Imanes Naturales

IMANES NATURALES: se refiere a minerales naturales, los cuales tienenla propiedad de atraer elementos como el hierro, el níquel, etc.
La magnetita es un imán de este tipo, compuesto por óxido ferroso férrico, cuya particularidad principal consiste en atraerfragmentos de hierro natural.
PROPIEDADES
Los imanes poseen dos zonas en las que se concentra la fuerza que ejercen, estas zonas son los extremos del imán y reciben el nombre de polos magnéticos, norte ysur. Los polos del mismo nombre se repelen y los polos opuestos se atraen. Compruébalo.
EJEMPLOS:
imanes naturales: son aquellos que se encuentran en la Tierra y que atraen al hierro. Denominadosmagnetita ,Un imán natural es un mineral con propiedades magnéticas (magnetita).
PRINCIPAL EJEMPLO DE IMAN NATURAL:
LA TIERRA ES UN IMAN GIGANTESCO
Porque posee un campo magnetico natural. Este se debea que en el centro del planeta existen metales liquidos (por la temperatura tan alta que hay ahi), y cuando estos se mueven producen un campo magnetico que es detectable de manera sencilla. Un ejemplosencillo son las auroras boreales; estos son fenomenos muy bonitos en donde al entrar particulas cargadas del espacio a la tierra, producen colores muy llamativos en la atmosfera.

 

Propiedades magnéticas

Materiales Magnéticos: estos materiales son aquellos que poseen una forma especializada de energía que esta relacionada con la radiación electromagnética, y sus propiedades y estructura se distinguen de los demás por las características magnéticas que poseen.

Propiedades Magnéticas Macroscópicas: son producto de los momentos magnéticos asociados con los electrones individuales. Cuando el electrón gira alrededor del núcleo, se convierte en una carga eléctrica en movimiento, por lo que se genera un momento magnético. Cada electrón gira alrededor de si mismo creando un momento magnético.

El momento magnético neto de un átomo es la suma de los momentos magnéticos generados por los electrones. Si incluyen los momentos orbítales, de rotación, y el hecho de que los momentos pueden cancelarse.

En los átomos donde el nivel de energía de los electrones están completamente llenos, todos los momentos se cancelan. Estos materiales no puedes ser magnetizados permanentemente (Gases inertes y algunos materiales iónicos).

De acuerdo a sus propiedades magnéticas y cuando los materiales se someten a un campo magnético, estos se pueden clasificar en:

·         Diamagnéticos: los materiales diamagnéticos son `débilmente repelidos' por las zonas de campo magnético elevado. Cuando se someten a un campo, los dipolos se orientan produciendo campos magnéticos negativos, contrarios al campo aplicado. Los valores de susceptibilidad de estos materiales es pequeña y negativa y su permeabilidad próxima a la unidad. También estos materiales son una forma muy débil de magnetismo, la cual es no permanente y persiste no solamente cuando se aplica un campo externo.

·         Paramagnéticos: los materiales paramagnéticos son débilmente atraído por las zonas de campo magnético intenso. Se observa frecuentemente en gases. Los momentos dipolares se orientan en dirección al campo, y tiene permeabilidades próximas a la unidad y su susceptibilidad es pequeña pero positiva. Este efecto desaparece al dejar de aplicar el campo magnético.Es decir que el paramagnetismo se produce cuando las moléculas de una sustancia tienen un momento magnético permanente. El campo magnético externo produce un momento que tiende a alinear los dipolos magnéticos en la dirección del campo. La agitación térmica aumenta con la temperatura y tiende a compensar el alineamiento del campo magnético. En las sustancias paramagnéticas la susceptibilidad magnética es muy pequeña comparada con la unidad.

