Ondas electromagneticas:Propiedades espectro electromagnetico

Una onda electromagnética es la forma de propagación de la radiación electromagnética a través del espacio. y sus aspectos teóricos están relacionados con la solución en forma de onda que admiten las ecuaciones de Maxwell. A diferencia de las ondas mecánicas, las ondas electromagnéticas no necesitan de un medio material para propagarse; es decir, pueden desplazarse por el vacío.


Las ondas electromagnéticas, como se mencionó anteriormente, se propagan por el vacío a la velocidad de la luz (300 000 km/seg aproximadamente), hasta que su energía se agota. A medida que la frecuencia se incrementa, la energía de la onda también aumenta.

Este tipo de ondas presenta las mismas propiedades físicas inherentes al movimiento ondulatorio.

El espectro electromagnético se puede organizar de acuerdo con la frecuencia correspondiente de las ondas que lo integran, o de acuerdo con sus longitudes. Hacia un extremo del espectro se agrupan las ondas más largas, como las correspondientes a frecuencias de sonidos que puede percibir el oído humano, mientras que en el otro extremo se agrupan las ondas extremadamente más cortas, pero con mayor energía y mayor frecuencia en hertz, como las pertenecientes a las radiaciones gamma y los rayos cósmicos.

Campo electromagnetico

 

Campos eléctricos tienen su origen en diferencias de voltaje: entre más elevado sea el voltaje, más fuerte será el campo que resulta. Campos magnéticos tienen su origen en los corrientes eléctricos: un corriente más fuerte resulta en un campo más fuerte. Un campo eléctrico existe aun que no haya corriente. Cuando hay corriente, la magnitud del campo magnético cambiará con el consumo de poder, pero la fuerza del campo eléctrico quedará igual. (Información que proviene de Electromagnetic Fields, publicado por la Oficina Regional de la OMS para Europa (1999).

Fuentes naturales de campos electromagnéticos

En el medio en que vivimos, hay campos electromagnéticos por todas partes, pero son invisibles para el ojo humano. Se producen campos eléctricos por la acumulación de cargas eléctricas en determinadas zonas de la atmósfera por efecto de las tormentas. El campo magnético terrestre provoca la orientación de las agujas de los compases en dirección Norte-Sur y los pájaros y los peces lo utilizan para orientarse.

Fuentes de campos electromagnéticos generadas por el hombre

Además de las fuentes naturales, en el espectro electromagnético hay también fuentes generadas por el hombre: Para diagnosticar la rotura de un hueso por un accidente deportivo, se utilizan los rayos X. La electricidad que surge de cualquier toma de corriente lleva asociados campos electromagnéticos de frecuencia baja. Además, diversos tipos de ondas de radio de frecuencia más alta se utilizan para transmitir información, ya sea por medio de antenas de televisión, estaciones de radio o estaciones base de telefonía móvil.

Generadores (transformacion de energia mecanica en electrica)

Un sencillo experimento nos muestra cómo producir electricidad a partir del movimiento. Consiste en frotar un bolígrafo de plástico con una tela. Si acto seguido acercamos el bolígrafo a unos trocitos de papel, veremos cómo los atrae: hemos fabricado una pequeña cantidad de energía.Un giro que produce corriente eléctrica: el generador Un generador consiste en una espira de cable que gira en el interior de un imán. El imán se denomina estator y la espira rotor. Ya sabemos que un elemento conductor, recorrido por una corriente eléctrica, genera a su alrededor un campo magnético. De la misma manera, el magnetismo también puede crear electricidad.
	Al girar la espira de cable en el interior de las líneas de fuerza del campo magnético, generamos una diferencia de potencial entre los extremos del cable conducor. Es decir, hemos creado una corriente eléctrica que circula por el cable. Este fenómeno se llama inducción electromagnética. El generador permite transformar la energía mecánica -que usamos para girar la espira de cable- en energía eléctrica. La espira de cable giratoria debe estar conectada a un cable eléctrico fijo para transportar la electricidad generada: este contacto se realiza mediante un par de escobillas. Cómo funciona un generador de corriente: la inducción electromagnética
	Corriente alterna y continua La corriente eléctrica que produce un generador puede ser de dos tipos: alterna y contínua. Si hacemos girar los contactos (escobillas) al mismo tiempo que la bobina, una de ellas siempre será la entrada del flujo de electrones, y otra la salida, y tendremos una corriente continua. Otras disposiciones de las escobillas nos permiten generar corriente alterna, que es la más usada generalmente para el transporte y distribución de electricidad. La corriente alterna cambia de sentido el flujo de electrones muchas veces por segundo. Así pues, para fabricar electricidad necesitamos una fuente de movimiento capaz de hacer girar el rotor del generador. Es decir, transformamos energía mecánica en energía eléctrica. Esto es lo que sucede cuando el faro de una bicicleta se ilumina al girar las ruedas gracias a nuestra fuerza muscular.

