ORIGENES DE LAS LEYES DE MAXWELL

PRIMEROS PASOS

Las ecuaciones de Maxwell son un conjunto de cuatro ecuaciones que aparecieron de manera separada en la publicación de 1861 On Physical Lines of Force por parte del científico James Clerk Maxwell. El trabajo en sí no era obra sólo de Maxwell, en las ecuaciones notamos la ley de Faraday (ecuación 54 en su trabajo), la ecuación 56, div B = 0, de su autoría, la ley de Ampère con correcciones hechas por él (ecuación 112) y la ley de Gauss (ecuación 113). Éstas expresan respectivamente como el cambio de los campos magnéticos producen campos eléctricos, la ausencia experimental de monopolos magnéticos, cómo una corriente eléctrica y el cambio en los campos eléctricos producen campos magnéticos y cómo cargas eléctricas producen campos eléctricos. En el trabajo original de Maxwell se podían encontrar muchas otras ecuaciones pero se llegó a simplificarlas a estas cuatro

ANTES DE INICIAR…….

CARGA ELECTRICA Es la transferencia de una carga eléctrica a un objeto mediante fricciones, o corrientes eléctricas, esto lo que hace es simplemente desplazamiento de electrones hasta ser fijados en el objeto. Todos los objetos por naturaleza ya traen una carga específica pero esta puede cambiar por estos medios. Dependiendo de sus cargas tienen diferente efecto; si están dos objetos cargados con la misma carga estos se repelen, pero al contrario, si estos tienen diferentes cargas estos se atraen. La carga eléctrica suele representarse por el elemento q y es una cantidad escalar, se mide en COULOMB C (esta es una cantidad muy grande por eso usamos 6x1018 electrones para obtener un coulomb).

ANTES DE INICIAR…….

Conductores y Aislantes: Existen materiales aislantes, conductores y semiconductores: - Conductores son todos aquellos materiales o elementos que permiten que los atraviese el flujo de la corriente o de cargas eléctricas en movimiento. Por lo general son los metales.- Los materiales aislantes cuyos átomos ni ceden ni captan electrones. Entre esos materiales se encuentran el plástico, la mica, el vidrio, la goma, la cerámica, etc. Todos esos materiales y otros similares con iguales propiedades, oponen total resistencia al paso de la corriente eléctrica.- Los materiales semiconductores también suelen llamarse metaloides, los átomos de esos elementos son menos propensos a ceder electrones cuando los atraviesa una corriente eléctrica y su característica principal es dejarla pasar en un solo sentido e impedirlo en sentido contrario. Por lo general se encuentran el silicio (Si), el galio (Ga) y el germanio (Ge).

LEY DE COULOMB

LEY DE COULOMB

Charles-Augustin de Coulomb, midió las atracciones y las repulsiones eléctricas deduciendo la ley que las rige.

Henry Cavendish, otro descubridor, obtuvo la expresión correcta de la ley, con mayor precisión que Coulomb.

Ambos determinaron que:

1) La fuerza de interacción entre dos cargas q1 y q2 duplica su magnitud si alguna de las cargas

dobla su valor, la triplica si alguna de las cargas aumenta su valor en un factor de tres, y así sucesivamente.

2) Si la distancia entre las cargas es r, al duplicarla, la fuerza de interacción disminuye en un factor de 4. En consecuencia, la fuerza de interacción entre dos cargas puntuales, es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia

Por conclusión llegamos a estamos a esta formula general

CAMPO ELECTRICO• Un campo eléctrico es un campo de fuerza creado por la atracción y

repulsión de cargas eléctricas, y se mide en Voltios por metro (V/m). El flujo decrece con la distancia a la fuente que provoca el campo.

• Los campos eléctricos estáticos (también conocidos como campos electrostáticos) son campos eléctricos que no varían con el tiempo (frecuencia de 0 Hz). Los campos eléctricos estáticos se generan por cargas eléctricas fijas en el espacio, y son distintos de los campos que cambian con el tiempo.

PELICULA!!!!

LEY DE GAUSS

Ley de Gauss• Esta ley se refiere a un flujo que pasa por un superficie cerrada, así de limitamos el

volumen por medio de componentes, por eso mismo estos se suman para formar un flujo de toda la superficie.

• El flujo total es proporcional a la carga eléctrica en dicha superficie cerrada, asi construimos en esta región una superficie imaginaria llamada superficie gaussiana.

CAPACITANCIA• Es un dispositivo que almacena energía en un campo electrostático,

con relativa lentitud un capacitor puede extraer energía de dicha batería y luego liberarla con mucha rapidez (estamos hablando de milisegundos).

• Los capacitares se emplean para crear campos eléctricos, como un dispositivo de placas en paralelo (que son las que producen un campo eléctrico casi uniforme).En algunos circuitos se utilizan los capacitares para suavizar y eliminar las variaciones repentinas que da el voltaje para no dañar computadoras y otras aplicaciones que no resisten las variaciones de cargas.