·         Ferromagnéticos: se caracterizan por ser siempre metálicos, y su intenso magnetismo no es debido a los dipolos. Este magnetismo puede ser conservado o eliminado según se desee, los 3 materiales ferromagnéticos son el hierro, el cobalto y el níquel. La causa de este magnetismo son los electrones desapareados de la capa 3d, que presentan estos elementos. Como se ha indicado, los materiales ferromagnéticos afectan drásticamente las características de los sistemas en los que se los usa. Los materiales ferromagnéticos no son `lineales'. Esto significa que las relaciones entre 
y 

       presenta el fenómeno de histéresis. Esto significa que, cuando se somete al material a un ciclo de operación, la magnetización (relación B-H) sigue una curva complicada. En general, se considera que el campo excitante es H (pues está directamente relacionado a la corriente). Puede entonces ocurrir que H=0, y tanto B como M sean distintos de cero: esto es lo que se conoce corrientemente como un imán.

La magnetización en los ferromagnéticos se debe a la curva de histéresis. Una vez producida la magnetización se intenta eliminar el campo magnético, pero para valor de campo magnético cero el material sigue magnetizado, y para poder desmagnetizarlo es necesaria la aplicación de un campo negativo o fuerza coercitiva.

Las curvas de histéresis varían a medida que varía la temperatura a medida que aumenta la temperatura la magnetización disminuye, hasta llegar a la temperatura de Curie, en la que el material deja de comportarse como ferromagnético y pasa a comportarse como paramagnético.

Los materiales ferromagnéticos llegan a un momento en que aunque se siga aplicando el campo magnético no se magnetizan más y alcanza la inducción de saturación, y una vez retirado el campo no pierde toda la magnetización sino que la guarda en lo que se conoce como inducción remanente.

Estos materiales son fuertemente atraídos por las zonas de campo magnético intenso (presentan además fenómenos de histéresis y existen dominios ferromagnéticos). Se observa en fierro, niquel, cobalto y aleaciones.

·         Ferrimagnéticos: es la base de la mayoría de los imanes metálicos de utilidad, los materiales magnéticos cerámicos se basan en un fenómeno ligeramente diferente. En cuanto a la histéresis, el comportamiento es básicamente el mismo. Sin embargo, la estructura cristalina de la mayoría de los materiales magnéticos cerámicos comunes implica un emparejamiento antiparalelo de los spines de los electrones, reduciendo por tanto el movimiento magnético neto que es posible alcanzar en los metales. Este fenómeno se distingue del ferromagnetismo mediante un nombre ligeramente diferente denominándose ferrimagnetismo.

Estructura de dominios ferromagnéticos.

Los 3 elementos magnetizables se caracterizan por que los momentos dipolares se orientan, en un determinado volumen, en una dirección, esto son los dominios ferromagnéticos. Dentro del mismo grano puedo encontrar distintos dominios ferromagnéticos.

Cuando un campo magnético externo es aplicado a un material ferromagnético desmagnetizado, los dominios magnéticos cuyos momentos magnéticos están inicialmente paralelos al campo aplicado, crecen a favor de aquellos que están colocados de forma inversa al campo. Este movimiento lo hacen las paredes de bloch, que son una zona de transición de un dominio a otro y su longitud es aprox. de 100  
.

La máxima magnetización se produce con la suma de estas 5 energías:

Energía de cambio

Energía magnetostática: Asociada al campo, depende del número de dominios (7.15), a mayor número de dominios mayor menor energía magnetostática

Energía magnetocristalina: Asociada a la estructura cristalina y a las distintas direcciones de la estructura cristalina.

Energía asociada a las paredes de Bloch.

Energía de magnetoestricción.

Tipos de Materiales Magnéticos:

-Materiales magnéticos metálicos: los materiales magnéticos metálicos comerciales más importantes son ferromagnéticos. En general, esos materiales se clasifican como blandos o duros. Los factores estructurales constitutivos que llevan a la dureza magnética son generalmente los mismos que los que provocan la dureza mecánica.

Materiales magnéticos blandos: se denomina materiales magnéticos blandos a los materiales ferromagnéticos con paredes de dominios magnéticos que se mueven fácilmente cuando se aplica un campo; es decir, que se pueden desmagnetizar.

Materiales magnéticos duros: son aquellos con menor movilidad de las paredes de los dominios, lo que los hace ideales como imanes permanentes y usados raramente en aplicaciones de potencia de corriente alterna.

