El porqué de la necesidad de que un campo magnetico deba ser variable para producir induccion

[aladan]

Re: El porqué de la necesidad de que un campo magnetico deba ser variable para producir induccion

Hola a todos
Me ha resultado interesante la lectura completa de este hilo. La cuestión planteada inicialmente fue rapidamente contestada, sin embargo leo algunas intervenciones que confunden la evaluación del fenómeno con el fenómeno en si.
Confusión muy frecuente entre aquellos estudiantes que no tienen los conceptos claros e incluso allí donde es básico comprender los conceptos patinan escandalosamente.
El caso de la corriente inducida en una espira conductora en presencia de un campo mágnetico, que puede ser independiente del tiempo o función del tiempo, pero que de alguna forma hace que el flujo mágnetico que atraviesa la superficie definida por la espira, sea una f(t), se lo debemos a gente como:
Hans Christian Oersted (1777-1851) que observó como un alambre recorrido por una corriente eléctrica afectaba a la aguja mágnetica de una brujula.
Michael Faraday (1791-1879) que experimentalmente, jugando diriamos a la reciproca de lo observado por Oersted, detectó como la aguja de un galvanometro conectado a una espira conductora se desviaba de la posición de reposo cuando acercaba o alejaba a la espira un imán y dicho galvanometro no se inmutaba cuando el imán estaba quieto, independientemente que estuviera cerca o lejos de la espira. Este es el fenómeno, gracias al cual podemos generar grandes cantidades de energía eléctrica hoy dia, luego diré algo sobre esto.
Faraday ya formuló su ley de inducción mágnetica y que el bueno de Lenz nos dijera que el efecto se oponia a la causa que lo producia, no modificaba el fenómeno y mucho menos que el amigo James Clerk Maxwell (1831-1879) hiciera una evaluación completa del fenómeno, tampoco.

Gracias a sus experimentos y evaluación de estos caballeros de la ciencia, construimos grandes generadores de energia eléctrica, en los que usamos como fuente la energia de un salto de agua o del vapor de agua obtenido por combustión de carbón, derivados del petroleo o fisión de atomos de uranio para modificar la posición relativa de unas espiras conductoras y un campo magnético; en la mayor parte de los casos el campo procede de un imán pemanente o un electoimán alimentado por corriente continua, no f(t), sujeto al mismo eje de una turbina movida por las fuentes de energía antedichas y alrededor de ese eje un conjunto de espiras conductoras, quietecitas, que gracias al movimiento del eje "ven" en cada instante ese campo con un ángulo distinto, consecuencia el flujo magnético es f(t).
Estos generadores tienen otra "brujeria", me ha gustado el término usado más arriba, su velocidad angular es constante, el efecto se opone a la causa, ¿ recordais? cuanto mayor es la corriente,I. inducida que circula por las bobinitas que "ven" pasar dando vueltas al campo de B constante ellas se "vengan" y con el campo mágnético que como sabeis se produce en ellas debido a I hacen todo lo que pueden por frenar el campo que las está "chuleando", sin embargo no lo consiguen porque a medida que por ellas se incrementa el valor de I, sobre la turbina aumenta la energia motriz y hay un equilibrio dinámico permanente. Alguno de los que han escrito más arriba ecuaciones y más ecuaciones tiene idea de cuando y porque se rompe ese equilibrio y sus consecuencias?
Este hecho produce una conclusión importantisima en la generación de energía eléctrica en grandes cantidades, es el siguiente: en cada instante la energía producida es exactamente igual a la consumida, ¿ que os parece ?

Saludos para todos.

[Entro]

Re: El porqué de la necesidad de que un campo magnetico deba ser variable para producir induccion

A mi me parece bien

[skynet]

Re: El porqué de la necesidad de que un campo magnetico deba ser variable para producir induccion

A mi no me parece que decir simplemente que las cosas son asi porque lo dice Maxwell sea una respuesta aceptable...

Si quieres profundizar en el sentido fisico de que la FEM la produzca la variacion de flujo magnetico debes estudiar la teoria de la relatividad ya que es ésta la que fundamenta el electromagnetismo, no en vano el articulo que publico Einstein para dar a conocer la relatividad se titulaba Zur Elektrodynamik bewegter Körper ("Sobre la electrodinámica de cuerpos en movimiento").

Pero simplificando, si tenemos en cuenta que los campos magneticos no son otra cosa que la consecuencia de aplicar las transformaciones relativistas sobre el campo electrico, no es de extrañar que deba de haber una velocidad relativa entre el flujo inductor y el circuito inducido para que se produzca la FEM ya que esta no es otra cosa que otro efecto relativista.