CONDENSADOR

LEY DE AMPÈRE

LEY DE AMPÈRE• Ampere relaciono la concepción de campo magnético, este se genera cuando un

cumulo de cargas no es estático, el campo magnético es constante en presencia de dicho flujo en una trayectoria lineal formando circunferencias alrededor de la corriente

INDUCCION ELECTRICA• Es el fenómeno que origina la producción de una fuerza electromotriz (f.e.m. o

voltaje) en un medio o cuerpo expuesto a un campo magnético variable, o bien en un medio móvil respecto a un campo magnético estático. Es así que, cuando dicho cuerpo es un conductor, se produce una corriente inducida. Este fenómeno fue descubierto por Michael Faraday quién lo expresó indicando que la magnitud del voltaje inducido es proporcional a la variación del flujo magnético (Ley de Faraday).

INDUCCION ELECTRICA

LEY DE OHM• El flujo de corriente en ampere que circula por un circuito eléctrico cerrado, es

directamente proporcional a la tensión o voltaje aplicado, e inversamente proporcional a la resistencia en ohm de la carga que tiene conectada.

LEY DE OHM

LEY DE JOULE• Se conoce como Efecto Joule al fenómeno por el cual si en un conductor circula

corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor debido a los choques que sufren con los átomos del material conductor por el que circulan, elevando la temperatura del mismo

• VIDEO:

LEY DE FARADAYLa Ley de Faraday está basada en los experimentos que hizo Michael Faraday en 1831 y estableceque el voltaje (FEM, Fuerza Electromotriz Inducida) inducido en una bobina es directamenteproporcional a la rapidez de cambio del flujo magnético por unidad de tiempo en una superficiecualquiera con el circuito como borde:

• Donde å es la FEM inducida, N es el número de vueltas de la bobina, y ÄÔ es la variación del flujo magnético en un tiempo Ät. Cuando el flujo magnético se da en webers y el tiempo en segundos, la fuerza electromotriz inducida resulta en volts. Un volt es igual a un weber-vuelta por segundo. El signo negativo se debe a que el voltaje inducido tiene un sentido tal que establece una corriente que se opone al cambio de flujo magnético. El cambio del número de líneas magnéticas que pasan por un circuito induce una corriente en él, si el circuito está cerrado, pero el cambio siempre induce una fuerza electromotriz, esté o no el circuito cerrado.

LEY DE LENZLa Ley de Lenz explica que siempre que se induce una corriente, su campo magnético

se opone al cambio de flujo. Esto se ve claramente en el momento de realizar la experiencia. Esta ley podría haberse predicho a partir de principio de la conservación de la energía. Cuando se mueve un imán hacia una bobina, induciéndose así una corriente en el enrollamiento, la corriente inducida calienta el alambre. Para proporcionar la energía necesaria para ello, se tiene que hacer trabajo venciendo una fuerza que se opone. Si la fuerza no se opusiera al movimiento, se estaría creando energía; por lo tanto, el campo magnético de la corriente inducida tiene que oponerse al cambio.

VIDEOS LEYES DE FARADAY--LENZ

TRABAJO DE MAXWELL• El experimento de Oersted (1820) había demostrado la existencia de

efectos magnéticos debidos a cargas en movimiento. Los descubrimientos de Faraday (1831) habían puesto de manifiesto que campos magnéticos variables con el tiempo dan lugar a un movimiento de cargas eléctricas en los conductores. Además, la explicación de Faraday de estos fenómenos llamados de inducción había introducido por primera vez en la historia de la física la noción de campo magnético representado por un conjunto de líneas de fuerza. Medio siglo antes, Charles Coulomb (1785) había descrito en forma de ley el modo en que las cargas eléctricas se atraen entre sí. Estos cuatro elementos fundamentales sirvieron de base a Maxwell para iniciar la síntesis de los fenómenos eléctricos y de los fenómenos magnéticos entonces conocidos y su explicación dentro de una amplia teoría conocida como teoría del electromagnetismo.

• Apoyado en una enorme habilidad matemática, Maxwell empezó dando forma de ecuaciones a las observaciones de Faraday y a su noción de campo magnético.

Las fuerzas entre cargas en reposo se beneficiarían pronto de una representación semejante en forma de campos eléctricos o electrostáticos. Este proceso de elaboración teórica le permitió finalmente describir lo esencial de los fenómenos electromagnéticos en cuatro ecuaciones, que se denominan ecuaciones de Maxwell.

La primera describe cómo es el campo eléctrico debido a cargas en reposo; la segunda traduce en forma matemática la imposibilidad de separar los

polos magnéticos de un imán; la tercera expresa en términos de campos magnéticos y corrientes

eléctricas el descubrimiento de Oersted. la cuarta recoge la aportación de Faraday. La virtud de tales ecuaciones es

que en ellas aparecen a primera vista los campos eléctricos E y magnético B y su forma simple y rica a la vez permite relacionarlas entre sí para obtener nuevos resultados y predecir nuevas consecuencias.

FINALMENTE……..

Luis A. Figueroa C. G12 NL10

GRACIAS POR SU TIEMPO!!!