ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

            El físico y matemático escocés Jacobo Clark Maxwell(1831-1879) formuló en 1886 la idea de que la luz era un movimiento ondulatorio electromagnético, y no solo una vibración que transmitia únicamente energía mecánica. Maxwell aceptaba la teoría que enunciara Faraday (Cap. Pag    de esta obra), que establecía que un campo magnético variable producía un campo eléctrico, y demostró matemáticamente la interacción de ambos campos.

            En la figura 1 se indica en forma esquemática, la posición que ocupan en el espacio los dos campos, magnético y eléctrico, uno respecto del otro, y como se propaga la perturbación electromagnética resultante (ondas de luz, ondas de radio, etc. ). En la figura 2 puede verse la representación simplificada de una onda electromagnética

            Los hechos que sirven de soporte a la teoría enunciada por Maxwell fueron enunciados en los capítulos nº.................. de esta obra, en ellos se expresaba que al frotar una regla de plástico con un paño de lana esta obtenía la propiedad de atraer pequeños trozos de papel, y que una varilla de hierro a la que se hubiera frotado con un imán atraía alfileres de acero. También se expresaba que existen dos tipos de carga eléctrica una de tipo negativo y otra de tipo positivo, las cuales se atraen o repelen, según sus respectivos signos, y que toda carga da lugar a la creación de un campo eléctrico en el espacio que la rodea. Sucede algo similar con los imanes, quienes poseen sus respectivos polos, los que se atraen o se repelen de acuerdo a la regla de los signos, generando también su correspondiente campo magnético.

            Por otra parte sabemos que toda corriente eléctrica crea un campo magnético a su alrededor, y que en una espira en la que circula corriente se comporta como un imán. Además se ha reconocido que el desplazamiento de un imán por el interior de una espira origina una corriente eléctrica, cuya intensidad será proporcional a la velocidad conque se desplace el imán en su interior .

            Maxwell desarrollo una teoría cuyas ecuaciones son aplicables tanto a los campos magnéticos como a los campos eléctricos. Para describir las ondas electromagnéticas en forma completa se requiere el manejo de recursos matemáticos muy complejos, los que escapan al nivel de divulgación científica de esta obra, por tal razón se empleara un modelo simplificado para tratar de demostrar la existencias de ondas en el campo electromagnético.

            Consideremos un conductor rectilineo por el que circula corriente, el campo magnético que origina estará compuesto por una serie de líneas de fuerza circulares las que se hallaran situadas en planos perpendiculares y que tendrán por centro a dicho conductor. Figura 3

            Suponiendo que al conductor rectilineo se lo divide en pequeños segmentos y que por ellos pasa una corriente alterna, al analizar la forma del campo alrededor de cada segmento, se observa que cada vez que cambia el sentido de la corriente en el conductor, el campo magnético por el creado cambia de signo..

            Como se ha producido un cambio en el campo magnético, se inducirá de acuerdo a la ley de Faraday un campo eléctrico. Las líneas de fuerza de los campos magnéticos y eléctricos, se dispondrán mutuamente como los eslabones de una cadena. El campo eléctrico (E) creado por la corriente alterna, induce un campo magnético (H). La interacción entre los campos( E) y ( H) es simétrica. El campo magnético (H) representa, a su vez, un eslabón en la cadena e induce otro campo eléctrico (E) y así sucesivamente; de esta forma la onda electromagnética se propaga por si misma. Figura 4

            Esta descripción que se ha enunciado es solo un modelo aproximado de lo que sucede en realidad, sin embargo, se ha podido comprobar en forma intuitiva como el campo electromagnético

debido a una corriente alterna y rectilinea se propaga por el espacio de una forma similar a las olas de un estanque. Se ha visto también que existen dos magnitudes que juegan un papel principal: el campo

eléctrico (E ) y el magnético (H), que son perpendiculares entre si y transversales con respecto a la dirección de propagación de la onda. Figura 5.

            A pesar de la dificultad de la matemática de Maxwell, sus conceptos se impusieron inmediatamente. En 1888 a solo 22 años de enunciada su teoría, Enrique Hertz (1857-1894), produjo en su laboratorio ondas de radio de corta longitud de onda y demostró que todas estas como todas las ondas electromagnéticas de Maxwell, podían reflejarse, refractarse y difractarse, a la vez que se propagaban con la misma velocidad de la luz.

            Para su demostración Hertz utilizo un pequeño oscilador formado por una bobina de inducción que hacia saltar la chispa entre dos esferas (Figura 6). Las cargas oscilantes, circulando en uno y otro sentido en el circuito de Hertz, originaban ondas electromagnéticas reales, las que hasta entonces no eran mas que símbolos matemáticos en el papel.

            La luz, las ondas de radio y los rayos X son todos ellas pertenecientes a la familia la de las radiaciones electromagnéticas, y solo difieren entre si por su longitud de onda y frecuencia.

Dibujos El mundo de la luz 4 y 5 Que es la luz ;pag 190 y 191

                La mas grandes hazañas de la ciencia física, son todas de origen occidental, si retrocedemos en el tiempo,   e investigamos su origen nos encontraremos que todas ellas siguen hacia atrás las huellas de la corriente de sabiduría comenzada por Tales de Mileto, filósofo griego que nació en Mileto hacia el año 624 a.C. y vivió hasta el 546 a.C. a C. aproximadamente.

                En sus múltiples viajes, encontró una piedra cerca de la ciudad de Magnesia, capital del antiguo reino de Libia, situada próxima a los montes Urales, a la que denomino magnetita, la que tenia la particularidad de atraer materiales, como el hierro, posteriormente al cobalto y al níquel, la piedra en cuestión es un imán natural,

y las acciones que se deducen de ella recibirán posteriormente el nombre de magnetismo.

