TEMA 2. LOS FENÓMENOS ELECTROMAGNÉTICOS

La inducción electromagnética

la vida moderna  esta basada, entre otros factores,  en el uso de la electricidad como fuente de energía, siendo, por tanto, uno de los  pilares de nuestra  sociedad de la información y el conocimiento caracterizada por la implantación del transistor, televisión, ordenadores, Internet etc.

La fuente principal de producción de electricidad, al menos a escala industrial, esta basada en la inducción electromagnética descubierta experimentalmente por Michael Faraday en 1831, y por consiguiente, nunca un experimento como este cambio nuestra visión del mundo, nuestra manera de vivir.

 El químico y físico inglés Michael Faraday (1791 – 1867) fue convencido por su amigo Richard Phillips, a la sazón editor del Philosophical Magazine, para interesarse en el experimento de Oesterd y así comenzó su investigación en electromagnetismo. El día 29 de agosto de 1831, Faraday descubrió experimentalmente  el fenómeno de la inducción electromagnética. En fechas anteriores todos sus intentos resultaron fallidos pero en dicho día no. El sistema experimental que preparó puede verse en la Figura 1. Tomó un anillo de hierro y en una de sus mitades enrolló un hilo debidamente aislado, la bobina A de la Figura, que conectó a una batería. En la otra mitad enrolló un segundo hilo, la bobina B de la Figura,  que conectó a un galvanómetro.

Faraday observó que cuando apagaba la corriente en A, creyendo que el experimento no había tenido éxito, el galvanómetro conectado a la bobina B, detectaba el pulso de corriente. Con más cuidado, observó que el paso de corriente de manera continua por A no producía ninguna corriente en B. Se dio cuenta que solo se producía corriente en B cuando se iniciaba o cesaba la corriente en A.

ELECTRO IMÁN

El electro imán es un tipo de imán en el que el campo magnético se genera mediante la circulación de una corriente eléctrica a través de un conductor. Su superioridad frente al imán permanente reside en que la intensidad del campo generado depende de la cantidad de corriente que circule a través de él, y por tanto es posible controlar su comportamiento. Sin embargo, en aplicaciones en las cuales no sea necesario modificar el campo magnético o hacerlo desaparecer, el imán permanente es superior, ya que puede generar campos mayores a igualdad de tamaño.

Fue inventado en 1825 por un electricista británico llamado William Sturgeon. Para ello se basó en los estudios de Hans Christian Ørsted, un físico danés que descubrió que el flujo de una corriente eléctrica a través de un conductor genera un campo magnético a su alrededor. El electroimán de Sturgeon consistía en una pieza metálica aislada con forma de herradura (o forma de U, para acercar los polos y concentrar las líneas de fuerza magnética) envuelta en una bobina: una espiral de conductor con una gran cantidad de vueltas (cuantas más vueltas tenga la bobina, más potente será el electroimán).

Un avance importante en la evolución del electroimán fue gracias a Joseph Henry, un científico estadounidense que cambió el aislamiento del hierro por el aislamiento del conductor, consiguiendo mejores resultados que Sturgeon. Además descubrió el principio de inducción electromagnética de forma paralela a Faraday, aunque fue publicado antes por éste ultimo. Puso en práctica sus conocimientos sobre electromagnetismo para ayudar aMorse a desarrollar su telégrafo basado en el electroimán.

APLICACIONES DEL ELECTROMAGNETISMO

Relé

Es un dispositivo electromecánico. Funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes. Fue inventado por Joseph Henry en 1835.Dado que el relé es capaz de controlar un circuito de salida de mayor potencia que el de entrada, puede considerarse, como un amplificador eléctrico.

Diferentes tipos de relés.

Existen multitud de tipos distintos de relés, dependiendo del número de contactos, de la intensidad  admisible por los mismos, tipo de corriente de accionamiento, tiempo de activación y desactivación, etc. Cuando controlan grandes potencias se les llama contactores.

Relés electromecánicos:Relés de tipo armadura, de núcleo móvil, tipo reed o de lengüeta y polarizados o biestables.Relé de estado sólido.

Relé de corriente alterna.Relé de láminas.

Alternador

Es una máquina eléctrica, capaz de transformar energía mecánica en energía eléctrica, generando una corriente alterna mediante inducción electromagnética.Los alternadores están fundados en el principio de que en un conductor sometido a un campo magnético variable se crea una tensión eléctrica inducida cuya polaridad depende del sentido del campo y su valor del flujo que lo atraviesa.Un alternador es un generador de corriente alterna. Funciona cambiando constantemente la polaridad para que haya movimiento y genere energía.

