El universo mecánico Lección 29 - El campo magnético PDF

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Universidad Autónoma de Guerrero Facultad de Ingeniería Materia: Electricidad y Magnetismo Resumen: El campo eléctrico La ley de gauss todo esto nos resultará más fácil de lo que parece porque fluye de la imaginación brillante de un gran genio llamado Mayke Faraday. La vida de Faraday tubos unos comienzos modestos y su educación fue poco convencional a la larga acabó siendo aprendiz de encuadernador, estaba decidido a ser autodidacta y empezó asistiendo a las conferencias científicas en la royal institution de Londres quedó tan cautivado por esas conferencias que pidió que le dieran la oportunidad de hacer los trabajos más bajos de real institution y ese fue su comienzo con el tiempo siendo profesor de la royal institution y el científico con más fama de toda Europa. Mayke Faraday descubrió la teoría de campos, terrenos donde crecía mucho la física moderna, las matemáticas eran una herramienta que él todavía no podía utilizar pero se orientó hacia una idea de naturaleza esencialmente matemática. En 1789 Agustin Coulomb afirmaba lo que la comunidad científica había sospechado durante años, Coulomb demostró definitivamente que la fuerza es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre las cargas. Un siglo antes la teoría de Isaac Newton estableció que la caída de una manzana y la órbita de la luna son ambas consecuencias de las mismas leyes básicas y una de esas leyes es la ley de la gravitación universal que establece que una masa cualquiera se atraen mutuamente con una fuerza inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas. Más tarde la ley de la gravedad se convirtió en Inglaterra en la ley del país y en el siglo XIX los seguidores de Newton habían descubierto con la ley de gravitación firmemente establecida que la electricidad y el magnetismo obedecían leyes semejantes.

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La esencia de la ley de la inversa del cuadrado puede apreciarse con el concepto del flux palabra latina que significa fluido, la luz fluye a partir del sol su intensidad disminuye, pero imaginen una esfera que contenga al sol, toda la luz pasaría a través de la esfera independientemente de su distancia al sol y el área de una esfera aumenta con el cuadrado de su radio de forma que la cantidad de energía luminosa por unidad de área decrece con el cuadrado de la distancia.

La ley de la inversa del cuadrado no era la única idea provocativa que estuvo expuesto para Faraday cuando era joven, en 1810 visitaba con regularidad la royal institution en particular las conferencias del legendario profesor de la institución sir humphry davy,davy era químico y filósofo de la naturaleza un erudito nombrado caballero varón y presidente de la royal society estaba en la misma cima de la ciencia británica, con su propia investigación como tema y como autoridad mundial en la materia davy hablaba de todos los elementos químicos del sodio el potasio y del cloro al yodo. En 1821 Faraday dejó de lado sus investigaciones en química, ese mismo año husten descubrió el efecto que la corriente eléctrica tiene en los imanes y mientras que ese efecto se puede ver ahora claramente en 1821 todavía era un gran misterio científico, ciertamente porque la aguja de una brújula se colocaba en posición perpendicular a la corriente eléctrica. Faraday vio que se podría aprovechar la fuerza de una corriente eléctrica e inventó un aparato para hacerlo, ese aparato resultó ser el primer motor eléctrico, ¿Cómo consiguió eso Mayke Faraday? quizás porque se siente incapaz de analizarlas matemáticamente y fue capaz de tomar esas fuerzas magnéticas circulares tal como se presentan, de cualquier manera según Mayke faraday tanto la electricidad como el magnetismo aplicaban verdaderas fuerzas en el espacio y comenzó a estudiarlas partiendo de varias supuestos.

La fuerza que actúa sobre una carga de prueba en cualquier punto del espacio es igual a la carga de prueba multiplicada por una magnitud de vida solo a las otras cargas.