                En la literatura antigua encontramos muchas historias increibles sobre el magnetismo. Leemos que Arquimedes uso unas piedras - iman muy poderosas para arrancar los clavos de los cascos de las naves enemigas, para lograr su hundimiento.

Algunas de estas narraciones son ciertas. El historiador romano Plinio cita al filosofo griego que decia: “Hay una divinidad entre ustedes que los mueve como la divinidad contenida en la piedra que Eurípides llama iman... Esta piedra no solo atrae anillos de hierro, sino que también les imparete un poder similar para atarer otros anillos”.

                En el año 1600 William Gilbert (1540 a 1603), medico personal de la reina Isabel

de Inglaterra, publica un titulado De magnette , que se hará verdaderamente famoso dado que sobre el se ha edificado la moderna ciencia eléctrica, en realidad la obra se

halla referida a las acciones magnéticas, y solo dedica solo un capitulo a la electricidad.

Gilbert, hallo al tema del magnetismo impregnado de supertisión , ignorando este

aspecto, inicio un estudio experimental de la atracción de la piedra imán que le permito describir a la Tierra como un imán enorme.

                Se cree que los chinos inventaron la aguja magnética hacia finales

del siglo XI, poco después los navegantes mahometanos, la aplicaron a la navegación

 en el siglo XII, estaba ya en uso en Europa. Gilbert en su obra investigó las acciones

                En el último capitulo de su libro, examino las fuerzas desplegados por ciertos cuerpos cuando son frotados, como el ámbar, forjando la palabra “electricidad”

tomándola del termino griego electrón, que significa ámbar. Gilbert explica que

cuando un trozo de este material es frotado, adquiere la propiedad de atraer

construyo un rudo instrumento que le permitía detectar la cantidad de cargas que

se producían en un cuerpo al ser frotado. Clasifico a las sustancias como el ámbar, vidrio, azufre y resina a las que denomino eléctricas, las que una vez frotadas atraían

a los cuerpos; mientras que otras como el cobre y la plata y la plata como no presentaban fuerzas de atracción las denomino anelectricas , estas últimas son las

que hoy llamamos conductoras, mientras que sus eléctricas serán en el futuro las

                En el año 1672, Otto Guericke, monto una esfera de azufre sobre un eje de hierro, dio vueltas a este con una mano mientras que con la otra frotaba la esfera, electrificándola fuertemente. Al acercarle cuerpos pequeños como plumas, estos saltaban entre la esfera y el pavimento, a medida que alternativamente la electricidad de la esfera los atraía o los repelía. Unos años después Jorge Isaac Newton , presentaba un experimento similar ante la Real Sociedad Científica Inglesa, generando electricidad mediante el frotamiento del vidrio con seda.

                El investigador norteamericano Benjamin Franklin (1706/90), expuso que las

atracciones y repulsiones, se debían a un fluido eléctrico o fuego eléctrico que se encontraba en los cuerpos. Hacia el año 1731 se encontró que la electricidad podía

transmitirse de un cuerpo a otro. En el año 1749, Franklin sugirió que el rayo era producto de la conducción eléctrica y lo confirmó en 1752, mediante una experiencia

en la que una chispa eléctrica bajaba desde un barrilete que volaba a gran altura hasta

hasta una llave que el tenia en su mano. Como resultado de esta experiencia Franklin

propuso que se protegieran los edificios contra los efectos perjudiciales producidos por los rayos, por medio de conductores de rayos o pararrayos .

                A fines del siglo XVIII, las cargas eléctricas estudiadas hasta el momento se hallaban en reposo, pero se comenzaban a abrir nuevos caminos gracias al descubrimiento del movimiento de las mismas al que se denomino corriente eléctrica

esto fue casi accidental. En el año 1793, el italiano Luigi Galvani, hizo pasar una descarga eléctrica por el anca de una rana y observo que se producían contracciones

de sus musculos. Atribuyo estos efectos a lo que el llamo electricidad animal, pero

que otros llamaron galvanismo. En 1800, Alejandro Volta (1745/1827), comprobó

que las acciones eléctricas podían estimular los sentidos, sobre esta base fabrico el primer generador eléctrico, que por la forma como se presentaban los elementos componentes -discos de cobre y zinc, separados por un fieltro embebido en ácido

sulfúrico y agua- a los que colocaba uno sobre otro lo denomino pila.

mayor criterio científico, los rudimentarios conceptos vertidos hasta el momento sobre

el desplazamiento de las cargas eléctricas a lo largo de los conductores.

                En el año 1820, un profesor holandés H.C. Oersted, comprobó que el magnetismo contenido en agujas magnéticas podía verse afectado, por descargas eléctricas producidas en su proximidad, encontrando la relación que existe entre

               Los avances posteriores de la electricidad, permitieron un mejoramiento en el stanrd de vida, elevándose la producción industrial, mejorando las comunicaciones                     

El presente libro permitirá al lector introducirse en el mundo de los fenómenos eléctricos en forma simple y podrá realizar gran cantidad de practicas mediante materiales de bajo o ningún costo, que le permitirá la comprensión de estos fenómenos.

                Muchos de los principios de las acciones imanes - a las que llamaremos desde el punto de vista físico - acciones magnéticas, son familiares, probablemente hayan jugado

con imanes, quizás posea Ud. un tablero magnético. Las puertas de su heladera pueden

tener un cierre magnético, etc.. Comenzaremos nuestro estudio de los imanes, analizando

Imanes naturales y artificiales

                Se conoce desde tiempo desde tiempo inmemorial la propiedad de una piedra conocida con el nombre de magnetita (óxido ferroso férri co), que se encuentra en los Montes Urales, la piedra en cuestión es un imán natural, si se frota esta piedra con un

trozo de hierro sus acciones pasan a este metal, obteniédose un imán artificial, existen otras

 formas de obtener imanes artificiales, como ser mediante la electricidad como lo veremos

                               El hierro, cobalto y níquel, son sustancias magnéticas importantes. Los imanes permanentes se hacen de estos metales. Los imanes permanentes son los que mantienen su magnetismo por mucho tiempo.

