martes, 28 de febrero de 2012
ONDAS MECANICAS
Las ondas mecanicas son aquellas ocacionadas por una perturbacion y que para su propagacion en forma de osilaciones periodicas requiere de un medio material.- algun ejemplo de ondas mecanicas son producidas por un resorte, una cuerda, en el agua, o en algun medio por el sonido.
- una onda mecanica representa la forma en como se propaga una vibracion o perturbacion inicial, transmitica de una molecula a otra en los medios elasticos.
- al punto donde se genera la perturbacion inicial se le llama FOCO O CENTRO EMISOR DE ONDAS.
- dentro de las ondas mecanicas se da la llamada fuerza de restitucion esta es producida por una particula elastica qie evita la separen de otras tambien elasticas intentando regresar a su posicion original.
- los movimientos ondulatorios son longitudinales.
- las ondas se clasifican segun su forma en la que se propagen, ya sea en una o varias dimenciones
- sus principales caracteristicas son:
-longitud
-frecuencia
-periodo
-nodo
-elongación
-amplitud
-velocidad de propagación
lunes, 27 de febrero de 2012
jueves, 10 de noviembre de 2011
Materiales magnéticos
Existen unos cuantos materiales que son magnéticos de forma natural, o que tienen el potencial de convertirse en imanes. Algunos de estos materiales son:
- hierro
- hematita
- magnetita
- gases ionizados, (como el material del que están hechas las estrellas )
Se puede hacer un imán para atraer objetos que contengan material magnético, como el hierro, aunque este no esté magnetizado. Pero no se puede hacer un imán para atraer materiales plásticos, de algodón o de cualquier otro material, como roca de silicato, pues estos no son materiales magnéticos.
El que un material contenga hierro, o cualquier otro material magnético, no significa que sea un imán. Para que un material magnético se pueda convertir en un imán ha de tener condiciones especiales . Esto se debe a que un imán es un objeto de donde emana la fuerza del magnetismo .
EN ALGUNOS materiales, a los que llamaremos materiales magnéticos, se observa que sus átomos o iones se comportan como si fuesen pequeños imanes que interactúan entre sí. En estos casos se dice que los átomos tienen un momento magnético diferente de cero, el cual se caracteriza por su magnitud y la dirección en la que está orientado. En lo sucesivo, a estos pequeños imanes los denominaremos espines magnéticos o simplemente espines.
Pero no todos estos materiales se comportan de la misma manera, debido a que sus propiedades magnéticas dependen de dos factores. Éstos son: la magnitud de sus espines individuales, y la orientación relativa de éstos: Si los espines no tuviesen ninguna interacción, ya sea entre ellos o con sus alrededores, entonces cada uno de ellos podría apuntar en cualquier dirección, puesto que no tendría preferencia alguna. Sin embargo, éste no es en general el caso: la orientación que tomará cada uno de ellos dependerá del balance de varios factores que pueden resumirse en factores internos y externos.
Como su nombre lo indica, los factores internos dependen de las características intrínsecas de cada material, esto es, del tipo de interacciones entre los espines. Por otro lado, los factores externos son los que están relacionados con el ambiente, es decir, que dependen de la interacción del sistema con sus alrededores. Como ejemplo de factores externos tenemos la posible existencia de un campo magnético producido por una fuente ajena al material, y por otro lado, de manera muy importante, la temperatura ambiental, ya que el medio ambiente funciona como una fuente de calor y agitación para el material.
Un ejemplo típico de un material magnético, que todos conocemos, es el de los imanes permanentes. En este caso, una gran parte de los espines está alineada permanentemente en la misma dirección relativa. Y aunque el campo producido por cada uno estos espines es muy pequeño, al sumarse sus contribuciones individuales se produce un campo magnético que puede observarse macroscópicamente.
En el otro extremo tenemos los materiales paramagnéticos. En estos materiales los espines apuntan en direcciones totalmente azarosas, por lo que las contribuciones de los espines individuales tienden a anularse. Como consecuencia, a nivel macroscópico no se observa un campo magnético resultante. Sin embargo, existen localmente pequeños campos magnéticos producidos por los espines, y un pequeño "imán de prueba" sentirá las variaciones de este campo a lo largo del material.
Densidad de flujo magnético
La densidad de flujo magnético, visualmente notada como B, es el flujo magnético por unidad de área de una sección normal a la dirección del flujo, y es igual a la intensidad del campo magnético.
La unidad de la densidad en el Sistema Internacional de Unidades es el Tesla.