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Faraday nunca llegó a esa definición de campo eléctrico, pero viendo ambos fenómenos eléctrico y magnético como fuerzas en el espacio consiguió ver más que sus colegas, como resultado de este y de muchos descubrimientos llegó a ser con el tiempo director del laboratorio de investigación de la royal institution y sucedió también a davy como profesor y como miembro de la royal society fue trabajando como profesor más que como profesor, como Faraday profundizó en las invisibles fuerzas del espacio, para él la fuerza 1 partido por r al cuadrado entre cargas eléctricas sugeria que la fuerza debía ser aplicada por algo que se expandía hacia afuera desde las cargas, algo como la luz del sol nunca se detiene y nunca se acaba en el espacio. En términos de Faraday el flujo se representa por todas líneas de fuerza que atraviesa cualquier superficie. La ley de Gauss establece que para cualquier superficie cerrada el flujo total es proporcional a la carga eléctrica neta encerrada en su interior. Si en el interior de una superficie no hay carga neta cualquier flujo positivo hacia el exterior de ella debe estar equilibrado con una cantidad igual de flujo hacia el interior o negativo. La ley de Gauss que da una definición matemática, la noción intuitiva de Faraday sobre el campo eléctrico, en realidad es una expresión del significado geométrico de cualquier ley de la inversa del cuadrado de la distancia en forma apropiada no solo se aplica en campos eléctricos si no también a campos gravitatorios y magnéticos e incluso a la luz que fluye del sol. Un campo eléctrico que atraviesa un conductor hace que fluyan electrones hasta que se acumules en la superficie repeliendo el movimiento de nuevos electrones, pero eso significa que el campo eléctrico en el interior de cualquier conductor llega a ser cero cuando se establece el equilibrio electrostático; por tanto una superficie cerrada en el interior de un conductor no hay flujo a través de ella de modo que la carga neta en su interior debe ser cero pero puede haber carga en la superficie e independientemente de lo que haya en lo exterior la carga de la superficie hace que el campo en el interior sea igual a cero.

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Una frágil jaula de rejilla que haya dentro campo eléctrico este hecho se puede demostrar con este aparato un electroscopio de panes de oro, advierten cómo responde el campo de una carga eléctrica, ven también que reacciona de la misma forma incluso cuando un electroscopio está dentro de la jaula, sin embargo cuando la caja está encerrada el campo eléctrico no puede introducirse para perturbar la laminilla de oro, cualquier caja de metal puede hacerlo y actualmente cualquier caja de metal que lo haga recibe el nombre de jaula de Faraday, por supuesto no todas las jaulas de Faraday se diseñan para su contenido de los campos eléctricos. Las vigas de acero de un puente o el damiaje de un túnel probablemente podrían despreocuparse de mantener a raya los campos eléctricos y sin embargo hacen muy bien ese trabajo, porque? porque las ondas de radio son una especie de perturbación en el campo eléctrico y porque tanto si es un puente, un túnel o simplemente la caja cerrada que responde a su nombre una jaula de Faraday es un mal para una buena recepción, nuevamente en el exterior la recepción es muy buena en cualquier caso así como los camiones pueden ir a casi todas partes, a donde pueden ir las líneas de una esfera uniforme de carga? Una extensa región de carga puede consistir en muchas cargas puntuales en el espacio pero si es simétrica, el campo eléctrico sólo puede dirigirse en un sentido hacia el exterior, según la ley de Gauss el flujo que atraviesa hacia afuera una superficie cerrada depende solo de la carga total si la región cargada en una esfera será independiente del tamaño de esta. Dicho en otras palabras el campo eléctrico exterior es el mismo tanto si la carga se distribuye uniformemente en una esfera como si se concreta en un punto en el centro y por ese mismo razonamiento al depender sólo de la inversa del cuadrado la fuerza gravitatoria de la tierra es la misma que si toda su masa estuviera concentrada en el centro

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Faraday tenía esta idea sobre líneas de fuerza y llenando todo el espacio y no cabe duda de que faraday creía que esas líneas estaban ahí realmente, entonces llegó James clerk maxwell y transformó la idea de faraday en nuestra moderna visión del campo eléctrico las líneas de fuerzas de faraday....