Polos de un imán

Si se frota una varilla de hierro de espesor despreciable respecto a su longitud, a ella se la conoce con el nombre de aguja magnética, con un imán natural o artificial y se la suspende de su punto medio, se observará, que después de una serie de oscilaciones se orientara en una forma perfectamente definida, la que coincidirá con la dirección del meridiano norte-sur geográfico terrestre, al extremo que mira hacia el norte se le denomina polo norte (la palabra polo es de origen hierro y significa ir hacia), mientras que lo hace hacia el polo sur geográfico, se le denomina polo sur .

                                                                 Si en estas condiciones a esta aguja suspendida le      

                                                                 acercamos otro imán, se podrá observar que se pro-

                                                                  duce entre ambos una atracción o una repulsión, en

                                                                  el primer caso se habrán enfrentados polos de      DIBUJO 1,2,3     TEC                              distinta polaridad, mientras que en el segundo 

                                                                  de igual polaridad, luego se puede generalizar:

                                                                  “polos de igual signo se repelen, mientras que polos de dis-

                                                                   signo se atraen”.

                                                                 Al polo norte se le asigna un valor positivo,

                                                                  mientras que al polo sur, se le asigna un valor       

                                                                  negativo. Para un reconocimiento rápida se suele

                                                                  pintar al polo norte de rojo, mientras que al sur de

                               Las formas que puede adoptar un imán son muy variadas, las hay en forma de herradura. rectos, circulares, etc. Al aproximar limaduras de hierro a un imán se observara que son fuertemente atraídas por sus polos, mientras que en la zonas centrales

la atracción es prácticamente nula, a esta zona se la conoce con el nombre de zona neutra.

                               Las acciones magnéticas se transmiten atraves de todos los medios, en algunos casos pueden disminuirse, pero nunca son anuladas. Lo expuesto puede comprobarse fácilmente, colocando limaduras de hierro en un vaso conteniendo agua, al acercarse un imán exteriormente al recipiente, se comprueba que las limaduras de hierro

son atraídas por el imán, las acciones del imán pasaron atraves del aire, vidrio y del agua

llegando a las limaduras de hierro las que fueron atraídas por él.

Inducción magnética

                               Si se aproxima al polo de un imán un alfiler este queda adherido a él, si a este

alfiler le aproximamos un segundo este quedara unido al primer alfiler, si se continua con este procedimiento resultará una cadena de alfileres. Este fenómeno se conoce con el nombre de inducción magnética.

                               Este fenómeno encuentra su explicación al considerar que en el primer alfiler

unido al polo del imán se genero en el un polo de distinto signo, por ejemplo si el alfiler se

aproximó al polo norte del imán, en su punto de contacto se creo un polo sur, este procedi-

miento se continua a lo largo de la cadena de alfileres originada.

                                                            Si se retira el imán central que recibe el nombre de

                                                             inductor , los alfileres a los que se denominan inducidos

         DIBUJO                                     permanecen unidos un cierto tiempo y posteriormente

                                                              comienzan a soltarse.

Imanes quebrados:

                               Si tomamos un imán y lo dividimos en dos partes, obtendremos dos imanes

con sus correspondientes polo norte y polo sur. Si seguimos subdividiendo al imán obten-dremos tantos imanes como divisiones habremos hecho, en cada fracción obtenida se man-

tendrá la correspondiente polaridad. En caso de seguir subdividiendo, llegaríamos a la molécula en la cual se podría observar que se mantiene la polaridad. De lo expuesto se deduce que es imposible separar los polos de un imán , por tal razón se dice de los imanes

que son dípolos magnéticos.

                               Sobre la base que la molécula de un material magnetizado mantiene su pola-

ridad, se enunció la primera teoría referente a la naturaleza del magnetismo, en ella se

consideraba a la materia formada por infinitos imanes moleculares, los que en sus estado

natural se anulaban unos con otros, mientras que cuando este material resultaba frotado por un imán natural artificial, siempre en un mismo sentido, los imanes moleculares se

                               En la actualidad se acepta que un trozo de material, como por ejemplo el hierro, esta constituido por pequeños imanes que tienen sus polos unidos, formando anillos cerrados que reciben la denominación de dominios, de forma que no existen polos magnéticos libres. Cada imán elemental neutraliza el efecto de sus vecinos. Cuando se frota

a este trozo de material con un imán artificial o natural o se le hace pasar una corriente eléctrica, estos dominios se deshacen formando líneas. En los extremos de estas existen polos libres, capaces de mostrar actividad magnética.

                                                          DIBUJO 5 TEC   

                               La facilidad con que se realizan estos alineamientos están estrechamente vinculados con el material a magnetizar en el caso del hierro resulta mas fácil que en

caso del acero, pero el primero pierde mas rápidamente sus acciones, por efecto de determinados agentes exteriores como un golpe, calor, etc. En estos casos se perturba la ordenación lineal de los imanes elemental, provocando la posterior formación de los dominios.

                                                        DIBUJO 6 TEC

CAMPO MAGNÉTICO

                               Se entiende por campo magnético a la porción de espacio donde se hacen sentir los efectos de un imán. Se puede demostrar la presencia del campo magnético, cu-briendo el imán con una hoja de papel y espolvoreando sobre el limaduras de hierro, estas

se acomodaran en líneas que van de polo a polo, estas líneas reciben el nombre de líneas de campo o líneas de fuerza. Al analizar la figura que forman las limaduras a la que se denomina espectro magnético, se observa que las líneas nunca se cruzan de hecho se repelen entre si y siguen trayectorias bien definidas. Las líneas parten del polo norte y se dirigen al polo sur, estas se hallan mas concentradas en los polos, por tal razón el campo es mas fuerte en los polos del imán .