Está dado por:
donde B es la densidad del flujo magnético generado por una carga q que se mueve a una velocidad v a una distancia r de la carga, y ur es el vector unitario que une la carga con el punto donde se mide B (el punto r) o bien donde B es la densidad del flujo magnético generado por un conductor por el cual pasa una corriente I, a una distancia r. Este campo B también se llama inducción magnética.
La fórmula de esta definición se llama Ley de Biot-Savart, y es en magnetismo la “equivalente” a la Ley de Coulomb de la electrostática: Sirve para calcular fuerzas de atracción-repulsión entre conductores atravesados por corrientes de carga.
El campo inducción, B, o densidad de flujo magnético (los tres nombres son equivalentes) es incluso mas importante en electromagnetismo que el propio campo magnetico H, y aparece en las ecuaciones de Maxwell con mayor relevancia que este.
Ecuaciones de Maxwell
Las ecuaciones de Maxwell son las ecuaciones que describen los fenómenos electromagnéticos. La gran contribución de James Clerk Maxwell fue reunir en estas ecuaciones largos años de resultados experimentales, debidos a Coulomb, Gauss, Ampere, Faraday y otros, introduciendo los conceptos de campo y corriente de desplazamiento, y unificando los campos eléctricos y magnéticos en un solo concepto: el campo electromagnético. De las ecuaciones de Maxwell se desprende la existencia de ondas electromagnéticas propagándose con velocidad vf:
El valor numérico de esta cantidad, que depende del medio material, coincide con el valor de la velocidad de la luz en dicho medio, con lo cual Maxwell identificó la luz con una onda electromagnética, unificando la óptica con el electromagnetismo.
La inducción magnética o densidad de flujo magnético, cuyo símbolo es B, es el flujo magnético por unidad de área de una sección normal a la dirección del flujo, y en algunos textos modernos recibe el nombre de intensidad de campo magnético, ya que es el campo real.
La unidad de la densidad en el Sistema Internacional de Unidades es el tesla.
Está dado por:
donde B es la densidad del flujo magnético generado por una carga que se mueve a una velocidad v a una distancia r de la carga, y ur es el vector unitario que une la carga con el punto donde se mide B (el punto r).
o bien:
donde B es la densidad del flujo magnético generado por un conductor por el cual pasa una corriente I, a una distancia r.
La fórmula de esta definición se llama Ley de Biot-Savart, y es en magnetismo la equivalente a la Ley de Coulomb de la electrostática, pues sirve para calcular las fuerzas que actúan en cargas en movimiento.
El campo inducción, B, o densidad de flujo magnético (los tres nombres son equivalentes) es más fundamental en electromagnetismo que el campo H, ya que es el responsable de las fuerzas en las cargas en movimiento y es, por tanto, el equivalente físico a E.
http://es.wikipedia.org/wiki/Inducci%C3%B3n_magn%C3%A9tica
El magnetismo terrestre
La tierra se comporta como un imán permanete cuyos polos no coinciden con los geográficos y cuyas líneas de flujo no son siempre paralelas a los meridianos.
El campo magnético que genera la tierra fue descubierto en el siglo II al colgar de un hilo una barra de imán natural y comprobar que siempre se quedaba orientada en una dirección que coincidía aproximadamente con la norte-sur. Al extremo que quedaba orientado al norte se le denominó polo norte y su contrario polo sur . A partir de este descubrimiento se desarrolló el compás magnético, el instrumento más importante en la historia de la navegación.
Más tarde se descubrió que la tierra se comporta como un gigantesco imán permanente con sus polos, definidos como el polo norte magnético y al polo sur magnético, situados cerca de los polos geográficos pero sin coincidir con ellos. Estos polos no permanecen fijos, variando su posición con los años.
La declinación magnética: líneas isógonas
La diferencia de ángulo entre el norte magnético y el geográfico recibe el nombre de declinación magnética o variación magnética. El valor de este ángulo no es constante en todos los puntos de la tierra.
Esta variación se representa en los mapas mediante las denominadas líneas isógonas que son las que representan puntos con igual declinación magnética.
A la declinación magnética en un punto dado o en una zona concreta se la denomina declinación magnética local y se representa en las rosas magnéticas de todas las cartas náuticas de la zona en cuestión en grados y minutos. Esto tiene una gran importancia en la navegación tradicional. Al trazar un rumbo, el navegante siempre debe tener en cuenta la declinación magnética
La inclinación magnética terrestre
Las líneas de flujo del campo magnético terrestre no son siempre paralelas a la superficie de la tierra, sino que forman un ángulo respecto a la horizontal que varía con la latitud. Este ángulo recibe el nombre de inclinación magnética y tiene una imprtancia fundamental en el diseño y calibración de los compases.
