ELECTROMAGNETISMO.
Conjunto de ideas y experimentos que relacionan la electricidad con el magnetismo y que en su conjunto forman la base de muchas aplicaciones de la sociedad moderna.
El electromagnetismo se inicia a partir de un descubrimiento hecho por casualidad por el físico danés HANS CHRISTIAN OERSTED en 1820,nace a partir de una situación fortuita en la que hace un descubrimiento por casualidad, el movimiento de la aguja de una brújula. Demostró  que una corriente eléctrica generaba un campo magnético alrededor de un alambre. 

Experimento de Hans Christian Oersted.
En 1820,hizo un descubrimiento muy importante acerca del magnetismo.
Al experimentar con corrientes eléctricas en los alambres,Oersted colocó uno de los alambres sobre una brújula pequeña. Observò que cada vez que hacìa pasar una corriente por el alambre,la aguja de la brújula se movía,demostrándose que había una relación estrecha entre la electricidad y el magnetismo.
Los estudios posteriores que realizó le permitieron demostrar que cuando una corriente eléctrica pasa a través de cualquier conductor,genera un campo magnético del mismo. 

Antecedentes del Magnetismo. 
Las primeras observaciones de fenómenos magnéticos fueron hechas por los antiguos griegos en una ciudad de Asia menor,denominada  Magnesia.Ellos conocían ya las propiedades de un material magnético natural llamado magnetita.
Algunas aplicaciones màs comunes de los imanes las encontramos en la brújula, el receptor telefónico y las bocinas.

Propiedades de los  imanes.
Cuando una barra imantada se introduce dentro de una caja que contiene limaduras de fierro,se observa que las partículas se adhieren a los extremos de la barra.A estas regiones de atracción se les llama polos magnéticos. 
Los polos magnéticos de un imán reciben las denominaciones de polo magnético norte y polo magnético sur. 
Se puede demostrar que los polos norte-sur de un imán son diferentes acercándolos a una brújula. Así podemos observar experimentalmente que polos iguales se repelen y los polos opuestos se atraen. 


A las sustancias que pueden ser atraídas y pueden magnetizarse se les llama ferromagnéticas.

Al grupo de átomos alineados se les llama dominios magnéticos. 

El electroimàn. 
El fierro puro (hierro dulce) cuando se imana, se conserva su magnetismo pero se emplea para construir electroimanes. 
Bobina mas barra de fierro constituye un electroimàn. Los electro imanes tienen una gran variedad de aplicaciones en la ciencia y la tecnología.
Cuando la corriente de un electroimàn cesa, el poder de atracción del mismo también se detiene y entonteces el material férreo se desprende. 

El campo magnético de la Tierra. 
Se debe a Sr William Gilbert la observación de que la tierra es un gran imán. Para probar esta teoría,tallo una esfera de magnentita  y demostró que una pequeña brújula colocada en cualquier punto de esa esfera siempre apuntaba como lo hace la Tierra,hacia el polo norte. 
Por su polaridad el polo norte magnético es un polo sur y el polo sur magnético es un polo norte. Esto resulta evidente por las lineas de fuerza magnéticas las cuales siempre se inician en un polo norte y terminan en un polo sur. 
La Tierra es como un enorme imán rodeado por un campo magnético. 

  

LEY DE FARADAY.

El fenómeno de inducción electromagnética se puede resumir en un enunciado que se conoce como ley de Faraday. 

"El voltaje inducido en una bobina es directamente proporcional al numero de espiras y la razón de cambio del campo magnético dentro de dichas espiras" 

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 E es el campo eléctrico, dl es el elemento infinitesimal del contorno C, B es la densidad de campo magnético y S es una superficie arbitraria, cuyo borde es C. Las direcciones del contorno C y de dA están dadas por la regla de la mano izquierda.La permutacion 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:

donde E es la fuerza electromotriz inducida y dΦ/dt es la tasa de variación temporal del flujo magnético Φ. La dirección de la fuerza electromotriz (el signo negativo en la fórmula) se debe a la ley de Lanz.

LA SÍNTESIS DE MAXWELL

Desarrolló un conjunto de ecuaciones que se conocen como ecuaciones de Maxwell, en las cuales se sintetizan todos los conocimientos adquiridos acerca de los fenómenos electromagnéticos.
Encontró que no se requerían conductores para generar campos eléctricos o magnéticos, además, predijo que un campo magnético que se mueva en el espacio, genera un campo eléctrico que se mueve en el espacio, éste campo eléctrico genera a la vez un campo magnético que se mueve en el espacio también, y así sucesivamente. Los campos viajan a través del espacio a la velocidad de la luz en forma de onda.
Para producir una onda electromagnética se requiere de un campo magnético cambiante, la corriente en el alambre debe cambiar también constantemente. Esta variación en la rapidez de flujo significa que las partículas cargadas se están acelerando. Las partículas cargadas aceleradas producen ondas electromagnéticas que se mueven en el espacio. 
   Tuvo una inferencia importante, sí los electrones pueden vibrar en un alambre a una frecuencia constante, saldrá de la región del alambre una onda electromagnética de la misma frecuencia. Una onda magnética no necesita de un medio material para propagarse.
A partir de sus ecuaciones, fue la determinación del valor de la velocidad de propagación de una onda electromagnética. Sus cálculos demostraron que, en el vacío, esta onda se propaga a una velocidad de 300, 000 km/s.
La importancia de este resultado se debe a que este valor coincide con el de la velocidad de la luz en el vacío. 

El TRANSFORMADOR.

En muchas instalaciones eléctricas, e incluso en nuestras casas, muchas veces hay la necesidad de aumentar o disminuir el voltaje que proporciona la compañía que suministra la electricidad. El dispositivo que permite realizar esta operación se le denomina transformador eléctrico

Un transformador es un dispositivo que se emplea para aumentar o disminuir los voltajes de las corrientes alternas y es una aplicación de la inducción electromagnética.

