ELECTROMAGNETISMO

Unidad # 4                                             Ciencia, Salud y Medio AmbienteELECTROMAGNETISMO

¿Qué es el electromagnetismo?

El electromagnetismo es la rama de la física que estudia las relaciones entre los fenómenos eléctricos y magnéticos, es decir, las interacciones entre las partículas cargadas y los campos eléctricos y magnéticos.

En 1821 los fundamentos del electromagnetismo fueron dados a conocer con el trabajo científico del británico Michael Faraday, lo que dio origen a esta disciplina. En 1865 el escocés James Clerk Maxwell formuló las cuatro “ecuaciones de Maxwell” que describen por completo los fenómenos electromagnéticos.

Aplicaciones del electromagnetismo

Las brújulas funcionan por electromagnetismo.

Los fenómenos electromagnéticos tienen aplicaciones muy importantes en disciplinas como la ingeniería, la electrónica, la salud, la aeronáutica o la construcción civil, entre otros. Se presentan en la vida diaria, casi sin darnos cuenta, en las brújulas, los parlantes, los timbres, las tarjetas magnéticas, los discos rígidos.

Las principales aplicaciones del electromagnetismo se emplean en:

• La electricidad.
• El magnetismo.
• La conductividad eléctrica y superconductividad.
• Los rayos gamma y los rayos X.
• Las ondas electromagnéticas.
• La radiación infrarroja, visible y ultravioleta.
• Las radioondas y microondas.

3. Experimentos sobre electromagnetismo

A través de sencillos experimentos es posible comprender algunos fenómenos electromagnéticos, como por ejemplo:

El motor eléctrico. Para hacer un experimento que evidencia una noción básica del funcionamiento de un motor eléctrico, necesitamos:

• • Un imán
  • Una batería AAA
  • Un tornillo
  • Un trozo de cable eléctrico de 20 cm de largo
• Primer paso. Apoyar la punta del tornillo sobre el polo negativo de la pila y apoyar el imán sobre la cabeza del tornillo. Se podrá ver cómo los elementos se atraen debido al magnetismo.
• Segundo paso. Unir los extremos del cable con el polo positivo de la pila y con el imán (que está junto con el tornillo, sobre el polo negativo de la pila).
• Resultado. Se obtiene el circuito pila-tornillo-imán-cable por el que fluye una corriente eléctrica que atraviesa el campo magnético creado por el imán, y éste gira a gran velocidad debido a una fuerza tangencial constante llamada “fuerza de Lorentz”. Por el contrario, si se intenta unir las piezas invirtiendo los polos de la pila, los elementos se repelen.

La jaula de Faraday. A continuación se detalla un experimento que permite comprender cómo fluyen las ondas electromagnéticas en los aparatos electrónicos. Para eso, se necesitan los siguientes elementos:

• • Una radio portátil que funcione con baterías o un teléfono celular
  • Una rejilla metálica de orificios no mayores a 1 cm
  • Un alicate o una tijera para cortar la rejilla
  • Pequeños trozos de alambre para unir la rejilla metálica
  • Papel de aluminio (puede no ser necesario)
• Primer paso. Cortar un trozo rectangular de rejilla metálica de 20 cm de alto por 80 cm de largo, de modo que se pueda armar un cilindro.
• Segundo paso. Cortar otro trozo circular de rejilla metálica de 25 cm de diámetro (debe tener un diámetro suficiente para tapar el cilindro).
• Tercer paso. Unir los extremos del rectángulo de la rejilla metálica de modo que se forme un cilindro y sujetar los con trozos de alambres.
• Cuarto paso. Colocar la radio encendida dentro del cilindro metálico y tapar el cilindro con el círculo de rejilla metálica.
• Resultado. La radio dejará de sonar porque las ondas electromagnéticas del exterior no pueden atravesar el metal.
  Si en lugar de una radio encendida se introduce un teléfono celular y se llama a ese número para hacerlo sonar, ocurrirá que no sonará. En caso de que suene, deberá utilizarse una rejilla metálica de mayor espesor y orificios más pequeños, o bien envolver el celular en papel aluminio. Algo similar ocurre cuando se habla por el teléfono celular y se ingresa a un ascensor, lo que provoca que la señal se corte es el efecto de la “jaula de Faraday”.

4. ¿Para qué sirve el electromagnetismo?

El electromagnetismo permite el uso de artefactos como el microondas o la televisión.

El electromagnetismo resulta muy útil para el ser humano ya que hay infinidad de aplicaciones que permiten satisfacer sus necesidades. Muchos instrumentos que se utilizan a diario funcionan debido a los efectos electromagnéticos. La corriente eléctrica que circula por todos los conectores de una casa, por ejemplo, brinda múltiples usos (el horno microondas, el ventilador, la licuadora, la televisión, la computadora) que funcionan debido al electromagnetismo.