                                           DIBUJO MURPHY PAG 387 (F 25-2)

                               La potencia de un imán se halla en función de su intensidad polar. Cuando mas  potente sea el imán, mayor será la intensidad polar  y por consiguiente mayor la

fuerza de repulsión o atracción que ejercerá sobre otro imán situado cerca.

                El físico francés Carlos Coulomb (1736-1800), descubrió la ley que rige las fuerzas existentes entre dos polos magnéticos, comprobando que la mismas son directamente 

proporcionales a las intensidades de los respectivos polos, e inversamente proporcionales al cuadrado de las distancias que las separa. Si llamamos F a la fuerza

desarrollada entre los polos m y m’ respectivamente y d a la distancia entre los puntos donde se suponen localizados estos polos, la ley de Coulomb se puede escribir simbólicamente como sigue:

                                                                        m x m’

                                                                            d

k es una constante que depende del medio donde se trabajo, ej. aire, agua, etc.

                               De la ley de Coulomb se puede definir la unidad polo es aquella que ejerce una fuerza de una dina, cuando se la coloca a una distancia de 1 cm. de otro polo unidad, en el aire

o en el vacío.(La dina es una unidad de fuerza definida en el Tomo II Pag. de Alfabetización

Científica). Si bien esta unidad de polo, posee dimensiones y no es un numero abstracto

carece de nombre y es costumbre designarla con el nombre familiar de unidad magnética

de polo y se simboliza (u.p.). Por razones didácticas, consideraremos que la constante K

MAGNETISMO TERRESTRE

                               Puede considerarse que la Tierra contiene un poderoso imán recto que pasa por su centro. Su eje parecería ser casi el mismo que el de rotación de la Tierra. Cuando se supende una aguja magnética por su parte media un extremo queda apuntando al polo

norte geográfico, según se vio al comienzo de este capitulo y se lo denomino polo norte magnético del imán, del mismo modo sucedio con el otro extremo de la aguja al que se

denominó polo sur magnético del imán . Como los polos del mismo nombre se repelen y los opuestos se atraen, se deduce que el polo norte geográfico se encuentra en el polo sur

magnético terrestre y viceversa. Los polos magnéticos no son coincidentes con los geográficos. El polo sur magnético está situado en la isla Príncipe de Gales (74º Norte y

100º Oeste), mientras que el polo norte magnético se encuentra en la tierra del Rey Jorge V

( 67 º Sur y 142º Oeste). Solo existen pocos lugares sobre la superficie de la Tierra en que el meridiano geográfico y magnético coinciden. Por lo general ambas líneas se cruzan formando un ángulo conocido con el nombre de declinación magnética del lugar.   Este ángulo no solo varia de lugar en lugar, sino también con el transcurso del tiempo.

                               Las líneas de fuerza del campo magnético terrestre forman con la superficie terrrestre un ángulo que varia notablemente a todo su alrededor. En el polo norte o sur

magnético las líneas son verticales, mientras que en el ecuador son casi horizontales. El

ángulo que en un punto de la Tierra forma la horizontal y la línea de fuerza magnética se denomina inclinación magnética.

                                                   DIBUJO 7 TEC

                               Cuenta la historia que el emperador chino Hwang-ti (siglo II a.C.)llevaba en su carroza un dispositivo que señalaba hacia el sur. Se trataría de la primera brújula que existió. En Europa este instrumento fue introducido por los Arabes, revolucionando el arte de navegar, desempeñando un papel preponderante en los viajes de que efectuaron los descubridores de nuevas tierras.

                               La brújula magnética se compone esencialmente de un pequeño imán en forma de aguja que gira libremente sobre un eje, marcando el norte-sur. El principal inconveniente que presenta la brújula estriba en que los polos geográficos y magnéticos no son coincidentes, en consecuencia, la aguja no marca el verdadero norte, afortunadamente al ser un error conocido, puede ser corregido al consultar la brújula.

                               La aguja magnética de la brújula gira sobre una escala graduada en la que se han marcado los puntos cardinales y que recibe la denominación de rosa de los vientos.

                                                         DIBUJO

TRABAJOS PRACTICOS

Procedimiento: Pasar el imán por la hoja de afeitar una o dos veces, siempre en un mismo sentido. Colocar suavemente la hoja de afeitar frotada con el imán, en el recipiente de vidrio en el previamente habrá colocado agua, la que quedara sostenida en la superficie del agua por acción de la tensión superficial. Luego de un giro la hoja de afeitar ( actúa

como una aguja magnética), se orientará en la posición correspondiente al meridiano Norte- Sur geográfico terrestre. El extremo que mira hacia el norte, será el polo norte del imán y el que mira hacia el sur, el polo sur del mismo.

2º Objetivo de la práctica : Determinación de acciones reciprocas entre imanes

Procedimiento: Repetir el trabajo practico Nº 1, aproximarle a la hoja de afeitar un imán,

se podrá observar que se produce una atracción o una repulsión, con el imán que se aproxima. En el primer caso, el polo del imán aproximado es de distinto signo, mientras que en el segundo caso es de igual signo.

“POLOS DE DISTINTO SIGNO SE ATRAEN MIENTRAS QUE DE IGUAL SIGNO SE REPELEN”

Procedimiento : Colocar en el interior del recipiente que contiene agua las limaduras de hierro, aproximarle el imán, se observará que las limaduras de hierro son atraídas por el

imán, su acción atraviesa el aire, el vidrio y el agua. Colocar entre el recipiente y el imán

distintos objetos (una hoja de papel, cartón, etc. ) y observar que sucede.

4º Objetivo de la practica : Comprobar la inducción magnética.

Procedimiento: Acercar el imán a los alfileres, estos serán atraídos, formándose una cadena,. Retirar el imán , se observara que estos permanecen encadenados por un cierto tiempo y que luego se sueltan. El alfiler en contacto con el imán se comporta como un nuevo imán, generándose en el un polo, de signo contrario al que lo atrajo, mientras que

en el extremo opuesto de alfiler se genero un polo de igual signo que el del imán que genero el fenómeno, al aproximar a este alfiler otros se repetirá este proceso.