Una de las ventajas de los transformadores es que cambian los voltajes con muy poca pérdida de energía y reducen al máximo las pérdidas de calor por efecto Joule.
Un transformador tiene dos bobinas, aisladas eléctricamente una de la otra y enrolladas alrededor de un núcleo de fierro: una es la bobina primaria otra la bobina secundaria. Cuando una bobina primaria se conecta una fuente de corriente alterna, el cambio en el flujo de corriente produce un campo magnético variable. El flujo magnético se transmite a la bobina secundaria a través del núcleo de fierro. El flujo variable induce una fem En la bobina secundaria.

La fem producida en la bobina secundaria, llamada voltaje secundario, es proporcional al voltaje primario y también depende del número de vueltas o espiras de ambas bobinas.

Voltaje secundario = número de vueltas en la bobina secundaria
Voltaje primario.         Número de vueltas en la bobina primaria.

Si el voltaje secundario es mayor que el primario, el transformador se llama transformador elevador o de incremento. Si el voltaje secundario es menos que el primario, el transformador se llama transformador reductor o de reducción.

LEY DE AMPÉRE

Poco después del descubrimiento de Oersted, se dedujo una expresión de la intensidad del campo magnético debido a la corriente que pasa por un alambre recto y largo. La intensidad del campo magnético a una distancia "r" de un alambre que conduce la corriente "I" es:

                 B=µ0 I/2r

Donde:

µ0= permeabilidad del vacío

B= campo magnético (T)

r= distancia (m)

I= corriente eléctrica

Este resultado muestra que la magnitud del campo magnético es proporcional a la corriente y disminuye con la distancia respecto al alambre. La ecuación anterior nos permite calcular el campo magnético debido a un alambre recto y largo que conduce una corriente.

Andre María Ampére propuso un procedimiento general para deducir este tipo deecuaciones, el cual proporciona una relación entre la corriente de un alambre de forma arbitraria y el campo magnético producido por el alambre.

EL MOTOR Y EL GENERADOR.

Los generadores y los motores se construyen de la misma forma, sin embargo tranaforman la energía en forma diferente.
El generador convierte la energía mecánica en eléctrica en cambio el motor es viceversa.
El generador hace girar mecánicamente la armadura a través de un campo magnético para inducir un voltaje y en el motor se aplica un voltaje a través de una armadura que se encuentra en un campo magnético este voltaje hace fluir la corriente Por la bobina y girar la armadura.

EL MOTOR:
Un motor de corriente directa o continua está constituido por una bobina suspendida entre los polos de un campo magnético, cuando una corriente eléctrica fluye por la bobina se genera un campo magnético y actúa como un imán, por lo tanto está empieza a rotar debido a la fuerza que existe entre los dos campos magnéticos. El el motor eléctrico un iman permanente produce un campo magnético en una región donde está una espira rectangular de alambre que se monta para que gira respecto al eje de la línea interrumpida.

Los motores mayores de CD o cc se fabrican reemplazando el imán permanente por un electroimán que energiza la fuente de electricidad se emplea más de una espira se devanan muchas vueltas de alambre sobre un núcleo de fierro Ese Conjunto se llama armadura; gira cuando el alambre conduce corriente.

EL GENERADOR:
Está constituido por un inductor hecho a base de imanes permanentes que producen un campo magnético y por un inducido qué consta de un núcleo de fierro al cual se le enrolla un alambre conductor aislado previamente.

Funciona básicamente como una espiral que gira dentro de un campo magnético en los extremos de la espira. Existen dos anillos colectores que se deslizan sobre los contactos que conectan la espira a un circuito externo el cual puede ser un amperímetro, mientras la espira está en rotación es posible tener una variación del flujo magnético a través de ella. Esto se debe a que la variación continua de la espira respecto al campo magnético. De esta manera un fem inducida en dicha espira generando así una corriente que indicará el amperímetro.

EL CAMPO MAGNÉTICO

En el espacio que rodea las cargas eléctricas existe un campo eléctrico. De manera análoga en la región que rodea un imán existe un campo magnético. Así, todo imán está rodeado por un espacio en el cuál se manifiestan sus efectos magnéticos, a dichas regiones se llaman campos magnéticos. Las líneas de campo magnético, llamadas líneas de fuerza o flujo magnéticas son imaginarias y no existen en realidad, son convenientes para describir diferentes fenómenos magnéticos.

-Intensidad Magnética

La intensidad magnética de un electroimán es mayor a la de un imán permanentemente porque tiene un mayor número de líneas de introducción magnética por unidad de área. Las líneas del polo Norte salen y las del polo Sur entran.

-Flujo Magnético

El número de líneas magnéticas que pasa por un área determinada se llama flujo magnético y se representa por la letra griega "fi".
La unidad de flujo magnético en el sistema MKS, es el wéber que se define cualitativamente, cómo el número de líneas magnéticas que pasan por una superficie de 1m².
En el sistema CGS, la unidad de flujo magnético es el maxwell que se define cualitativamente, cómo el número de líneas magnéticas que pasan sobre una superficie de 1cm²

-Densidad de Flujo Magnético

Un flujo magnético que atraviesa perpendicularmente una unidad de área, recibe el nombre de densidad de flujo magnético o inducción magnética. En una región de un campo magnético equivale al número de líneas de fuerza que atraviesan perpendicularmente a la unidad de área.
Cuando el flujo magnético no penetra perpendicularmente un área, sino que lo hace con un cierto ángulo, tiene una expresión para calcularla. Por lo tanto la densidad de flujo magnético es un vector que representa la intensidad, dirección y sentido del campo magnético en un punto.