· Dinamo y motor de corriente continua. 

Una dinamo es un generador eléctrico destinado a la transformación de flujo magnético en electricidad mediante el fenómeno de la inducción electromagnética, generando una corriente continua.

· Transformador.

Es un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal, es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño, tamaño...El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, por medio de interacción electromagnética. Está constituido por dos o más bobinas de material conductor, aisladas entre sí eléctricamente y por lo general enrolladas alrededor de un mismo núcleo de material ferromagnético. La única  conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo.Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado, fabricado de hierro dulce o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.

DESCOMPOSICIÓN DE LA LUZ BLANCA

Si hacemos pasar un rayo de sol (luz blanca) a través de un prisma, podremos observar que se descompone en los mismos colores que integran un arco iris.

En esta experiencia práctica, el rayo de luz blanca del Sol al atravesar el prisma, se descompone en seis colores, que van del rojo al violeta. Como se puede apreciar en la tabla siguiente, cada uno de esos colores cuenta con su correspondiente longitud de onda fija y, por tanto, con diferentes frecuencias de ondas.

Colores de la luz blanca	Longitud de onda () en nm
Rojo	627 – 770 (ondas de menor energía)
Naranja	589 – 627
Amarillo	566 – 589
Verde	495 – 566
Azul	436 – 495
Violeta	380 – 436 (ondas de mayor energía)

Cualquier onda electromagnética posee una determinada cantidad de energía que es inversamente proporcional a la longitud de la onda, es decir, a menor longitud de onda de luz visible, mayor será la propagación de energía. Dada esa propiedad, un rayo láser puede generar energía suficiente para a cortar metales, láminas de plástico o sustituir el bisturí en operaciones quirúrgicas tan delicadas como la de la vista. Al contrario de la luz blanca, cuyos rayos se consideran incoherentes por estar compuesta por ondas magnéticas de frecuencias y longitudes de onda diferentes, la luz que proporciona un dispositivo láser se considera "coherente", porque está compuesta por un rayo de luz de la misma frecuencia y longitud de onda, amplificado miles de veces para incrementar su energía. Por ese motivo la luz del rayo láser es siempre monocromática, siendo la roja la más común y conocida, aunque existen láseres de otros colores. En la tabla que se expone más arriba se puede apreciar que dentro del espectro de luz visible el color violeta posee más energía que el rojo, porque tiene una longitud de onda más corta. La propagación de las ondas de luz constituye el fenómeno físico más rápido del universo, pues sus rayos se desplazan por el espacio, e incluso por el vacío, a una velocidad aproximada a los 300 mil kilómetros por segundo. Esa velocidad tiende a disminuir cuando los rayos tienen que atravesar diferentes sustancias como el aire, el cristal o el agua. En la medida que una sustancia, elemento o materia afecte la velocidad de propagación de las ondas de luz, así será la refracción que sufran sus rayos. Características del espectro electromagnético y espectro visible

Espectro electromagnético: rango de todas las radiaciones electromagnéticas posibles, desde las bajas frecuencias usadas para la radio moderna hasta los rayos gamma.

Velocidad las ondas electromagnéticas se propagan en el vacío con una velocidad 

Frecuencia: las ondas electromagnéticas tienen una gran rango de frecuencia que van de 

Región del espectro

Intervalo de frecuencias (Hz)

Radio-microondas

0-3.0·10¹²

Infrarrojo

3.0·10¹²-4.6·10¹⁴

Luz visible

4.6·10¹⁴-7.5·10¹⁴

Ultravioleta

7.5·10¹⁴-6.0·10¹⁶

Rayos X

6.0·10¹⁶-1.0·10²⁰

Radiación gamma

1.0·10²⁰-….

Longitud de onda: las ondas electromagnéticas de alta frecuencia tienen una longitud de onda corta y energía alta, las frecuencias inferiores tienen ondas más largas. Hay longitudes de onda que van desde 2nm a 2500 nm.

LA LUZ COMO ONDA Y COMO PARTÍCULA 

La luz puede considerarse formada por partículas (los fotones) o por ondas (el campo electromagnético). Ahora, por primera vez, unos investigadores han hecho un experimento que relaciona el aspecto partícula de la luz con el aspecto onda.