Materiales magnéticos cerámicos: los materiales magnéticos cerámicos pueden dividirse en dos categorías:

Materiales magnéticos de baja conductividad: los materiales magnéticos cerámicos tradicionales, de importancia comercial, son ferrimagnéticos, tienen la baja conductividad características de los cerámicos. Los principales ejemplos son las ferritas, basadas en la estructura cristalina de la espinela inversa.

Materiales magnéticos superconductores: los magnéticos superconductores más potentes pertenecen a una familia de óxidos cerámicos, tradicionalmente incluidos en la categoría de aislante, presentaban superconductividad con valores de temperatura crítica sensiblemente mayores de los que era posible conseguir con los mejores superconductores metálicos.

Leyes magnéticas

Así como un conductor al que se le hace pasar corriente genera un campo magnético, del mismo modo un imán puede generar una corriente eléctrica. Este fenómeno no se conoce como inducción electromagnética y se estudia a través de las leyes de Faraday y Lenz.

Faraday descubrió que se producen corrientes eléctricas cuando el efecto magnético cambia. Cuanto mayor sea el cambio del flujo, mayor será el valor de la corriente eléctrica que se induzca en el alambre conductor. La corriente eléctrica generada por el efecto de un campo magnético variable se denomina corriente inducida.

Si a una espira que esta conectada a un medidor de corriente eléctrica, como un galvanómetro, se le acerca o aleja un imán  el galvanómetro indicara una lectura positiva o negativa de acuerdo con el movimiento del imán  Los mismo sucede si el imán se queda quieto y la bobina se mueve. Pero si deja de moverse alguno, el galvanómetro no indica ningún valor. Se dice que se induce una fuerza electromotriz (FEM), que será mas intensa al avanzar o mover mas rápido el imán hacia el conductor, el conductor hacia el imán o ambos.

LEYES MAGNETICAS

-Ley de Lorentz.

- Ley de Gauss.

-Ley de los polos de un imán.

-Ley de la inseparabilidad de los polos magneticos.

Con base en los experimentos de Faraday, se concluye que:

Las corrientes inducidas se producen cuando se mueve un conductor en sentido transversal a las líneas de flujo del campo magnético.

La inducción electromagnética da origen a una fuerza electromotriz (FEM) y a una corriente eléctrica inducida como resultado de la variación del flujo magnético debido al movimiento relativo entre conductor y un campo magnético.

E= -N ∆ϕ / ∆t

La ley de Faraday se expresa matemáticamente por:

Donde:

E= fuerza electromotriz inducida en volts(V)

N=numero de espiras en una bobina

∆ϕ= cambio en el flujo magnético en webers(wb)

∆t= diferencial de tiempo en segundos

Michael Faraday, FRS, (Newington, 22 de septiembre de 1791 - Londres, 25 de agosto de 1867) fue un físico y químico británico que estudió el electromagnetismo y la electroquímica.

En 1831 trazó el campo magnético alrededor de un conductor por el que circula una corriente eléctrica (ya descubierta por Oersted), y ese mismo año descubrió la inducción electromagnética, demostró la inducción de una corriente eléctrica por otra, e introdujo el concepto de líneas de fuerza, para representar los campos magnéticos. Durante este mismo periodo, investigó sobre la electrólisis y descubrió las dos leyes fundamentales que llevan su nombre:

La masa de la sustancia liberada en una electrólisis es directamente proporcional a la cantidad de electricidad que ha pasado a través del electrolito masa = equivalente electroquímico, por la intensidad y por el tiempo (m = c I t).

Las masas de distintas sustancias liberadas por la misma cantidad de electricidad son directamente proporcionales a sus pesos equivalentes.

Con sus investigaciones se dio un paso fundamental en el desarrollo de la electricidad al establecer que el magnetismo produce electricidad a través del movimiento.

Se denomina faradio (F), en honor a Michael Faraday, a la unidad de capacidad eléctrica del SI de unidades. Se define como la capacidad de un conductor tal que cargado con una carga de un culombio, adquiere un potencial electrostático de un voltio. Su símbolo es F.