ley de faraday

La Ley de inducción electromagnética de Faraday (o simplemente Ley de Faraday) se basa en los experimentos que Michael Faraday realizó en 1831 y establece que el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito como borde:

donde es el campo eléctrico, es el elemento infinitesimal del contorno C, es la densidad de campo magnético y S es una superficie arbitraria, cuyo borde es C. Las direcciones del contorno C y de están dadas por la regla de la mano derecha.
La permutación de la integral de superficie y la derivada temporal se puede hacer siempre y cuando la superficie de integración no cambie con el tiempo.
Por medio del teorema de Stokes puede obtenerse una forma diferencial de esta ley:

Ésta es una de las ecuaciones de Maxwell, las cuales conforman las ecuaciones fundamentales del electromagnetismo. La ley de Faraday, junto con las otras leyes del electromagnetismo, fue incorporada en las ecuaciones de Maxwell, unificando así al electromagnetismo.
En el caso de un inductor con N vueltas de alambre, la fórmula anterior se transforma en:
V_ε
donde V_ε es el voltaje inducido y dΦ/dt es la tasa de variación temporal del flujo magnético Φ. La dirección voltaje inducido(el signo negativo en la fórmula) se debe a la ley de Lenz.

Motores (transformación de energía eléctrica a mecánica)

Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. Algunos de los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores. Los motores eléctricos de tracción usados en locomotoras realizan a menudo ambas tareas, si se los equipa con frenos regenerativos.

Son ampliamente utilizados en instalaciones industriales, comerciales y particulares. Pueden funcionar conectados a una red de suministro eléctrico o a baterías. Así, en automóviles se están empezando a utilizar en vehículos híbridos para aprovechar las ventajas de ambos.

Los motores de corriente alterna y los de corriente continua se basan en el mismo principio de funcionamiento, el cual establece que si un conductor por el que circula una corriente eléctrica se encuentra dentro de la acción de un campo magnético, éste tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético.

El conductor tiende a funcionar como un electroimán debido a la corriente eléctrica que circula por el mismo adquiriendo de esta manera propiedades magnéticas, que provocan, debido a la interacción con los polos ubicados en el estátor, el movimiento circular que se observa en el rotor del motor.

Partiendo del hecho de que cuando pasa corriente por un conductor produce un campo magnético, además si lo ponemos dentro de la acción de un campo magnético potente, el producto de la interacción de ambos campos magnéticos hace que el conductor tienda a desplazarse produciendo así la energía mecánica. Dicha energía es comunicada al exterior mediante un dispositivo llamado flecha.

Fuerza de Lorentz

 

Cuando una carga eléctrica en movimiento, se desplaza en una zona donde existe un campo magnético, además de los efectos regidos por la ley de Coulomb, se ve sometida a la acción de una fuerza.
Supongamos que una carga Q, que se desplaza a una velocidad v, en el interior de un campo magnético B. Este campo genera que aparezca una fuerza F, que actúa sobre la carga Q, de manera que podemos evaluar dicha fuerza por la expresión:

Como la fuerza es el resultado de un producto vectorial, será perpendicular a los factores, es decir, a la velocidad y al campo magnético. Al ser perpendicular a la velocidad de la carga, también lo es a su trayectoria, por lo cuál dicha fuerza no realiza trabajo sobre la carga, lo que supone que no hay cambio de energía cinética, o lo que es lo mismo, no cambia el módulo de la velocidad. La única acción que se origina, cuando la partícula entra en el campo magnético, es una variación de la dirección de la velocidad, manteniéndose constante el módulo.

Este cambio de dirección es debido a que la fuerza que aparece va a actuar como fuerza centrípeta, originando un movimiento de rotación de la partícula en el interior del campo magnético. En el gráfico que vemos al lado,  observamos la fuerza producida, que es la que originará ese cambio de dirección. B representa al campo, cuyo sentido es hacia el interior de la página. F es la fuerza, que, como vemos, tiene dirección radial, es decir, actúa como fuerza central y, v es la velocidad de la carga.

Existe una regla muy sencilla para obtener la dirección, obvia por ser el resultado de un producto vectorial, y el sentido de la fuerza que actúa sobre la carga. Se conoce con el nombre de la "Regla de la mano izquierda". Tal y como vemos en la figura, si colocamos los dedos de la mano izquierda pulgar, índice y medio, abiertos y perpendiculares entre sí, cada uno de ellos señala uno de los vectores

Recapitulacion 7

Recapitulacion 7

Recapitulación 7

Inducción electromagnética.

En el simulador, con una dos   y tres espiras del alambre magneto:

<!--[if !supportLists]-->-          <!--[endif]--> mover  el imán rápidamente hacia la derecha y observar  el voltaje máximo generado, (+ o_).

<!--[if !supportLists]-->-          <!--[endif]-->Repetir  en sentido hacia la izquierda y observar el voltaje máximo generado.

<!--[if !supportLists]-->-          <!--[endif]-->Tabular y graficar los datos obtenidos.

Equipo  Área de la espira	Una espira Voltaje positivo-negativo	Dos espiras Voltaje positivo-negativo	Tres espiras Voltaje positivo-negativo
1          20 %	1 positiva	2 positivas	5 positivas
2          30%	5 positiva	15 positivas	20 positivas
3          40%	1 positiva	3 positivas	6 positivas
4          50%	1 positiva	1 positiva	4 positivas
5          60 %	1 positiva	3 positivas	4 positivas
6          70%	1 positiva	3 positivas	6 positivas

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