Ley de Coulomb, Fenómenos Magnéticos y Aplicaciones: Entendiendo la Electricidad y el Magnetismo
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Ley de Coulomb
La fuerza con la que dos cargas eléctricas se atraen o se repelen es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
Las fuerzas eléctricas entre dos cargas tienen la dirección de la recta que las une. En cuanto a su sentido:
- Si las cargas son del mismo signo, las fuerzas son de repulsión.
- Si las cargas son de signo opuesto, las fuerzas son de atracción.
Analogías y diferencias entre las fuerzas eléctricas y las fuerzas gravitatorias
- Ambas fuerzas disminuyen conforme aumenta el cuadrado de la distancia y son mayores mientras mayor es la carga o la masa.
- La dirección de ambas fuerzas es la de la recta que las une.
- Las fuerzas gravitatorias son siempre atractivas, mientras que en el caso de las fuerzas eléctricas, si las cargas tienen signos opuestos se atraen, pero si tienen el mismo signo se repelen.
Fenómenos Magnéticos
La magnetita es un imán natural que se conoce desde hace más de dos mil años. Se llaman sustancias magnéticas aquellas que son atraídas por la magnetita. El hierro, el acero y el níquel son ejemplos de sustancias magnéticas. Si el acero se frota con magnetita, se convierte en un imán artificial permanente y conserva durante mucho tiempo la propiedad de atraer otras sustancias magnéticas.
Un imán atrae una sustancia magnética sin necesidad de tener contacto con ella; se trata de una acción a distancia. Los imanes presentan dos zonas llamadas polos (polo norte y polo sur), donde son más intensas las fuerzas de atracción.
Existen dos fenómenos magnéticos fundamentales:
- Es imposible separar los polos de un imán. Si se rompe un imán, cada trozo es un imán completo con sus dos polos.
- Los polos magnéticos de diferente nombre se atraen y los polos magnéticos de igual nombre se repelen.
Un campo magnético es la región del espacio en la que actúan fuerzas magnéticas sobre agujas imantadas o sobre imanes.
La Brújula
La brújula es un instrumento de orientación que utiliza una aguja imantada para señalar el norte magnético terrestre. Su funcionamiento se basa en el magnetismo terrestre, por lo que señala el norte magnético, que se corresponde con el norte geográfico.
Experimento de Oersted y Electroimanes
El físico danés Oersted descubrió que las corrientes eléctricas producen campos magnéticos.
Oersted situó una aguja imantada paralela a un conductor rectilíneo y observó que, cuando circulaba por él una corriente eléctrica, la aguja giraba hasta quedar perpendicular al conductor. El paso de la corriente ejercía sobre la aguja imantada los mismos efectos que un imán. Al cesar la corriente, la aguja volvía a su posición inicial.
Electroimanes
Un electroimán es un imán artificial temporal que produce un campo magnético cuando circula por él una corriente eléctrica y que desaparece cuando cesa el paso de la corriente. Se forma a partir de un solenoide (conductor arrollado, en espiras, en forma de hélice) con un núcleo de hierro dulce (hierro calentado y luego enfriado lentamente) en su interior.
El campo magnético que produce un electroimán se caracteriza porque:
- Puede hacerse más o menos intenso variando la intensidad de corriente que circula por las espiras del solenoide.
- Es más intenso cuanto más vueltas tiene el solenoide.
- Se puede alternar su polaridad cambiando el sentido de la corriente eléctrica que circula por el solenoide.
Los electroimanes tienen importantes aplicaciones técnicas. Se utilizan en relés, timbres eléctricos, grúas para el transporte de hierro, receptores telefónicos y aparatos eléctricos.