Finalmente decir que no es correcto en fisica preguntar el porque de las cosas ya que la fisica no se ocupa de porque la naturaleza se comporta tal y como lo hace, solo se preocupa del como.

saludos

[pod]

Re: El porqué de la necesidad de que un campo magnetico deba ser variable para producir induccion

Si quieres profundizar en el sentido fisico de que la FEM la produzca la variacion de flujo magnetico debes estudiar la teoria de la relatividad ya que es ésta la que fundamenta el electromagnetismo, no en vano el articulo que publico Einstein para dar a conocer la relatividad se titulaba Zur Elektrodynamik bewegter Körper ("Sobre la electrodinámica de cuerpos en movimiento").

El significado físico está resumido en el mensaje 21 de este hilo, y no hace falta relatividad para ello.

Pero simplificando, si tenemos en cuenta que los campos magneticos no son otra cosa que la consecuencia de aplicar las transformaciones relativistas sobre el campo electrico,

Eso no es cierto. Lo que si ocurre es que, en diferentes sistemas de referencia, los campos eléctricos y magnéticos se "mezclan"; eso es así por que en realidad no son entidades independientes, sino que son componentes de un tensor de orden dos (el tensor de Faraday). Por lo tanto, lo que en un sistema de referencia es campo eléctrico, en el otro puede ser magnético; y viceversa.

Pero no es cierto que el campo magnético sea un "derivado" del eléctrico. Eso sería así si, para cualquier configuración de cargas y corrientes, siempre existiera un sistema de referencia donde el campo magnético fuera cero. Pero hay ocasiones (la mayoría, de hecho) en que esto no es así, y es sencillo demostrarlo:

Cuando se aplican las transformaciones al tensor de Faraday, se observa que aparecen dos cantidades invariantes: la traza y el determinante. Esas cantidades, a nivel de campos, se reducen a dos constantes escalares: $\vec{E} \cdot \vec{B}$ y $E^2 + B^2$ (en unidades reducidas). El primer invariante tiene una consecuencia directa: si el producto escalar es diferente de cero en un sistema de referencia, debe serlo en todos los demás (que por algo es invariante). Es decir, si en un sistema de referencia tenemos campos eléctricos y magnéticos que no son paralelos, su producto escalar será diferente de cero: por lo tanto, no existe ningún sistema de referencia en que $\vec{B} = 0$ (ya que el producto escalar de un vector nulo siempre es nulo, y eso no es posible).

Finalmente decir que no es correcto en fisica preguntar el porque de las cosas ya que la fisica no se ocupa de porque la naturaleza se comporta tal y como lo hace, solo se preocupa del como.

Tanto como "no es correcto"... alguien podría decir que ese tipo de respuestas es precisamente el objetivo de la Física. Pero eso es una discusión para el foro de filosofía...

[skynet]

Re: El porqué de la necesidad de que un campo magnetico deba ser variable para producir induccion

pod, dices:

Pero no es cierto que el campo magnético sea un "derivado" del eléctrico. Eso sería así si, para cualquier configuración de cargas y corrientes, siempre existiera un sistema de referencia donde el campo magnético fuera cero. Pero hay ocasiones (la mayoría, de hecho) en que esto no es así, y es sencillo demostrarlo:


pero si los campos magneticos siempre estan producidos por cargas en movimiento siempre habra un sistema de referencia solidario con las cargas para el cual el campo magnetico sera cero.

respecto al tensor de Faraday......no se lo que es eso.....solo soy una estudiante de bachillerato

saludos

[pod]

Re: El porqué de la necesidad de que un campo magnetico deba ser variable para producir induccion

pod, dices:

Pero no es cierto que el campo magnético sea un "derivado" del eléctrico. Eso sería así si, para cualquier configuración de cargas y corrientes, siempre existiera un sistema de referencia donde el campo magnético fuera cero. Pero hay ocasiones (la mayoría, de hecho) en que esto no es así, y es sencillo demostrarlo:


pero si los campos magneticos siempre estan producidos por cargas en movimiento siempre habra un sistema de referencia solidario con las cargas para el cual el campo magnetico sera cero.