Procedimiento:  Sobre el imán colocar una hoja de papel, espolvorear sobre la hoja limaduras de hierro, se podrá observar que estas forman alineamientos bien definidos,

conocidos con el nombre de líneas de fuerza, que cubren la porción de espacio conocido con el nombre de campo magnético. A la figura determinada se la conoce con el nombre de espectro magnético.

6ºObjetivo de la practica Demostrar el comportamiento de las moléculas de un trozo de

                                              hierro, cuando sobre él se desplaza un imán

Materiales necesarios: Tubo de vidrio, limaduras de hierro un imán, recipiente, hoja de

                                          afeitar.

Procedimiento:     Colocar en el interior del tubo de vidrio limaduras de hierro, colocar agua en el recipiente y la hoja de afeitar magnetizada, situar el tubo con las limaduras de

hierro en forma paralela a la de la hoja de afeitar, comprobar que esta no acusa ningún efecto. Pasar sobre el tubo de vidrio el imán, se observara que las limaduras de hierro se

orientan en el sentido en que se desplaza el imán, colocar el tubo nuevamente el tubo paralelo a la hoja de afeitar , se observara ahora que la hoja de afeitar gira, si se retira el

                               Agitar el tubo y volver a colocarlo paralelamente a la hoja de afeitar. Que se

observa? Vuelva a desplazar el imán sobre el tubo de vidrio y repita la experiencia. Que observa?

                               Las limaduras de hierro actúan como si fueran las moléculas constitutivas

de un trozo de hierro, al pasar el imán estas se orientan en una misma dirección , como suceden con las moléculas del material, quedando magnetizado, al agitar el tubo se rompe la orientación y la barra pierde así sus acciones magnéticas. 

2º Indique la ley de atracción y repulsión

3º Que sucede cuando una barra de hierro magnetizada se rompe repetidas veces e trozos?

6ºComo se puede materializar el campo magnetico de un imán?

10ºComo son las intensidades de los polos norte y sus en un mismo imán?

EJERCICIOS DE APLICACIÓN

1º Un polo magnético de 50 u.p. de intensdas, ejerce una fuerza de repulsión sobre un segundo polo situado a 5 cm. del primero, siendo el aire el medio que los separa. Calcular

2º Dos polos magnéticos sus de 30 u.p. y 40 u.p. se hallan separados por una distancia de

 10 cm. en el aire. Que fuerza de repulsión se origina entre ambos?

            La existencia de la producción de cargas eléctricas por frotamiento es conocida desde muy remota antigüedad. En nuestra vida diaria encontramos gran número de situaciones, que producen efectos a los que en la gran mayoría de los casos no le encontramos explicación, como por ejemplo si frotamos una regla de plástico y luego

la acercamos a pequeños pedacitos de papel, observamos que estos son atraídos por la

regla.

            Un filosofo griego llamado Thales de Mileto había observado en el siglo VI a.C.

que al frotar un trozo de ámbar (sustancia resinosa de color amarillo), se producía en él

una fuerza capaz de atraer pequeños trozos de tela y de otros materiales ligeros, la palabra

electricidad proviene del vocablo griego <<elektron>>, que significas ámbar. Pero recién

durante el Renacimiento se inicio el estudio sistemático de la electricidad. Alcanzando a fines del siglo pasado un conocimiento claro para el físico. Difícilmente otro logro científico tuvo consecuencias tan profundas y de tan largo alcance. Puede decirse sin temor a equivocarse que el dominio de las fuerzas eléctricas han cambiado la forma de vida en la Tierra.

            En el presente capitulo analizaremos estos fenómenos, pero resulta conveniente para llegar a su mejor entendimiento, comenzar con una revisión cuidadosa de la estructura de la materia.

            Una pregunta que ha intrigado al hombre desde la mas remota antigüedad, es acerca de la constitución del mundo. Los primeros hombre que intentaron hallar la respuesta a dicha pregunta fueron los griegos, quienes trataron de encontrar explicaciones lógicas a todos los misterios de la naturaleza. Algunos llegaron a conclusiones extrañas

En el siglo VI a. C. , Thales de Mileto, consideraba que el agua o la humedad consistituian la esencia vital de las cosas: cierta clase de agua formaba los mares, otra, mas sólida, para los objetos duros como las piedras, etc. Poco tiempos después, otro pensador griego se opuso a la teoría enunciada por Thales, agregando al elemento enunciado por él un segundo elemento: el aire, posteriormente otro pensador griego, sostuvo que la materia primaria del mundo además del aire y del agua, era el fuego.

            A medida que iba pasando el tiempo se fueron enunciando nuevas teorías las que iban aportando nuevos elementos. En el siglo IV a.C. un griego llamado Democrito presento una teoría totalmente distinta de las enunciadas hasta ese momento, en ella consideraba que todo lo que existe -la tierra, el cielo, los océanos, la vegetación y todos los seres vivientes-,están integrados por pequeñisismas partículas, agrupadas compactamente como las abejas en una colmena. Democrito llamo átomos a esas partículas, palabra griega que significa indivisible. Esta teoría de las partículas inseparables, aparentemente absurda, cayo en olvido y desde el año 400 CA. hasta fines de 1500, no se volvió hablar del átomo. Aristóteles había creído que toda la materia estaba hecha de cuatro elementos; fuego, agua, tierra y agua, tal era su fama que su teoría fue aceptada sin discusión y de esta manera el avance del estudio de la materia quedó estancada durante varios siglos.

            Dos mil años después, un joven matemático italiano llamado Galileo, comenzó a analizar las teorías antiguas, comprobando mediante experiencias, que muchas de las teorías enunciadas por Aristóteles eran erróneas.

