Explorando el Campo Magnético, Inducción Electromagnética y Movimiento Armónico Simple

Campo Magnético y Ley de Lorentz

Un imán o una corriente crean una perturbación en el espacio que les rodea, que se aprecia cuando colocamos otro imán en sus inmediaciones. Denominamos campo magnético a esta perturbación. Se representa mediante líneas de campo.

Campo Magnético sobre Carga en Movimiento

Se expresa por la ley de Lorentz, que dice que cuando un cuerpo cargado penetra con una velocidad v en una región del espacio donde existe un campo magnético B, se ve sometido a una fuerza:

F_B=q·v x B

En el SI, la unidad de B se denomina Tesla (T).

Campo Magnético sobre Hilo de Corriente

Cuando un hilo de corriente penetra en una región del espacio donde existe un campo magnético B, se ve sometido a una fuerza:

F_B=I · l x B

Campo Magnético que Crea una Carga Puntual

Suponiendo que una carga q se mueve con una velocidad v, la intensidad del campo magnético que crea en un punto del espacio viene dada por: (calculadora).

Aplicaciones

• Selector de velocidades: Permite seleccionar partículas que se mueven con una cierta velocidad.
• Espectrómetro de masas: Se utiliza para separar partículas en función de su relación q/m.
• Ciclotrón: Es un aparato que se emplea para acelerar partículas con carga eléctrica.

Inducción Electromagnética

La inducción electromagnética se rige por dos leyes:

• Ley de Lenz: Indica el sentido de la corriente inducida.
• Ley de Faraday: Establece que cuando se introduce un conductor cerrado en una zona donde existe un campo magnético, la fem inducida es igual y de signo contrario a la rapidez con la que varía el flujo magnético (formula).

Se llama fuerza electromotriz (fem, ε) a la energía que el generador comunica a la unidad de carga.

Inducción Mutua y Transformadores

La aplicación más importante del fenómeno de inducción mutua (cuando dos circuitos próximos son capaces de inducir corriente el uno al otro) son los transformadores, dispositivos que se emplean para modificar el voltaje y la intensidad de una corriente alterna evitando pérdidas de energía significativas:

V₂/V₁=N₂/N₁=I₁/I₂

Aplicaciones de la Inducción Electromagnética

Un generador eléctrico es un dispositivo capaz de transformar otro tipo de energía en energía eléctrica. Un alternador es un generador de corriente alterna, denominada así porque cambia periódicamente el sentido en que circulan las cargas. Una dinamo es un generador de corriente continua, ya que no cambia el sentido de la corriente de las cargas eléctricas.

Movimiento Armónico Simple (MAS)

Magnitudes del MAS

• Elongación (x,y): Distancia entre la posición de equilibrio y la que ocupa el móvil en un instante (metros).
• Amplitud (A): Elongación máxima, máxima separación del equilibrio que puede alcanzar el móvil (metros).
• Frecuencia (ν): Número de oscilaciones completas en 1 segundo (Hz).
• Frecuencia angular (ω): ω=2π/T=2π·ν (rad/s).
• Periodo (T): Tiempo que tarda en producirse una oscilación completa (s).
• Fase inicial o desfase (Φ₀): Permite calcular la posición cuando comenzamos a estudiar su movimiento (rad).

Energía Mecánica

La energía mecánica (E_M) de un cuerpo en un instante es la suma de las energías cinética y potencial. En un cuerpo con MAS se conserva la E_M.