Pero eso no siempre es posible, no es la situación más general. Imagínate, por ejemplo, que tienes dos cargas en movimiento con dos velocidades diferentes. Entonces, con cambios de sistema de referencia puedes hacer que una u otra estén quietas, pero nunca las dos a la vez. Siempre habrá cierto campo magnético.

respecto al tensor de Faraday......no se lo que es eso.....solo soy una estudiante de bachillerato

saludos

Bueno, pues cuando llegues a segundo o tercero de carrera lo aprenderás, paciencia

[skynet]

Re: El porqué de la necesidad de que un campo magnetico deba ser variable para producir induccion

aun teniendo dos cargas con diferentes velocidades, si tu marco de referencia es solidario a una de ellas , desde tu punto de vista, el campo magnetico generado por esa carga sera cero y el campo magnetico generado por la otra será un efecto relativista causado por la diferencia de velocidades entre tu marco de referencia y la carga.

lo que muestra que " los campos magneticos no son otra cosa que la consecuencia de aplicar las transformaciones relativistas sobre el campo electrico".

[Entro]

Re: El porqué de la necesidad de que un campo magnetico deba ser variable para producir induccion

Eso es de perogrullo, el electromagnetismo es relativista en cualquier caso...

[pod]

Re: El porqué de la necesidad de que un campo magnetico deba ser variable para producir induccion

aun teniendo dos cargas con diferentes velocidades, si tu marco de referencia es solidario a una de ellas , desde tu punto de vista, el campo magnetico generado por esa carga sera cero y el campo magnetico generado por la otra será un efecto relativista causado por la diferencia de velocidades entre tu marco de referencia y la carga.

lo que muestra que " los campos magneticos no son otra cosa que la consecuencia de aplicar las transformaciones relativistas sobre el campo electrico".

Eso es de perogrullo, el electromagnetismo es relativista en cualquier caso...

El electromagnetismo es relativista en el sentido que no "funciona" con las transformaciones de galileo, eso es obvio. Pero no hay problemas con aplicarlo a nivel clásico si esas sutilezas no te interesan.

Pero el campo magnético no es un efecto relativista, en el sentido que no hace falta tener en cuenta la relatividad para poderlo observar (faltaría más).

Aunque para hacer cuentas es muy útil considerar "el campo creado por cada carga" por separado, es el principio de superposición, físicamente puede ser más complicado de diferenciar. Por qué la única forma de medir un campo eléctrico o magnético es añadir una carga más, tan pequeña que no afectará a las anteriores (carga de prueba) y ver como el campo afecta a esta. Y se observará el resultado total, no es posible decir que parte proviene de cada interacción.

Pero la justificación completa de que el eléctrico y el magnético son campos con entidad propia, y simplemente uno es derivado del otro, proviene del estudio completo del electromagnetismo. Supongo que si alguna vez estudias física te lo explicarán, supernena; sino yo te hago un resumen. El campo-electromagnético se representa mediante una matriz 4-4 (tensor de Faraday), completamente antisimétrica. Una matriz de este tipo tiene seis componentes libres; las otras diez quedan determinadas por antisimetría. Pues resulta que esas seis componentes se identifican directamente con las tres del campo eléctrico y las tres del campo magnético.

Yo puedo elegir en un sistema de referencia cualquiera el valor de las seis componentes como quiera. No hay ninguna restricción. Si el campo magnético fuera derivado del eléctrico, entonces solo podría elegir libremente sus tres componente, no las seis. Son lo que se llaman "grados de libertad" del campo electromagnético.

Lo que si ocurre es que, como en cualquier tensor, al cambiar de sistema de referencia las componentes se "mezclan". Pero no es una mezcla al azar, sino que viene determinada por la estructura de las transformaciones de Poincaré (o de Lorentz, si quieres simplificar un poco). Y dichas transformaciones dan como resultado que, si existe un sistema de referencia donde todas las cargas están en reposo, entonces el campo magnético es cero. Pero eso no significa que sea un campo derivado; tiene derecho a ser cero

En resumen, primero hay que especificar todos los campos en "un solo" sistema de referencia. Lo que tú propones, supernena, es lo siguiente: poner sólo una carga, tomar el sistema de referencia donde está en reposo (sólo campo eléctrico) y hacer una transformacion de Lorentz a otro sistema donde se está moviendo. Claro, en este sistema de referencia hay campo magnético (además de eléctrico). Luego, en este otro sistema, plantas otra carga en reposo. Y por haber hecho esto, te permites decir "el campo magnético que hay es la transformacion relativista de la otra carga". Pero no puedes hacer eso, no puedes coger y hacer aparecer cargas de la nada (más que nada por que hay una ley, llamada de la conservación de la carga; si pones una, tienes que poner en el mismo sitio otra con signo opuesto). Tampoco puedes mezclar mediciones hechas en dos sistemas de referencia. Tienes que poner, desde el principio, las dos cargas, y escoger un sólo sistema de referencia.