IMANES ARTIFICIALES

       Los imanes artificiales: son los que se obtienen por imantación de ciertas sustancias metálicas. Es decir, un imán artificial es un cuerpo metálico al que se ha comunicado la propiedad del magnetismo, mediante frotamiento con un imán natural, o bien por la acción de corrientes eléctricas aplicadas en forma conveniente (electroimanación).

     Electroimánes: es una bobina (en el caso mínimo, una espira) por la cual circula corriente eléctrica, la cual lleva por tanto asociado un campo magnético.

 IMANES TEMPORALES: los imanes temporales están conformados por hierro dulce y se caracterizan por poseer una atracción magnética de corta duración.

IMANES PERMANENTES: con este término se alude a aquellos imanes constituidos por acero, los cuales conservan la propiedad magnética por un tiempo perdurable.

IMANES CERÁMICOS O FERRITAS.  Esta clase de imanes tiene un aspecto liso y color grisáceo.  Suelen ser de los más utilizados debido a su maleabilidad. Aunque, por otro lado, al ser frágiles, corren el riesgo de romperse con facilidad.

IMANES DE ALNICO: el nombre deriva de una contracción de las palabras: aluminio, níquel y cobalto, elementos de los que se compone. Esta clase de imanes presentan un buen comportamiento frente a la presencia de altas temperaturas, sin embargo, no cuentan con considerable fuerza

Imán

(Redirigido desde «Imán (física)»)

Para otros usos de este término, véase Imán (desambiguación).Un imán es un cuerpo o dispositivo con un magnetismo significativo, de forma que atrae a otros imanes o metales, ferromagnéticos (por ejemplo, hierro, cobalto, níquel y aleaciones de estos). Puede ser natural o artificial.

Los imanes naturales mantienen su campo magnético continuo, a menos que sufran un golpe de gran magnitud o se les aplique cargas magnéticas opuestas o altas temperaturas (por encima de la Temperatura de Curie).

Etimología

Del griego, adamas, adamantos (diamante, acero) de «a» (privativa, prefijo de contariedad o de negación) y damao (quemar). Fig. piedra dura que no se puede o no se debiera quemar, calentar, pues los griegos debieron conocer que el calor destruye el magnetismo.

• El cronista Gonzalo Fernández de Oviedo relata su uso y diversos nombres en el siglo XVI:

Las agujas de marear están cebadas y compuestas con la virtud y medio de la «piedra calamita» (que vulgarmente en castilla llamamos piedra «yman») de la cual y de sus propiedades hacen gran mención los naturales y la nombran por diversos nombres: porque de más de dos que he dicho la llaman «magnete, ematite siderita y heraclion», es de diversas especies o géneros esta piedra, una es más fuerte que otra y no todas las calamitas son de un color y la mejor de todas es la de ethiopia, la que se vende a peso de plata. (Escrito en 1535)

Tipos de imanes

Los imanes pueden ser: naturales o artificiales, o bien, permanentes o temporales. Un imán natural es un mineral con propiedades magnéticas (magnetita). Un imán artificial es un cuerpo de material ferromagnético al que se ha comunicado la propiedad del magnetismo. Un imán permanente está fabricado en acero imantado. Un imán temporal, pierde sus propiedades una vez que cesa la causa que provoca el magnetismo. Un electroimán es una bobina (en el caso mínimo, una espiral) por la cual circula corriente eléctrica.

1. Imanes naturales; La magnetita es un potente imán natural, tiene la propiedad de atraer todas las sustancias magnéticas. Su característica de atraer trozos de hierro es natural. Está compuesta por óxido de hierro. Las sustancias magnéticas son aquellas que son atraídas por la magnetita.
2. Imanes artificiales permanentes; Son las sustancias magnéticas que al frotarlas con la magnetita, se convierten en imanes, y conservan durante mucho tiempo su propiedad de atracción.
3. Imanes artificiales temporales; Aquellos que producen un campo magnético sólo cuando circula por ellos una corriente eléctrica. Un ejemplo es el electroimán.

