v=PbaRSZPeuB4&feature=related

Infrarrojo:

http://www.youtube.com/watch?v=aG7-23-7e8c&feature=related

Visible:

http://www.youtube.com/watch?v=eCcV3vXd1eE&feature=related

Ultravioleta:

http://www.youtube.com/watch?v=cqwtfEzxleY

RX:

http://www.youtube.com/watch?v=eAEchRfc8aM&feature=related

R Gamma:

http://www.youtube.com/watch?v=CofnynH7DGw&feature=mfu_in_order&list=UL

http://www.youtube.com/watch?v=9-Bc0KUkuR8&feature=player_embedded


APLICACIONES DE ELECTROMAGNETISMO





LA DINAMO:



La dinamo es un generador de corriente continua. Al girar el neumático en contacto con la rueda de fricción, ésta hace girar el imán. El imán en rotación produce un campo magnético que induce una corriente eléctrica en la bobina.



CORRIENTES DE EDDY:




La corriente de Foucault (comúnmente denominada “corriente de Eddy), es un fenómeno descubierto por León Foucault en 1851 y se produce cuando un conductor atraviesa un campo magnético variable o viceversa. Estas corrientes crean electroimanes con campos magnéticos que se oponen al efecto del campo magnético aplicado (según la ley de Lenz). Estas tensiones inducidas son causa de que se produzcan corrientes parásitas en el núcleo, que no son buenas para la buena eficiencia eléctrica de éste, además de que crean pérdidas de energía a través del efecto Joule. Sin embargo se utilizan para frenar al final algunas montañas rusas.

CARRETE DE RUHMKORFF:


Este es un dispositivo que permite transformar una corriente continua de bajo voltaje, en una corriente inducida de alto voltaje



TRANSFORMADOR:



Es un dispositivo que permite elevar o rebajar el voltaje de una corriente alterna, es decir, una corriente cuyo sentido e intensidad varían alternativamente. Se establece relación entre la tensión, el número de espiras y la corriente así:

V1 / V2 = N1 / N2
V1 / V2 = I2 / I1

EL TELÉFONO:


El inventor oficial de este aparato, fue el estadounidense Alexander Graham Bell. Decimos que es el oficial, porque la idea en que se basó, ya estaba estudiada, de hecho, unas pocas horas después de que Bell presentara la solicitud de patente del teléfono, el 14 de febrero de 1876, Elisha Gray presentó un documento de intensión para perfeccionar sus ideas sobre el teléfono, con la condición de presentar la solicitud de patente en un plazo de tres meses. La situación se fue a interminables litigios judiciales en Estados Unidos, pero finalmente todos los ganó Bell. Consta básicamente de un dispositivo que transforma las ondas de sonido que se emiten cuando uno habla en vibraciones de una corriente eléctrica y que la corriente así generada, siguiese fielmente las variaciones producidas por el sonido. Una vez lograda, esta corriente podía llegar al receptor a través de un cable conductor, El receptor tendría un aparato que invierta el proceso: justo transformar las variaciones de una corriente eléctrica en sonido



PRODUCCIÓN Y TRANSPORTE DE ENERGÍA ELÉCTRICA:











                                   


                                  





                                 



















LEY DE FARADAY:





Gracias a Oersted, Michael Faraday, conocía que una corriente eléctrica generaba campos magnéticos. En 1831 intentó reproducir este proceso, pero en sentido inverso, es decir, que un campo magnético generara una corriente eléctrica, descubriendo que el movimiento de un imán en el interior de un conductor eléctrico, genera una corriente eléctrica. Este es un hecho fundamental para el funcionamiento de los motores.


LEY DE LENZ:




Heinrich Friedrich Lenz, físico ruso que investigó los efectos de la inducción eléctrica y de la dependencia de la resistencia al paso de la corriente eléctrica con la temperatura.
Podemos interpretar la ley de Lenz así:
Al acercar el imán a la bobina, como en la gráfica, por las espiras de la misma, circula una corriente inducida, cuyo sentido debe ser tal que se opone a la causa que la produce, en este caso el acercamiento del imán. En consecuencia, la cara de la bobina que queda frente al polo norte del imán debe ser la cara norte. De esta manera, la cara norte de la bobina, repele al polo norte del imán oponiéndose al acercamiento. Las líneas de campo magnético inducido en la bobina, salen por la cara norte. Aplicando la regla del pulgar, se encuentra el sentido de la corriente inducida. Si el imán se aleja de la bobina, se produce una corriente inducida que, de acuerdo a la ley de Lenz, debe oponerse al alejamiento del imán, En consecuencia, la cara de la bobina que queda frente al polo norte del imán, debe ser la cara sur. De esta manera la cara sur de la bobina atrae al polo norte del imán, oponiéndose al alejamiento. Se tendrá ahora que las líneas de campo magnético inducido en la bobina, penetran por la cara sur y al aplicar la regla del pulgar, encontramos el sentido de la corriente inducida.