Hasta el siglo XVI el hombre no intuyó que la Tierra se comportaba como un gigantesco imán. Desde entonces, diversos científicos se aplicaron al estudio del magnetismo terrestre, contribuyendo de manera fundamental a aumentar el conocimiento y la comprensión de este fenómeno
La existencia del campo magnético de la Tierra es conocida desde muy antiguo, por sus aplicaciones a la navegación a través de la brújula. En el año 1600, el físico inglés de la corte de Isabel I, William Gilbert, publicó la obra titulada De magnete, considerada como el primer tratado de magnetismo. Gilbert talló un imán en forma de bola y estudió la distribución del campo magnético en su superficie.
Encontró que la inclinación del campo en este imán esférico coincidía con lo que se sabía acerca de la distribución del campo terrestre. De este experimento concluyó que la Tierra era un gigantesco imán esférico. Posteriormente, los estudiosos del geomagnetismo observaron que, tomando en cuenta la declinación, la mejor representación del campo terrestre sería un imán esférico cuyo eje de rotación estuviera desviado unos 110 del eje geográfico de la Tierra.
La Tierra es un imán
Un imán suspendido horizontalmente adopta una posición tal que uno de sus extremos apunta aproximadamente hacia el polo norte geográfico. Este extremo se llama polo norte del imán; el opuesto se denomina polo sur. Los polos del mismo nombre de dos imanes se repelen y los de nombre contrario se atraen.
El polo norte de la aguja de una brújula apunta al polo norte geográfico, porque la Tierra misma es un imán: el polo sur de este imán está cerca del polo norte geográfico y, como los polos contrarios de dos imanes se atraen mutuamente, resulta que el polo norte de la brújula es atraído por el polo sur del imán terrestre, que está en las proximidades del polo norte geográfico.
Sin embargo, la brújula indica cuál es la dirección de la línea geográfica Norte-Sur sólo de un modo aproximado. Los polos norte y sur geográficos son los dos puntos donde el eje de rotación de ¡a Tierra corta a la superficie terrestre. Normalmente, la aguja de la brújula se desvía hacia el Este o hacia el Oeste del norte geográfico. Este ángulo de desviación se denomina declinación.
Una aguja magnética suspendida por su centro de gravedad no se mantiene en posición horizontal. el extremo que señala al Norte se inclina hacia el suelo en el hemisferio septentrional, y lo mismo hace el extremo que señala al Sur, en el hemisferio meridional. Este ángulo de desviación de la aguja respecto de la horizontal se llama inclinación magnética. El valor de la inclinación, al igual que el de la declinación, es diferente de un punto a otro de la superficie de la Tierra.
El campo magnético terrestre se caracteriza también por su intensidad. La intensidad de un campo magnético se mide en gauss. El campo magnético terrestre es bastante débil, del orden de 0,3 gauss en las proximidades del ecuador y de 0,7 gauss en las regiones polares.
El alineamiento en general Norte-Sur de las líneas magnéticas, de acuerdo con el eje de rotación terrestre, sugiere que el campo, en lo fundamental; constituye un dipolo. Resulta inclinado unos 110 respecto al eje de rotación terrestre, y presenta considerables irregularidades (no corresponde al campo de un dipolo perfecto).
Hipótesis del magnetismo terrestre
Hay dos modos de producir un campo magnético: bien por medio de un cuerpo imanado, bien a través de una corriente eléctrica. Antiguamente, se creía que el magnetismo terrestre estaba originado por un gigantesco imán situado dentro de la Tierra (hipótesis del imán permanente). Ciertamente, la Tierra contiene yacimientos de minerales de hierro, y se cree que su núcleo está compuesto por hierro y níquel, sustancias altamente magnéticas. Si este núcleo, cuyo radio excede de los 3.400 km, es en efecto un imán permanente, el campo magnético terrestre puede muy bien ser atribuido a él.
Sin embargo, las sustancias ferromagnéticas, como el hierro y el níquel, pierden su magnetismo por encima del denominado punto de Curie, que es de 770 °C para el hierro y de 360 °C para el níquel. Como la temperatura del núcleo es superior a estos valores (es mayor de 2.000 0C), ni el níquel ni el hierro pueden conservar su ferromagnetismo. El núcleo terrestre no puede ser, pues, un imán permanente.