            En el siglo XVII, un francés llamado Pierre Gassendi, sugirió que la teoría atómica de Democrito podía ser cierta. Cincuenta años después del interés que despertara Gassendi sobre la existencia de los átomos, Roberto Boyle, investigador irlandés, aporto nuevas ideas acerca de los átomos, con sus investigaciones conmociono la actividad científica en toda Europa, muchos elementos nuevos surgieron, tales como el hidrogeno, oxigeno, el oro, la plata el azufre, etc. Pero el que vinculo realmente la naturaleza atómica

de la materia y la de los compuestos que se originaban en sus respectivas combinaciones,

fue un profesor ingles llamado Juan Dalton.

            En realidad Democritico denominaba átomos a lo que hoy llamamos moléculas, pero en su teoría iba por buen camino al afirmar que eran pequeñisimos. Actualmente se sabe que las moléculas son masas diminutas formadas por átomos, ambos son tan pequeños que resulta muy difícil de imaginar su tamaño. El número de átomos existentes

es de aproximadamente cien, ellos constituyen los ladrillos que conforman el universo,

Con su combinación se puede obtener gran numero de moléculas distintas. 

            Para imaginar el tamaño de un átomo, observemos un grano de azúcar. A unos metros de distancia, no se lo puede apreciar, sin embargo, contiene millones de moléculas,

y cada una de ellas esta formada por cuarenta y cinco átomos. Si pudiéEramos observarla

con un microscopio cuya potencia, pudiera amplificar al grano de azúcar al tamaño de la Tierra, se podrían ver las moléculas que lo integran , presentando cada una de ellas el tamaño de una casa y se podrían apreciar del tamaño de una habitación los cuarenta y cinco átomos que componen cada molécula de azúcar.

            Pero existe algo mucho mas pequeño que un átomo. Se llama núcleo, y se halla situado en el centro de cada átomo; es tan visible como una partícula de polvo en medio de la habitación del ejemplo citado. En el núcleo encontramos partículas muy diminutas

llamadas protones y neutrones. Los protones tienen carga eléctrica positiva

mientras que los neutrones, no poseen carga eléctrica. Localizada fuera del núcleo del átomo, se encuentra una nube de otras partículas conocida con el nombre de electrones,

ellas se mueven alredor del nucleo en forma similar a un sistema planetario, recorriendo sus orbitas a gran velocidad, si bien su carga es negativa, su valor es igual a la del proton. Usualmente un atomo posee el mismo numero de electrones, resultando por tal razon electricamente neutro.

            Cuando un trozo de vidrio, plástico, etc. , se frota con un paño de lana o una piel,

adquiere la propiedad de atraer cuerpos ligeros, como corcho, papel, etc. El proceso de producir esta propiedad en ciertos objetos se denomina electrizacion y un cuerpo en esta circunstancias se dice que esta electrizado o cargado de electricidad..

            El estado de electrizaron que adquieren los cuerpos al ser frotados es producido por la transferencia de electrones de uno a otro, el objeto que gana electrones queda cargado negativamente, mientras que el que los pierde queda con una carga positiva. En realidad el sistema integrado por paño y barra, no ha ganado ni perdido carga eléctrica;

la carga positiva de una parte es exactamente igual a la negativa transferida a la otra.

 En el proceso de electrificación no hay creación de cargas eléctricas, sino una transmisión de

 cargas de un cuerpo a otro.

            En realidad, para que produzcan cargas eléctricas por frotamiento, basta solo el

intimo contacto entre el cuerpo y el paño , el frotamiento sirve solo sirve para establecer un buen contacto en todos los puntos de la superficie a electrizar.

DIBUJO TEC. PAG 25

            Frote una varilla de vidrio y mediante un hilo cuélguela horizontalmente en un soporte, frote a continuación una segunda varilla de vidrio y acérquela a la primera. Se

observara que las dos barras se repelen mutuamente. Repita la experiencia pero empleando en lugar del vidrio dos barras de plástico frotadas con un paño de lana, se observara que estas se repelen del mismo modo que las barras de vidrio. Finalmente frote una barra de vidrio con seda y otra de plástico con un paño de lana, sitúe a una de ellas en el soporte y a cerque la otra. Ahora observara que estas barras se ataren mutuamente.

            Benjamin Franklin (1706-1790), el que no solo fuera propulsor de la independencia americana, sino el primer científico famoso de América, llego a la conclusión de que había dos clases de electricidades. A una la llamo negativa y a la otra positiva. También determino que los cuerpos cargados de electricidad negativa se rechazaban entre si, e igual sucedía con dos cuerpos cargados positivamente. Pero comprobó que una carga positiva y otra negativa se atraían una a la otra. Luego podemos generalizar:

 Dos cuerpos cargados con igual signo se repelen, mientras que si son de distinto signo se atraen.

            Mediante el electroscopio de hojas se puede determinar la existencia de cargas eléctricas en los cuerpos. Consta de un recipiente de vidrio en el cual se coloca un tapón

de corcho o goma atravesados por una varilla metálica, la que en uno de sus extremos posee dos hojuelas delgadas de oro, plata o aluminio, mientras que en el otro extremo termina en forma esférica.

            Para verificar la carga existente en un cuerpo basta tocar la esfera del electroscopio. Si el cuerpo no provoca la separación de las hojuelas, este se halla descargado o neutro, en caso contrario las cargas localizadas en el cuerpo pasaran a la esfera del instrumento distribuyendoe por la varilla, y llegando a las hojuelas, las que al quedar con cargas de igual signo se repelerán, si posteriormente se retira el cuerpo, el electrtoscopio permanecerá cargado. También puede ocurrir:

 a) Que las hojuelas aumenten su divergencia, en tal caso la carga entregada y la que se                  h halla depositada en el electroscopio son iguales. 

b) Que disminuyan la divergencia de las hojuelas, en tal caso las cargas entregadas son de

     distintos signo de las depositadas previamente en el electroscopio.

c) Que las hojuelas se cierren totalmente y luego vuelvan a separarse, en este caso la carga

    que se acerca es de distinto signo pero de mayor valor, parte anula a la depositada y    

d) Si acercamos al electroscopio descargado una barra de plástico o vidrio las hojuelas

    divergen, pero si acercamos el paño con el cual hemos frotado la barra, las hojuelas      convergen, lo que permite demostrar que la cantidad de carga obtenida en la barra es igual

    pero de signo contraria a la localizada en el paño.

