El campo electrico esta presente en practicamente todo cuerpo cargado. De hecho, esta siempre presente, sin que lo notemos. En nuestra vida cotidiana podemos tener muchas aplicaciones del campo electrico, ejemplo:
Los teléfonos móviles, la televisión y los transmisores de radio y radares producen campos eléctricos. Estos campos se utilizan para transmitir señales de información a distancia sin necesidad de cables
El microondas utiliza una señal electromagnética que incluye un campo eléctrico. En dichos hornos utilizamos estos campos para el calentamiento rápido de alimentos, que funciona a la frecuencia de resonancia del agua, esto quiere decir que solo las moléculas de agua vibran haciendo que aumenten su energía y se rompan haciendo que se evaporen.
El rayo, de una manera física se puede decir que es la reacción eléctrica causada por la saturacion de cargas electro estáticas que han sido generadas y acumuladas progresivamente durante la activación del fenómeno eléctrico de una tormenta.
Nicolas Johan Sebastian Silva Diaz.
Daniel de Jesús Martinez Vega.
Fernando Andrés Pérez Pallares.
La Guitarra Eléctrica
"Como Funciona" estudio electromagnético
La guitarra
eléctrica es un instrumento electrófono de cuerdas de metal con uno o más
transductores electromagnéticos, llamados pastillas, micrófonos, o fonocaptores
que convierten las vibraciones de las cuerdas en señales eléctricas capaces de
ser amplificadas y procesadas
En este blog
vamos a seguir un estudio que explique la transformación del movimiento de una
cuerda de la guitarra eléctrica en un voltaje variable que equivale al sonido
electrificado de la guitarra. Para ello vamos a ir avanzando poco a poco.
Esquema de
una pastilla
Cada pastilla
mide unos 69.85mm de largo y 12.5mm de ancho y consiste en un imán
permanente que tiene un cable enrollado llamado bobina. Además, el imán
permanente tiene seis "salientes" que sobresalen de la bobina, cada
uno de ellos correspondiente a una cuerda de la guitarra. La pastilla está
colocada en el cuerpo de la guitarra alineada de tal forma que cada
"saliente" de la pieza esté colocado exactamente debajo de su cuerda
correspondiente.
Las
propiedades magnéticas del flujo
El primer objetivo de la pastilla de la
guitarra eléctrica es convertir las oscilaciones de una cuerda en variaciones
del flujo magnético, esta se define como la cantidad de intensidad magnética
que atraviesa una superficie
Este flujo
magnético es necesario cuando calculamos el campo electromagnético inducido en
la bobina. El flujo magnético puede ser cambiado de dos maneras. Cambiando la
intensidad del campo, o cambiando el tamaño del área. En nuestro caso el tamaño
de la bobina es fijo luego la única manera que tendremos de cambiar el flujo
será variando la intensidad del campo magnético.
La creación
de campos magnéticos variables debido a las vibraciones de las cuerdas
El movimiento
de la cuerda de la guitarra cambia el campo magnético de la bobina. Una cuerda
de guitarra está hecha de acero, que es un material ferromagnético. Un
material ferromagnético no tiene un campo magnético inherente, pero tiene
gran facilidad para realzar cualquier campo en el que estén situados.
Cuando una
cuerda es pulsada, se mueve de una manera oscilatoria. La frecuencia depende
solamente del materia, la longitud y la tensión de la cuerda. Estas
oscilaciones se producen en dos sentidos: arriba-abajo y izquierda-derecha con
respecto a la bobina y el sonido se produce por la suma de ambas oscilaciones.
Si las cuerdas solo se movieran arriba-abajo, el campo incrementaría y
decrecería una ver por cada período de la cuerda. En cambio si el movimiento es
izquierda-derecha la frecuencia es del doble con respecto a la cuerda. Como la
oscilación de la cuerda siempre es una combinación de ambos, el periodo del
flujo magnético es mucho más complicado que un múltiplo simple del periodo de
la cuerda.
La
inducción de un voltaje debido al cambio del flujo magnético.
El
siguiente paso que tenemos que estudiar es como transforma la pastilla el
flujo magnético en corriente a través de la bobina. El procedimiento esta
descrito según la Ley de Faraday. Esta Ley dice que una variación del flujo
magnético produce un campo eléctrico contrario a la fuerza que lo crea. Cuando
el material magnético se acerca a un aro de cable un flujo es creado.
A partir de
esta Ley es fácil suponer el funcionamiento de una pastilla. La cuerda
ferromagnética produce unas variaciones de flujo que dependen en el tiempo de
manera sinusoidal, lo que produce un campo eléctrico en la bobina.
La xerografía es una
técnica de impresión en seco ingeniada por Chester Carlson en 1938. Las
fotocopiadoras e impresoras láser están basadas en esta técnica.
La máquina
fotocopiadora tiene básicamente los siguientes componentes: Tambor
fotosensible, Lámpara halógena, Tóner o tambor de tinta, Cinta transportadora y
un par de rodillos.