Otras teorías, posteriores a la de la imanación permanente, están basadas en la rotación de cargas eléctricas. También se han propuesto diversas hipótesis que se fundamentan en el fenómeno termoeléctrico y el efecto Hall. Sin embargo, todas han sido abandonadas a favor de las que postulan la existencia en el núcleo de la Tierra de fenómenos semejantes a los de una dinamo autoexcitada.
Varios indicios geofísicos sobre la existencia de un núcleo terrestre de naturaleza fluida y alta densidad, compuesto casi en su totalidad de hierro, sirven de base a las teorías que sitúan el origen del campo magnético en procesos dinámicos que tienen lugar en su interior. J. Larmor, en 1919, fue el primero en proponer este tipo de proceso como constitutivo de un efecto de dinamo auto excitada, que originaría el campo magnético terrestre. El fenómeno se basa en que el movimiento de circulación de material conductor en presencia de un campo magnético genera corrientes eléctricas que, a su vez, realimentan el campo inductor. En el caso de la Tierra o este movimiento afecta al material fluido del núcleo. En 1934, Cowling demostró, en oposición a Larmor, que un mecanismo con simetría de revolución no podía servir como explicación de la generación de un campo magnético estable. Desde 1946 se vuelve a dar impulso a las teorías de la dinamo autoinducída, debido a los trabajos pioneros de W. M. Elsasser, E. C. Bullard y H. Gellman; en la actualidad es, prácticamente, la única manera de explicar el origen del campo geomagnético.
Variaciones del campo magnético terrestre
Los estudios permanentes que se realizan en cualquier observatorio demuestran que el campo magnético terrestre no es constante, sino que cambia continuamente. Hay una variación pequeña y bastante regular de un día a otro (variación diurna). La variación en la declinación es de algunos minutos de arco, y la variación en la intensidad es del orden de 10-4gauss.
Algunos días se producen perturbaciones mucho mayores, que alcanzan hasta varios grados en la declinación y 0,01 gauss en la intensidad. Son las llamadas tormentas magnéticas, generadas por corrientes eléctricas que tienen lugar en las capas superiores de la atmósfera. A unos cuantos centenares de kilómetros por encima de la superficie terrestre existe una zona llamada ionosfera, en la que hay electrones libres arrancados a los átomos de oxígeno y nitrógeno por la radiación solar. Las partículas cargadas positiva y negativamente (iones y electrones) hacen que el aire en la ionosfera sea un conductor eléctrico. Estas corrientes eléctricas de la ionosfera originan campos magnéticos que causan variaciones transitorias del campo magnético terrestre.
Variación secular: el campo geomagnético deriva hacia el Oeste
Las variaciones temporales del campo magnético terrestre, de periodo tan largo que sólo se aprecian al comparar valores medios anuales durante varios años, reciben el nombre de variación secular. Un fenómeno de la variación secular hace referencia a que la distribución del campo geomagnético se mueve lentamente hacia el Oeste. El promedio de avance es del orden de 0,18v de longitud por año. A esta velocidad, la distribución del campo daría la vuelta completa a la Tierra en unos 2.000 años. A diferencia de las tempestades magnéticas, que ocurren por causas externas, las anomalías alargo plazo y su marcha hacia el Oeste se deben a causas localizadas en el interior de la Tierra. Los cambios internos tienen lugar de modo muy lento y abarcan hasta millares de millones de años. En comparación, dos mil años es, pues, un tiempo muy corto. Este elemento constituye una de las claves fundamentales en el estudio del magnetismo terrestre.
Paleomagnetismo
El paleomagnetismo es la ciencia qué estudia el magnetismo antiguo de la Tierra. El fundamento dé esta disciplina es la propiedad que tienen ciertas rocas en las que existen granos de minerales magnéticos, como la magnetita, de adquirir una imanación inducida por el campo magnético terrestre y en su misma dirección. Cada grano de magnetita se convierte así en un pequeño imán. Una roca que contenga este mineral tendrá una imanación que será la suma de la de todos sus pequeños granos de magnetita. Esta imanación tiene la propiedad de que, aunque cambie después la dirección del campo magnético terrestre, ella permanece inalterada y se conserva constante. El estudio de la imanación de rocas antiguas permite conocer la dirección que tuvo el campo magnético terrestre en otras épocas.
http://www.portalplanetasedna.com.ar/magnetismo.htm
http://electronica.ugr.es/~amroldan/asignaturas/curso0102/tv2/El%20magnetismo%20terrestre.htm
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