Usos

Partes de un imán[editar]Los imanes se utilizan de muy diversas formas: en discos duros, altavoces o parlantes, pegatinas (figuras que se adhieren a las neveras),brújulas, cierres para heladeras o congeladores, paredes magnéticas, llaves codificadas, bandas magnéticas de tarjetas de crédito o débito, bocinas, motores, como un interruptor básico, como detector de billetes falsos, generadores, detectores de metales, para el cierre de mobiliario. Algunos de estos aparatos pueden dañarse si se les aplica una cierta cantidad de magnetismo opuesto.

• Eje magnético: barra de la línea que une los dos polos.
• Línea neutral: línea de la superficie de la barra que separa las zonas polarizadas.
• Polos: los dos extremos del imán donde las fuerzas de atracción son más intensas. Estos polos son, el polo norte y el polo sur; (no deben confundirse con positivo y negativo) los polos iguales se repelen y los diferentes se atraen.

Magnetismo

Se dice que por primera vez se observaron en la ciudad de Magnesia en Asia Menor, de ahí el término magnetismo. Sabían que ciertaspiedras atraían el hierro y que los trocitos de hierro atraídos, atraían a su vez a otros. Estas se denominaron imanes naturales.

Fue Oersted quien evidenció en 1820 por primera vez que una corriente eléctrica genera un campo magnético a su alrededor. En el interior de la materia existen pequeñas corrientes cerradas al movimiento de los electrones que contienen los átomos; cada una de ellas origina un microscópico imán. Cuando estos pequeños imanes están orientados en todas direcciones sus efectos se anulan mutuamente y el material no presenta propiedades magnéticas; y en cambio, si todos los imanes se alinean, actúan como un único imán y se dice que la sustancia se ha magnetizado.

Polos magnéticos

Entre ambos polos se crean líneas de fuerza, siendo estas líneas cerradas, por lo que en el interior del imán también van de un polo al otro. Como se muestra en la figura, pueden ser visualizadas esparciendo limaduras de hierro sobre una cartulina situada encima de una barra imantada; golpeando suavemente la cartulina, las limaduras se orientan en la dirección de las líneas de fuerza.Si se trata tanto de un tipo de imán como de otro, la máxima fuerza de atracción se halla en sus extremos, llamados polos. Un imán consta de dos polos, denominados polo norte y polo sur. Los polos iguales se repelen y los polos distintos se atraen. No existen polos aislados (véase monopolo magnético) y, por lo tanto, si un imán se rompe en dos partes, se forman dos nuevos imanes, cada uno con su polo norte y su polo sur, aunque la fuerza de atracción del imán disminuye.

Véase también: Dipolo magnético

Polaridad de un imán

Para determinar los polos de un imán se considera la tendencia de éste a orientarse según los polos magnéticos de la Tierra, que es un gigantesco imán natural: el polo norte del imán se orienta hacia el polo norte magnético, que está próximo al polo norte geográfico, pues en un sentido estrictamente magnético es un polo sur, mientras que el polo sur de un imán se orienta hacia el polo sur magnético, que está próximo al polo sur geográfico, pues en un sentido estrictamente magnético es un polo norte. El ángulo comprendido entre el norte magnético local, indicado por una brújula, y el norte verdadero (o norte geográfico) se denomina declinación magnética.

Circuito

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Un circuito es una red eléctrica (interconexión de dos o más componentes, tales como resistencias, inductores, condensadores, fuentes, interruptores y semiconductores) que contiene al menos una trayectoria cerrada. Los circuitos que contienen solo fuentes, componentes lineales (resistores, condensadores, inductores) y elementos de distribución lineales (líneas de transmisión o cables) pueden analizarse por métodos algebraicos para determinar su comportamiento en corriente directa o en corriente alterna. Un circuito que tiene componentes electrónicos es denominado un circuito electrónico. Estas redes son generalmente no lineales y requieren diseños y herramientas de análisis mucho más complejos.

Componentes[editar]

Figura 1: circuito ejemplo.