El proceso de
fotocopiado se realiza de la siguiente manera:
Se ubica el documento a fotocopiar sobre el cristal y
se presiona inicio
Al presionar inicio, un haz de luz producido por la
lámpara es irradiada a lo largo del documento. La luz se refleja en las
zonas blancas del papel y se refleja poco en las zonas oscuras.
El tambor fotosensible, es cargado eléctricamente por
una fuente de voltaje llamada cable de corona. El tambor es metálico y
está cubierto de Selenio, un semiconductor, que se carga cuando la luz cae sobre él
Cuando la luz reflejada en el papel incide en el
tambor, que está rotando, se forman áreas negativamente cargadas
correspondientes a las zonas oscuras del papel. Entonces, se obtiene una
sombra eléctrica del papel en el tambor
Mientras el tambor eléctrico está rotando, el tóner,
cargado positivamente, libera tinta en polvo que se transfiera al tambor
en las áreas con carga negativa
El papel es
transportado por la cinta hasta el tambor eléctrico, donde se carga
negativamente. La tinta del tambor se adhiere al papel
El papel atraviesa los dos rodillos calientes. Gracias
al calor y a la presión ejercida por los rodillos, la tienta se adhiere el
papel de manera permanente. Gracias a los rodillos, las copias salen
calientes y suavecitas.
Vídeos donde se
explica el funcionamiento de las fotocopiadoras:
Campo eléctrico de un sistema de dos o más cargas eléctricas
Cuando varias cargas están presentes el campo eléctrico resultante es la suma vectorial de los campos eléctricos producidos por cada una de las cargas. Consideremos el sistema de dos cargas eléctricas de la figura.
El módulo del campo eléctrico producido por cada una de las cargas es
Como el campo es tangente a las líneas de fuerza, la ecuación de las líneas de fuerza es
dydx=EyEx
tal como se muestra en la figura.
Superficies equipotenciales
El potencial en el punto P debido a las dos cargas es la suma de los potenciales debidos a cada una de las cargas en dicho punto.
V=14πε0Q1r1+14πε0Q2r2
Las superficies equipotenciales cortan perpendicularmente a las líneas de campo. Representaremos la intersección de las superficies equipotenciales con el plano XY.
La ecuación de las líneas equipotenciales es
dxdy=−EyEx
En el caso de una carga puntual. Las líneas de fuerza son rectas que parten del origen y las equipotenciales son superficies eféricas concéntricas, tal como se muestra en la figura
Hace
algunos años, en 1746 Jean le Rond d’Alembert formuló la famosa Ecuación de
onda, que es una Ecuación Diferencial de segundo orden que describe cómo una
propiedad varía a través del tiempo en términos de derivado de la misma
propiedad. Ésta ecuación es capaz de describir la propagación de una variedad
de ondas como las sonoras, las ondas del agua y de la luz, siendo de gran
importancia en años posteriores en los campos de la acústica, la dinámica de fluidos
y el electromagnetismo.
En
especial, la ecuación de onda tuvo un fuerte impacto años después cuando James
Clerk Maxwell publicó a sus 34 años un artículo llamado “Una teoría Dinámica
del campo Electromagnético”, donde propuso la Teoría Electromagnética de la Luz
y postuló sus 4 ecuaciones generales del campo electromagnético (Originalmente
20) que describen por completo los fenómenos electromagnéticos.
En
la sexta parte de su artículo llamada “Teoría Electromagnética de la luz”
Maxwell concluye que la luz y el magnetismo son alteraciones del mismo tipo, y
que la luz es una perturbación que se propaga a través del campo según las
leyes del electromagnetismo. Luego de ésta conclusión, Maxwell demostró que las
ecuaciones que había postulado podían fusionarse y dar con una Ecuación de onda
y propuso la existencia de las ondas electromagnéticas. Después calculó que la
velocidad de propagación de los campos eléctricos y magnéticos como una onda en
el vacío c = dando como resultado la
misma velocidad de la luz en el vacío, por tanto concluyó que la luz es una
onda electromagnética.
Todas
estas conclusiones y postulaciones dieron lugar a predicciones sobre la
posibilidad de transmisión de ondas electromagnéticas de radio, televisión y
telefonía a nada más que a la velocidad de la luz.
Incluso
el mismo Einstein en 1940 se refirió a ese momento tan relevante de Maxwell
diciendo:
“¡Los
sentimientos que debió experimentar Maxwell al comprobar que las ecuaciones
diferenciales que él había formulado indicaban que los campos electromagnéticos
se expandían en forma de ondas a la velocidad de la luz! A muy pocos hombres en
el mundo les ha sido concedida una experiencia de esa índole.”
Tanto
fue la importancia de la publicación del artículo de Maxwell “Una Teoría Dinámica
del Campo Electromagnético” hace 153 años, que posteriormente guio el camino de
Einstein y la Relatividad.
Como
se puede deducir, o más bien afirmar, todas estas teorías y ecuaciones
diferenciales, junto con la unión del campo eléctrico y magnético fueron la
base de la civilización moderna que hoy en día conocemos y con los que además
se establecieron los pilares que forjaron la mecánica cuántica. Le debemos a
d’Alembert, a otros muchos científicos y en especial a Maxwell, el estilo de
vida que actualmente llevamos en la llamada “Era de la Información”.