DIBUJO 1, 2, 3, 4 Y 5 CREAR

            Los siglos siguientes a las experiencias que realizara William Gilbert sobre electricidad, esta ciencia progreso lentamente. Un físico inglés llamado Stephen Gray, en Londres, encontró que podía pasar cargas eléctricas a travesee de una cuerda de cáñamo

suspendida con hilos de seda Reemplazo los hilos de seda por alambres de cobre y encontró que las cargas eléctricas escapaban, y que los me ales eran buenos conductores de la electricidad.

            Si unimos a la esfera de un electroscopio el extremo de un alambre de cobre, mientras que en el otro extremo le aplicamos una varilla de plástico o vidrio frotada, se

podrá observar que las hojuelas del electroscopio divergen . Si repetimos la experiencia

pero en lugar del alambre de cobre lo reemplazamos por un hilo de algodón, se podrá observar que las hojuelas del electroscopio mantienen su posición original.

            En el primer caso se han transmitido las cargas a lo largo del alambre de cobre, por

consiguiente decimos que este es un buen conductor , mientras que algodón al no permitir

el pasaje de cargas lo denominamos mal conductor o dielectrico. No hay un limite definido entre conductores y aisladores por ejemplo el agua pura es mala conductora, pero el agua impura que contiene acidos o sales disueltos posee una conductividad intermedia.Algunos

materiales llamados semiconductores, conducen bien solamente en determinadas condiciones, como cuando se eleva su temperatura o les llega luz.

            En síntesis se puede decir que un cuerpo es buen conductor cuando permite el paso

de las cargas eléctricas, mientras que es mal conductor o aislador cuando se opone al pasaje de las mismas, en general todos los metales son buenos conductores, mientras que

los no metales son aisladores.

            En los metales los electrones de las órbitas exteriores se separan fácilmente de ellas desplazándose a través del cuerpo, ellos reciben la denominación de electrones libres, el resto de los electrones y el núcleo permanecen en sus primitivas posiciones, se

puede decir que en un buen conductor existe un verdadero hormigueo de electrones libres

desorientados, los que se orientan en una determinada dirección cuando son sometidos a la acción de un cuerpo cargado, fluyendo a lo largo del mismo. En los materiales aislantes

por el contrario no existen electrones libres, toda la carga queda acumulada en algún punto como sucede, por ejemplo, cuando se frota una barra de vidrio o de plástico, queda la carga localizada y en reposo. Por esta razón a este capitulo de la Física se lo conoce con

el nombre de   ELECTROSTÁTICA ( estudio de las cargas en reposo), dado que las cargas no circulan como en la corriente eléctrica, y en caso de moverse lo hacen en distancias cortas.

El cuerpo humano es un excelente conductor, si tocamos la esfera de un electroscopio cargado las hojuelas convergen, las cargas localizadas en el pasan a tierra a través del cuerpo humano, pero si no paramos sobre una plancha de goma u otro material aislante,

este proceso no se cumple, dado que el dielectrico se interpone entre el cuerpo humano y la tierra evita el pasaje de cargas.

            Si tratamos de cargar un electroscopio con una varilla metalica, la que previamente frotamos, resulta imposible, dado que las cargas que se obtienen pasan a tierra a través del

cuerpo humano, y solo se puede realizar este proceso con ayuda de un mango aislador el que detiene el pasaje de las cargas de la varilla a nuestro cuerpo.

            La tierra es un buen conductor, aislado en el espacio y capaz de ceder o admitir electrones. Cuando conectamos a tierra un cuerpo cargado positivamente o negativamente este se descarga, en el primer caso la tierra cede electrones hasta lograr el equilibrio, mientras que en el segundo caso los electrones en exceso que posee el cuerpo pasan a tierra, la que siempre puede admitir mas electrones.

DIBUJO CREAR

TRABAJOS PRÁCTICOS

Objetivo de la practica: Comprobar la electrizaron por frotamiento

Materiales necesarios: Regla de plástico, trozos pequeños de telgopol

Procedimiento: frotar fuertemente la regla de plástico y acercarla luego a los trocitos de tergopol, se observara que estos son atraídos por la regla primeramente, y que luego se

separan de ella, si se acerca nuevamente la regla a los trocitos que se separaron se observara que son repelidos .

Esto es debido a que al frotar la regla se han localizado cargas eléctricas en ella, las que primero atraen a los trozos de telgopol, los que, una vez establecido el contacto con la regla quedan cargados con el mismo signo de ella, y por tal razón se origina la repulsión .

DIBUJO CREAR

Objetivo de la practica: Construcción de un péndulo eléctrico

Materiales necesarios: 30 cm. De alambre de fardo, un taco de madera para que actúe como soporte (puede emplearse en su defecto un trozo de plastilina), hilo de coser, un trocito de

corcho o telgopol, regla de plástico y una varilla de vidrio.

Procedimiento: Doblar el alambre en forma de L, el extremo mas largo introducirlo en el soporte de madera o plastilina, del extremo mas corto colgar el trocito de corcho o telgopol

de forma que quede suspendido. Frotar fuertemente la regla de plástico y acercarla al péndulo se observara primero la atracción y luego la consiguiente repulsión. Acercar luego al péndulo la barra de vidrio también fuertemente frotada y se observara una atracción constante.