• Componente: Un dispositivo con dos o más terminales en el que puede fluir interiormente una carga. En la figura 1 se ven 9 componentes entre resistores y fuentes.
• Nodo: Punto de un circuito donde concurren más de dos conductores. A, B, C, D, E son nodos. Nótese que C no es considerado como un nuevo nodo, puesto que se puede considerar como un mismo nodo en A, ya que entre ellos no existe diferencia de potencial o tener tensión 0 (V_A - V_C = 0).
• Rama: Conjunto de todas las ramas comprendidos entre dos nodos consecutivos. En la figura 1 se hallan siete ramales: AB por la fuente, BC por R1, AD, AE, BD, BE y DE. Obviamente, por un ramal sólo puede circular una corriente.
• Malla: Cualquier camino cerrado en un circuito eléctrico.
• Fuente: Componente que se encarga de transformar algún tipo de energía en energía eléctrica. En el circuito de la figura 1 hay tres fuentes: una de intensidad, I, y dos de tensión, E1 y E2.
• Conductor: Comúnmente llamado cable; es un hilo de resistencia despreciable (idealmente cero) que une los elementos para formar el circuito.

Clasificación[editar]

Los circuitos eléctricos se clasifican de la siguiente forma:

Leyes Eléctricas

LEY DE OHM

Ley de Ohm. La corriente eléctrica es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia eléctrica.


Donde  I es la corriente eléctrica, V la diferencia de potencial y R la resistencia eléctrica.
Esta expresión toma una forma mas formal cuando se analizan las ecuaciones de Maxwell, sin embargo puede ser una buena aproximación para el análisis de circuitos de corriente continua
Los casos que se presentan a continuación tienen como finalidad última construir diagramas serie como el que se ha presentado.

Circuitos serie: Se define un circuito serie como aquel circuito en el que la corriente eléctrica solo tiene un solo camino para llegar al punto de partida, sin importar los elementos intermedios. En el caso concreto de solo arreglos de resistencias la corriente eléctrica es la misma en todos los puntos del circuito.


Donde Ii es la corriente en la resistencia  Ri , V el voltaje de la fuente. Aquí observamos que en general:

Circuitos Paralelo: Se define un circuito paralelo  como aquel circuito en el que la corriente eléctrica se  bifurca en cada nodo. Su característica mas importante es el hecho de que el potencial en cada elemento del circuito tienen la misma diferencia de potencial.



Circuito Mixto: Es una combinación de elementos tanto en serie como en paralelos. Para la solución de estos problemas se trata de resolver primero todos los elementos que se encuentran en serie y en paralelo para finalmente reducir a la un circuito puro, bien sea en serie o en paralelo.


EJEMPLOS

Encontrar la resistencia total del siguiente circuito:


Solución: El voltaje de la resistencia R1 se encuentra directamente encontrando la resistencia total del circuito:

por lo tanto la resistencia R2 tiene un voltaje de 6V, como podemos ver:

también debemos considerar que la corriente en un circuito en serie, como lo es esté,  por lo que la corriente en la resistencia R1 es la misma que la de R2 y por tanto:

Por último la resistencia total de las resistencias del circuito son:

Encontrar el voltaje de la resistencia R2 del siguiente diagrama

Solución. Aunque no se da el valor de la resistencia R1, podemos determinar el valor del voltaje en la resistencia  R2, ya que lo que si conocemos es la corriente en la resistencia R1, la cual es la misma en el resto del circuito. Por lo tanto


Encontrar la fuente de voltaje del diagrama siguiente


Solución:  De manera inmediata podemos determinar que por tratarse de un circuito serie la intensidad dela corriente es la misma en todos sus elementos. Por otro lado conocemos el valor de las resistencias, no así el de la pila del cual no será considerada en este ejercicio, y por tanto podemos obtener directamente el voltaje total del las componentes


entonces el voltaje total de la fuente es igual a:



Demostrar que para un circuito en paralelo de 2 resistencias la resistencia total es igual a:

Solución. Sabemos que para un circuito en paralelo la resistencia total es igual a:

si solo tenemos dos resistencias tendremos: