Conceptos Esenciales de Magnetismo y Electromagnetismo: Teoría y Ejercicios Resueltos

Respuestas a Ejercicios de Opción Múltiple

1. a) Tienen dos polos, el norte y el sur.
2. d) Todas las respuestas son correctas.
3. a) La dirección de la corriente es contraria a las agujas del reloj.
4. b) Superior a la del aire.
5. c) Menor que la del aire.
6. b) Superior a la del aire.
7. d) Todas las respuestas son correctas.
8. b) Vale B · S.
9. c) Son líneas cerradas.
10. a) Genera un campo magnético en la dirección del hilo.

Conceptos Fundamentales del Magnetismo

1. ¿Qué es el magnetismo?

Es una fuerza física que ejercen los imanes y las corrientes eléctricas sobre ciertos materiales ferromagnéticos, como el hierro, el níquel o el cobalto.

2. ¿Cómo se genera un campo magnético?

• ✅ Las opciones 1 y 2 son correctas:
• Mediante imanes.
• Haciendo pasar una corriente por un conductor.

3. Completa el enunciado: Líneas de Fuerza Magnética

Para representar la intensidad del campo magnético se utilizan las líneas de fuerza magnética, que son líneas cerradas que indican la dirección en la que se orientaría una pequeña brújula situada en cada punto del espacio.

4. Propiedades de las Líneas de Fuerza Magnética

Por convenio, se admite que las líneas de fuerza magnética salen del polo norte y se dirigen al polo sur por el exterior del imán, y, al revés, por el interior.

5. Zona Neutra de un Imán

Se denomina zona neutra.

6. Polo Magnético: Zona de Mayor Atracción

Se denomina polo magnético.

7. Afirmaciones sobre Imanes: Verdadero o Falso

• Los polos distintos se repelen. ❌ Falso
• Los polos iguales se atraen. ❌ Falso
• Si se corta un imán, se producen dos imanes. ✅ Verdadero
• Es posible aislar sus polos magnéticos. ❌ Falso

8. Métodos para Magnetizar Sustancias

• ✅ Todas las respuestas son correctas:
• Tocando con un imán.
• Acercando un imán.
• Por acción de una corriente eléctrica.

9. Usos de los Imanes Temporales

Los imanes temporales se utilizan principalmente en electroimanes.

10. Aplicaciones de los Imanes Permanentes

• Altavoces
• Pequeños motores de corriente continua

Conceptos Avanzados y Cálculos en Electromagnetismo

1. ¿Puede un imán perder su magnetismo? Justifica la respuesta.

Sí, un imán puede perder su magnetismo. Esto puede ocurrir por varias razones, como el calentamiento por encima de su temperatura de Curie, golpes fuertes, o la exposición a campos magnéticos opuestos muy intensos. Estos factores pueden desorganizar la alineación de los dominios magnéticos del material.

2. Cálculo de la Inducción Magnética en una Bobina

Calcula la inducción magnética de una bobina cuyo núcleo tiene un material de permeabilidad magnética relativa 100. La excitación de la bobina es de 50000 A/m.

Fórmula:

B = μ ⋅ H = μ₀ ⋅ μᵣ ⋅ H

Datos:

• μ₀ = 4π × 10⁻⁷ H/m (permeabilidad magnética del vacío)
• μᵣ = 100 (permeabilidad magnética relativa)
• H = 50000 A/m (excitación magnética)

Cálculo:

B = (4π × 10⁻⁷ H/m) ⋅ 100 ⋅ (50000 A/m)

B = 4π × 10⁻⁵ ⋅ 5 × 10⁴ T

B = 20π × 10⁻¹ T

B ≈ 6.28 T

3. ¿Qué es la reluctancia magnética?

La reluctancia magnética es la oposición que ofrece un material al paso del flujo magnético. Es análoga a la resistencia eléctrica en un circuito eléctrico. Se mide en Amperios-vuelta por Weber (A·v/Wb) o Henrios inversos (H⁻¹) y depende de la longitud, la sección y la permeabilidad del material.

4. Cálculo de la Reluctancia Magnética

Calcula la reluctancia magnética de un núcleo de material de longitud 14 cm, sección 5 x 5 cm y permeabilidad relativa de 200.

Fórmula:

R = l / (μ₀ ⋅ μᵣ ⋅ A)

Datos:

• l = 0.14 m
• A = 0.05 m × 0.05 m = 0.0025 m²
• μ₀ = 4π × 10⁻⁷ H/m
• μᵣ = 200

Cálculo:

R = 0.14 m / (4π × 10⁻⁷ H/m ⋅ 200 ⋅ 0.0025 m²)

R = 0.14 / (4π × 10⁻⁷ ⋅ 0.5) A/Wb

R = 0.14 / (2π × 10⁻⁷) A/Wb

R ≈ 222810 A/Wb

5. ¿Qué es la histéresis?

La histéresis es el fenómeno por el cual un material magnético retiene una parte de su magnetización incluso después de que se haya eliminado el campo magnético aplicado. Se representa mediante el lazo de histéresis en una gráfica de inducción magnética (B) frente a excitación magnética (H).

6. Afirmaciones sobre la Histéresis: Verdadero o Falso

• Cuando se anula la excitación aplicada a un material magnético, la inducción también se anula.
  ❌ Falso (queda la remanencia)
• Para eliminar la imantación producida por la histéresis hay que invertir la excitación.
  ✅ Verdadero
• El área de la curva de histéresis es proporcional a las pérdidas en forma de calor que se producen al imantar el núcleo.
  ✅ Verdadero
• La histéresis es bueno que sea grande para los imanes permanentes.
  ✅ Verdadero

7. Científicos y Conceptos Clave del Electromagnetismo

1. Faraday → A. Fuerza electromotriz inducida en un conductor
2. Lenz → C. Sentido de la corriente inducida en un conductor
3. Foucault → B. Corrientes parásitas

8. Cálculo de la Fuerza de Desplazamiento en un Conductor

Calcula la fuerza de desplazamiento a la que está sometido un conductor de 24 cm por el que circula una corriente de 2 A, si está dentro de un campo magnético de 4 T con el que forma un ángulo de 30°.

Fórmula:

F = I ⋅ L ⋅ B ⋅ sin(θ)

Datos:

• I = 2 A
• L = 0.24 m
• B = 4 T
• θ = 30°, sin(30°) = 0.5

Cálculo:

F = 2 A ⋅ 0.24 m ⋅ 4 T ⋅ 0.5

F = 0.96 N

9. Corrientes de Foucault: Verdadero o Falso

• Producen calentamientos.
  ✅ Verdadero
• Para reducirlas se utilizan núcleos macizos.
  ❌ Falso (se usan núcleos laminados)
• Se aplican en los hornos industriales de inducción.
  ✅ Verdadero
• Se aplican en las placas de inducción para calentar sartenes metálicas.
  ✅ Verdadero