En el primer caso las cargas del plástico pasaron al péndulo, el que quedo cargado con el mismo signo, originándose la repulsión, luego al acercar la varilla de vidrio frotada, esta

al poseer distinto signo que el plástico, dio origen a la atracción.

Objetivo de la practica: Construcción de un electroscopio

Materiales necesarios: Un frasco transparente, hoja de papel de estaño o de aluminio, un trozo de telpor, varilla de plastico (regle), paño de lana.

Procedimiento: Secar bien el recipiente, calentadolo con cuidado sobre una llama. Cortar una tira del papel de estaño o aluminio de 5mm. de ancho, la longitud depende de la botella que emplee (el papel debe estar bien liso). Con el tergopor, fabricar un tapon cilindrico para la botella, dividir mediante un elemento cortante (cuchillo, hoja de afeitar, etc.) el tapon en dos partes. Colocar entre las mitades de tapon fabricado, la hoja de papel metalico, haciendo que queden suspendidas en el interior del recipiente, colgando a 3 cm.

del fondo. La parte de las cintas que sobesalen del tapon deben ser dobladas, de modo que no toquen al recipiente. Frote fuetemente la regla de plastico con el paño de lana y compruebe como se separan las tiras del papel de aluminio o de estaño indicando de esta manera que el electroscopio se cargo.

Objetivo de la práctica: Buenos y malos conductores de la electricidad.

Materiales necesarios: Electroscopio, barra de plástico o de vidrio, hilo de coser, cable de

Procedimiento: Frotar la barra a fin de cargar el electroscopio, tocarlo con la mano una vez cargado con la mano y observar como se descarga. Unir luego el electroscopio con el alambre de cobre y tocar el extremo libre con la barra de plástico, observar con divergen las hojuelas indicando que el electroscopio se ha cargado. Descargar el electroscopio tocándolo con la mano. Repetir luego la experiencia pero reemplazando el alambre de cobre por un hilo de algodón y se observara que las hojuelas no se mueven, luego el algodón es mal conductor de las cargas eléctricas, mientras que el cobre resulta buen conductor , dado que permite el pasaje de las cargas.

Objetivo de la practica: Obtención de mayor cantidad de cargas

Materiales necesarios: Paño de lana , disco fonográfico y telgopol.

Procedimiento: Frotar fuertemente el disco con el paño de lana, dejar caer sobre el trocitos

de telgopol. Se observara que cuando toca el disco inmediatamente “saltan”. Repetir el

procedimiento. Acerque la mano al disco lo mas cerca posible, pero sin tocarlo; se sentirá

un suave chisporroteo, el que podrá inclusive visualizarse, si esta experiencia se hace a oscuras, en tal caso podrá distinguirse las chispas que serán de color azul.

DIBUJO CREAR

Objetivo de la practica   Nueva experiencia para demostrar la repulsión de cargas de igual signo.

Materiales necesarios: Hoja o bolsa de plástico común, tijeras, paño de lana

Procedimiento: Cortar la hoja o la bolsa de plástico para obtener dos tiras de plástico de

2 cm. de ancho y 30 cm. De largo, colocarlas juntas, tomándola con la mano por uno de sus extremos, con la otra mano frotarlas a lo largo con el paño de lana se observara que las

cintas se separan al ser frotadas, estas han quedado cargadas con cargas de igual signo

originándose la consabida repulsión.

Objetivo de la practica: Otra experiencia para demostrar la producción de cargas eléctricas

por frotamiento.

Materiales necesarios: Tubo fluorescente, paño de lana o franela.

Procedimiento: Llevar el tubo fluorescente a una habitación oscura, frotarlo fuertemente

a lo largo con el paño. Se observará que el tubo se enciende.

Explicación: El frotamiento desplaza los electrones y da al vidrio una carga positiva, los

electrones al moverse produce la corriente que enciende al tubo.

Objetivo de la practica: Otra experiencia para analizar la repulsión de las cargas

Materiales necesarios: Construir dos péndulos eléctricos, regla de plástico, paño de lana

Procedimiento: Colocar los péndulos de forma que sus masas (corcho, tlgopol, etc.) , se toquen. Frotar la varilla de plástico. Tocar ambas masas en varios puntos con la varilla.

Se podrá observar la repulsión que se origina en las mismas.

Objetivo de la practica : Mas experiencias electrostáticas

Materiales necesarios: Una hoja de papel de diario, paño de lana.

Procedimiento: Seque bien la hoja del diario con ayuda de una estufa electrica. Frótela fuertemente con el paño, colocándola sobre la pared del aula o del pizarrón. Podrá observar que una vez frotada la hoja de diario queda adherida a la pared o al pizarrón.

?Como justifica este fenómeno?

OBSERVACIÓN: Al realizar las experiencia de electrostática el material debe estar siempre bien seco, para ello es conveniente secarlo con ayuda de una estufa eléctrica.

Que se entiende por electrostática?

Cuantas clases de electricidad conoce?

Describa un electroscopio

Para que se emplea un electroscopio?

Como explica la carga de un electroscopio por contacto?

Como se comportan las cargas entre si?

Se producen cargas eléctricas solo con el intimo contacto entre paño entre la varilla de plástico o vidrio, pero para su producción es necesario efectuar el frotamiento entre ambos cuerpos?

Como explica la producción de cargas eléctricas por frotamiento?

Si Ud. Quisiera transmitirle cargas a un electroscopio sin tocarlo directamente con la varilla de vidrio o plástico previamente frotadas que material utilizaría?

Como explica la clasificación entre buenos y malos conductores de la electricidad?

Si Ud. desea cargar una varilla de hierro frotándola la tomaría directamente con la mano?

Por que causa las pinzas y demás elementos de los electricistas poseen mangos de goma o plástico?

Como explica la descarga a Tierra?

Si Ud. toca un electroscopio cargado con la mano que sucede?