Electromagnetismo: Campo Eléctrico, Ferromagnetismo e Inducción

Variación del Campo Eléctrico en un Globo Conductor Cargado

Consideremos un globo de plástico, recubierto con una sustancia conductora en su superficie, que se carga eléctricamente. Si el globo se hincha, ¿cómo varía el módulo del campo eléctrico en los siguientes puntos?

a) En un punto interior del globo

En el interior, el campo eléctrico no varía. Su valor es cero tanto antes como después de hinchar el globo, debido a la propiedad de los conductores en equilibrio electrostático (jaula de Faraday).

b) En un punto de su superficie

En los puntos de la superficie, el campo eléctrico disminuye al hinchar el globo. Esto se debe a que el campo eléctrico en la superficie de un conductor es inversamente proporcional al cuadrado del radio (E ∝ 1/r²). Al aumentar el radio, el campo disminuye.

c) En un punto exterior al globo hinchado

En los puntos exteriores, el campo eléctrico no varía, siempre y cuando la distancia al centro del globo se mantenga constante. El campo depende únicamente de la carga total del globo y de la distancia del punto al centro de la distribución de carga. Si la carga total no cambia y la distancia se mantiene, el campo permanece constante.

Campo Coercitivo y Campo Remanente en Materiales Ferromagnéticos

En el ciclo de histéresis de un material ferromagnético, si a partir de la magnetización de saturación reducimos el campo magnético aplicado (H), no se observa una disminución proporcional en la magnetización (M) y, por lo tanto, en la inducción magnética (B). El desplazamiento de los dominios magnéticos en un material ferromagnético no es completamente reversible. Parte de la magnetización permanece incluso cuando H se reduce a cero.

• Campo Remanente (Br): Es el valor del campo magnético (B) que permanece en el material cuando el campo magnético aplicado (H) se ha reducido a cero. En este punto, el material ferromagnético se comporta como un imán permanente.
• Campo Coercitivo (Hc): Si invertimos la corriente en el solenoide (o la fuente del campo magnético externo) para que H tenga sentido opuesto, el campo magnético B disminuye gradualmente hasta hacerse cero. El valor de H necesario para anular la magnetización remanente se denomina campo coercitivo.

Inducción Mutua y Autoinducción

• Inducción Mutua: Es la generación de una fuerza electromotriz (FEM) en un circuito debido a la variación de la corriente en *otro* circuito cercano. El coeficiente que relaciona la FEM inducida en un circuito con la variación de corriente en el otro se llama inductancia mutua (M), y se mide en Henrios (H).
• Autoinducción: Es la generación de una FEM en un circuito debido a la variación de la *propia* corriente que circula por él. El coeficiente que relaciona la FEM inducida con la variación de la corriente en el mismo circuito se llama autoinductancia (L), y también se mide en Henrios (H).

Diferencias entre Fuerza Eléctrica y Magnética

1. La fuerza eléctrica siempre actúa en la dirección del campo eléctrico (o en dirección opuesta si la carga es negativa), mientras que la fuerza magnética es perpendicular tanto al campo magnético como a la velocidad de la carga.
2. La fuerza eléctrica actúa sobre una partícula cargada independientemente de si está en movimiento o en reposo. La fuerza magnética solo actúa sobre cargas en movimiento.
3. La fuerza eléctrica realiza trabajo al desplazar una partícula cargada, cambiando su energía cinética. La fuerza magnética, asociada a un campo magnético estacionario, no realiza trabajo sobre la carga, ya que la fuerza es siempre perpendicular al desplazamiento.

Dominios Magnéticos en Materiales Ferromagnéticos

Los dominios magnéticos son regiones dentro de un material ferromagnético donde los momentos magnéticos atómicos están alineados en la misma dirección. La dirección de alineación puede variar entre diferentes dominios dentro del mismo material. Cuando se aplica un campo magnético externo, pueden ocurrir dos fenómenos en los dominios:

• Desplazamiento de las paredes de los dominios: Los dominios que están alineados favorablemente con el campo externo crecen a expensas de los dominios adyacentes que están alineados desfavorablemente.
• Rotación de la magnetización: La dirección de la magnetización dentro de un dominio puede rotar para alinearse más estrechamente con el campo magnético externo.

Relación de Potencias en un Circuito

En un circuito eléctrico, la relación entre las potencias se puede expresar de la siguiente manera (considerando un generador ideal):

P = IV

• P: Potencia total suministrada por el generador al circuito.
• I: Corriente que circula por el circuito.
• V: Voltaje o fuerza electromotriz (FEM) del generador.

Si el generador no es ideal y tiene una resistencia interna, la potencia total generada se divide en la potencia útil entregada al circuito externo y la potencia disipada internamente en forma de calor.

La expresión "3I" no tiene un significado físico claro en un contexto general de circuitos sin más información. Podría referirse a una situación específica donde la potencia disipada en algún componente es tres veces la corriente, pero se necesita más contexto para interpretarla correctamente.