5. Magnetismo y electromagnetismo

El magnetismo es el fenómeno que explica la fuerza de atracción o de repulsión entre materiales magnéticos y cargas en movimiento.

El electromagnetismo involucra a fenómenos físicos producidos por cargas eléctricas en reposo o en movimiento, que dan lugar a campos eléctricos, magnéticos o electromagnéticos, y que afectan a materia que puede estar en estado gaseoso, líquido y sólido.

6. Ejemplos de electromagnetismo

El timbre funciona a través de un electroimán que recibe una carga eléctrica.

Existen numerosos ejemplos de electromagnetismo y entre los más comunes se encuentran:

• El timbre. Es un dispositivo capaz de generar una señal sonora al pulsar un interruptor. Funciona a través de un electroimán que recibe una carga eléctrica, lo que genera un campo magnético (un efecto imán) que atrae a un pequeño martillo que impacta contra la superficie metálica y emite un sonido.
• El tren de levitación magnética. A diferencia del tren impulsado por una locomotora eléctrica que avanza sobre rieles, éste es un medio de transporte que se sostiene y se propulsa por la fuerza del magnetismo y por los poderosos electroimanes ubicados en su parte inferior.
• El transformador eléctrico. Es un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir el voltaje (o la tensión) de una corriente alterna.
• El motor eléctrico. Es un dispositivo que convierte la energía eléctrica en energía mecánica, produciendo movimiento por acción de los campos magnéticos que se generan en su interior.
• La dinamo. Es un generador eléctrico que utiliza la energía mecánica de un movimiento giratorio y la transforma en energía eléctrica.
• El horno microondas. Es un horno eléctrico que genera radiaciones electromagnéticas en la frecuencia de las microondas. Estas radiaciones hacen vibrar las moléculas de agua que poseen los alimentos, lo que produce calor de manera rápida, cocinando los alimentos.
• La resonancia magnética. Es un examen médico a través del cual se obtienen imágenes de la estructura y composición de un organismo. Consiste en la interacción de un campo magnético creado por una máquina, el resonador magnético, (que funciona como un imán), y los átomos de hidrógeno contenidos en el organismo de la persona. Esos átomos son atraídos por el “efecto imán” del aparato y generan un campo electromagnético que es captado y representado en imágenes.
• El micrófono. Es un dispositivo que detecta la energía acústica (el sonido) y la transforma en energía eléctrica. Lo hace a través de una membrana (o diafragma) que es atraída por un imán dentro de un campo magnético y que produce una corriente eléctrica que es proporcional al sonido recibido.
• El planeta Tierra. Nuestro planeta funciona como un imán gigante debido al campo magnético que se genera en su núcleo (formado por metales como el hierro, el níquel). El movimiento de rotación de la Tierra genera una corriente de partículas cargadas (los electrones de los átomos del núcleo terrestre). Esta corriente produce un campo magnético que se extiende varios kilómetros por encima de la superficie del planeta y que repele las radiaciones solares perjudiciales.

Historia del electromagnetismo

• 600 a. C. El griego Tales de Mileto observó que al frotar un trozo de ámbar, éste se cargaba y era capaz de atraer trozos de paja o plumas.
• 1820. El danés Hans Christian Oersted realizó un experimento que por primera vez unió los fenómenos de la electricidad y del magnetismo. Consistió en acercar una aguja imantada a un conductor por el que circulaba una corriente eléctrica. La aguja se movió de modo que evidenció la presencia de un campo magnético en el conductor.
• 1826. El francés André-Marie Ampère desarrolló la teoría que explica la interacción entre la electricidad y el magnetismo, denominada “electrodinámica”. Además, fue el primero en denominar a la corriente eléctrica como tal y en medir la intensidad de su flujo.
• 1831. El físico y químico británico, Michael faraday, descubrió las leyes de la electrólisis y la inducción electromagnética.
• 1865. El escocés James Clerk Maxwell dio a conocer los fundamentos del electromagnetismo al formular las cuatro “ecuaciones de Maxwell” que describen los fenómenos electromagnéticos.

Mira como un apoyo  del contenido los siguientes vídeos.

LA MAGNETOSFERA TERRESTRE

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Magnetosfera

Magnetosfera

 previene que la mayoría de las partículas del Sol, que se trasladan con el viento solar[, choquen contra la Tierra. Es una capa ubicada en la zona más externa de nuestra atmósfera

Definición

La magnetosfera es la capa más exterior y grande de la atmósfera terrestre, comienza a una altura de 500 kilómetros y se extiende hacia el espacio exterior hasta los 60.000 kilómetros. Este campo magnético se genera en el interior de la Tierra, que actúa como una dinamo, al girar el planeta, el núcleo de hierro fundido produce un movimiento de partículas cargadas, convirtiéndose en una especie de imán gigante con su campo y sus polos magnéticos.