En http://www.tuveras.com/transformador/lenz.gif encontrará excelentes animaciones



INDUCCIÓN MUTUA: Nos referimos ahora al fenómeno que consiste en la aparición de una fuerza electromotriz inducida en un circuito, cuando se produce una variación de corriente en otro circuito.
Consideremos:
Ns Fs = M Ip
Ns número de espiras de la bobina secundaria
Fs flujo total en las espiras de la bobina secundaria
Ip corriente en la bobina primaria
M Constante que recibe el nombre de coeficiente de inducción mutua entre las bobinas cuya unidad es el HENRY ([Weber/A] ó [voltio/A.s])
AUTOINDUCCIÓN: Las corrientes inducidas que se producen el un circuito debido a la variación de la intensidad de la corriente en el mismo circuito, reciben el nombre de corrientes de autoinducción.
Se llama autoinducción a la producción de una fuerza electromotriz en un circuito por una variación, con respecto al tiempo, de la corriente en el mismo circuito.
Igualmente que con la inducción mutua, podemos relacionar
N F = L I
L Es el coeficiente de proporcionalidad que recibe el nombre de auto inductancia cuya unidad al igual que la inductancia es el HENRY ([Weber/A] ó [voltio/A.s])























CORRIENTE INDUCIDA





En el apartado anterior vimos que corrientes eléctricas que circulan en materiales conductores, generan campos magnéticos. El fenómeno inverso, también es posible, es decir, la posibilidad de dar origen a una corriente a partir de un campo magnético.
En honor a la verdad, no solo fue Faraday quien investigó la forma de producir electricidad y magnetismo, fue el estadounidense Joseph Henry quien se le adelantó en algunos meses, aunque no publicó sus trabajos, sino hasta un año mas tarde, después que lo hiciera Faraday.
INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA: Consiste en la aparición de una corriente eléctrica en un circuito, cuando ocurre una variación en el número de líneas de inducción magnética que lo atraviesan.
FLUJO DE CAMPO MAGNÉTICO F: Es el número total de líneas de inducción magnética que atraviesan una superficie. Matemáticamente lo denotaremos como
F = B . S
F = ½B½½S½cos q
S es el área y q el ángulo que forman B y s. Revisemos las unidades del flujo de campo magnético:
Tesla . m2 = WEBER
Un Weber es el flujo de campo magnético a través de una superficie de un metro cuadrado, perpendicular al campo magnético de un Tesla.

CORRIENTE INDUCIDA: Las corrientes inducidas son originadas por la variación (aumento o disminución) del flujo de campo magnético a través del área de un circuito cerrado.




viernes, 19 de agosto de 2011

EXPERIMENTO DE OERSTED



Oersted en  forma casual, observó que cuando se hacía circular corriente por un alambre conductor, la brújula que tenía sobre su mesa, detectaba una deflexión. Trabajando con una pila semejante a la de Volta, trabajó incesantemente, hasta que pudo confirmar, que ciertamente por una alambre conductor por el que circula corriente, se genera un campo magnético a su alrededor.
Por ende:
· No es necesario que los objetos contengan hierro o acero para generar una interacción magnética. Los fenómenos magnéticos también pueden ser producidos, por cargas eléctricas en movimiento.
· La fuerza de interacción magnética depende del sentido dela velocidad de las cargas en movimiento. (Cuando se cambia el sentido de la corriente, cambia también el giro de la aguja de la brújula)
· La fuerza de interacción magnética depende del ángulo que forma el alambre conductor y la aguja de la brújula.









ALGUNOS CAMPOS MAGNÉTICOS Y ALGUNAS FUERZAS MAGNÉTICAS


1. DE UN ALAMBRE CONDUCTOR POR EL QUE CIRCULA CORRIENTE:


F = I l Ä B


Conocida como la ley de Ampere: B =µo I / 2p d

Siendo µo = 4p . 10-7 T m/A y es llamada constante de permeabilidad magnética

2. DE UN ESPIRA POR LA QUE CIRCULA CORRIENTE:
B en el centro de la espira =µo I / 2 r
B en un punto sobre el eje perpendicular al plano de la espira =µo I R2 / 2 r3

3. DE UN SOLENOIDE:

B en su interior =µo I N / 2p r
B =µo I n
B en su interior =µo I N / L

4. DE UN TOROIDE:



r < a y r > b Þ B = 0
a < r < b Þ B =µo I N / 2p r


5. FUERZA ENTRE DOS CONDUCTORES POR LOS QUE CIRCULA CORRIENTE:


F entre corrientes paralelas = µo I1I2 L/ 2p d




Encontrarás buena información con animaciones en: http://webs.um.es/jmz/www_interacciones/index.html