La Tierra no es el único planeta del Sistema Solar con magnetosfera; de hecho, Júpiter, Saturno, Urano, y Neptuno poseen una. En cuanto a su descubrimiento, se produjo en 1958 gracias al satélite Explorer I.

La Tierra tiene un campo magnético con polos Norte y Sur. El campo magnético de la Tierra alcanza hasta 36 000 millas en el espacio. El campo magnético está rodeado por una región llamada la magnetosfera. Algunas partículas del viento solar pueden penetrar la magnetosfera. Estas partículas dan origen a los espectáculos de luces de la Aurora.

El Sol y otros planetas tienen magnetosferas, pero la Tierra tiene la más fuerte de todos los planetas rocosos. Los polos magnéticos Norte y Sur de la Tierra se invierten a intervalos irregulares de cientos de miles de años.

Importancia

Aunque pueda parecer lejana, la magnetosfera es esencial, ya que protege la vida en la Tierra actuando como un escudo frente a las letales partículas provenientes del Sol. Algunos científicos creen que sin ella el planeta hubiera perdido la mayoría del agua de su atmósfera y de los océanos, porque las partículas solares habrían disociado los átomos de hidrógeno y oxígeno. Se cree que este fenómeno pudo ser importante en la pérdida de agua en Marte.

Además si las partículas solares llegan a perturbar la magnetosfera lo suficiente pueden producir un mal funcionamiento, e incluso interrupciones, de los equipos de radio, de radar o de los satélites, como los que controlan los GPS. Asimismo, la magnetosfera afecta a la temperatura y al movimiento de la parte externa de la atmósfera. Y tampoco hay que olvidar que los polos magnéticos sirven de orientación no sólo a los seres humanos sino a diversos animales.

Medio ambiente y la magnetosfera

Un importante papel ambiental de la magnetosfera es proteger a la atmósfera más próxima a la Tierra de la radiación iónica. Se trata de la misma forma de radiación peligrosa que irradian algunos elementos radiactivos como el uranio. Sin la magnetosfera la radiación iónica destruiría toda la vida de la superficie de la tierra.

Descubrimientos

• Stanislav Barabash, del Instituto Sueco de Física Espacial, informaba de que en los polos la magnetosfera podría estar contribuyendo al escape de oxígeno de la atmósfera. Se basa en mediciones de escape de iones en Venus, Marte y la Tierra, estima que nuestro planeta podría estar perdiendo oxígeno tres veces más rápido que los demás planetas. El experto subraya que no hay peligro de quedarse sin oxígeno, ya que calcula una pérdida anual de 60.000 toneladas de este gas frente a los miles de trillones de toneladas que posee la Tierra.

• Janet Luhmann, de la Universidad de California en Berkeley, recuerda que la energía atrapada por la magnetosfera podría ser utilizada de otras formas, como la agitación de los vientos o en el calentamiento de la atmósfera.

• El proyecto THEMIS de la NASA, cuyo objetivo principal es el estudio de la magnetosfera, descubría en 2007 una brecha en el campo magnético diez veces superior a lo que se podría pensar hasta el momento. Sin embargo, los responsables de esta misión no lo consideran el hecho más llamativo, ya que se han quedado sorprendidos por las extrañas e inesperadas maneras en que se produce, alterando los conocimientos sobre la interacción entre las partículas solares y la magnetosfera.

• Las masas de aire desde la troposfera hasta la estratosfera se mueven más despacio de lo que predicen la mayoría de los modelos que señalan el cambio climático. Este hecho, consideran los científicos, también podría implicar una recuperación de la capa de ozono más lenta de lo diagnosticado por los modelos climáticos. No obstante, el responsable del equipo, Andreas Engel, subraya que este descubrimiento no contradice las previsiones del calentamiento global.

• Los científicos también han descubierto que la extensión de la magnetosfera fluctúa. En abril, un grupo de investigadores señalaba que la actividad solar extrema la comprime y modifica la composición de los iones. Basándose en varios satélites chinos y de la Agencia Espacial Europea (ESA), el objetivo de estos científicos es conocer cómo estos cambios pueden afectar a los satélites en órbita.

Actualidad

En los últimos años, la utilización de satélites y diversos sistemas informáticos está permitiendo conocer más datos, algunos de ellos sorprendentes, sobre ésta y las otras capas más altas de la atmósfera. Y gracias a estas investigaciones, los científicos también pueden afirmar que resulta muy improbable que en 2012 se produzca una inversión de los polos magnéticos de catastróficas consecuencias, tal y como señalan algunos grupos apocalípticos.

Mira el vídeo como apoyo del contenido.

Materia creado para alumnos de noveno grado.

(delchobobo)