Bueno, todo esto es más dífícil de explicar en divulgación que de entender cuando se estudia rigurosamente paso a paso, sin querer saltarse media carrera de física...

[SSS]

Re: El porqué de la necesidad de que un campo magnetico deba ser variable para producir induccion

De hecho hay un bonito apartado en el Jacksson donde te explica por qué eso de considerar "primero" el campo eléctrico sólo y después el magnético a partir de cambios de referencial no vale...

[Entro]

Re: El porqué de la necesidad de que un campo magnetico deba ser variable para producir induccion

Ya, por eso dije electromagnetismo y no electroestática y magnetismo, cuestión de sutilezas... :P

[pod]

Re: El porqué de la necesidad de que un campo magnetico deba ser variable para producir induccion

De hecho hay un bonito apartado en el Jacksson donde te explica por qué eso de considerar "primero" el campo eléctrico sólo y después el magnético a partir de cambios de referencial no vale...

Por un momento creí que estabas diciendo lo contrario de lo que estás diciendo Creo que me han salido tres canas sólo por ese segundo.

Supongo que si existieran (o mejor dicho, si se conocieran) los monopolos magnéticos a nadie se le habría ocurrido esto, para empezar.

[lobonegro]

Re: El porqué de la necesidad de que un campo magnetico deba ser variable para producir induccion

caray llegue tarde jejeje, pero de verdad que se ha dado bueno el temita este, tanto que el autor del hilo le basto con los primeros dos mensajes. No se si llega un momento en que un hilo como que no le caben mas comments, pero si es asi creo que ya esta bueno para este porque ya se aclararon las dudas y se dieron sus respectivos besitos jajaj.

Solo para despedir el tema, asi que no hay que responderme .

PD: Pod... de verdad que te sabes todo eso eh? gracias por aclarar las dudas.

[skynet]

Re: El porqué de la necesidad de que un campo magnetico deba ser variable para producir induccion

amigo Pod,

dices:
Por qué la única forma de medir un campo eléctrico o magnético es añadir una carga más, tan pequeña que no afectará a las anteriores (carga de prueba) y ver como el campo afecta a esta. Y se observará el resultado total, no es posible decir que parte proviene de cada interacción.

pues yo creo que esto me da la razón, no es posible decir que parte proviene de cada interacción por que es una única interacción: la electrica, es decir el campo electrico modificado por las transformaciones relativistas.........el concepto de campo magnetico es útil para facilitar el cálculo matematico.....pero es prescindible.

tambien dices:
En resumen, primero hay que especificar todos los campos en "un solo" sistema de referencia. Lo que tú propones, supernena, es lo siguiente: poner sólo una carga, tomar el sistema de referencia donde está en reposo (sólo campo eléctrico) y hacer una transformacion de Lorentz a otro sistema donde se está moviendo. Claro, en este sistema de referencia hay campo magnético (además de eléctrico). Luego, en este otro sistema, plantas otra carga en reposo. Y por haber hecho esto, te permites decir "el campo magnético que hay es la transformacion relativista de la otra carga". Pero no puedes hacer eso, no puedes coger y hacer aparecer cargas de la nada (más que nada por que hay una ley, llamada de la conservación de la carga; si pones una, tienes que poner en el mismo sitio otra con signo opuesto). Tampoco puedes mezclar mediciones hechas en dos sistemas de referencia. Tienes que poner, desde el principio, las dos cargas, y escoger un sólo sistema de referencia.

yo no digo eso, tu puedes coger un solo sistema de referencia y considerar todos los campos electricos y aplicarles las transformaciones relativistas a todos y cada uno de ellos y siempre desde ese único sistema de referencia, sin mezclar mediciones hechas desde dos sistemas de referencia........y obtendríamos el mismo campo de fuerzas

tambien dices:
Pero no es cierto que el campo magnético sea un "derivado" del eléctrico. Eso sería así si, para cualquier configuración de cargas y corrientes, siempre existiera un sistema de referencia donde el campo magnético fuera cero.
¿por que?...no veo la necesidad de la existencia de ese sistema de referencia.

respecto al tensor de faraday, ya te he dicho que no lo conozco, pero por la descripción que me has hecho me parece que no es mas que un instrumento matemático, que puede ser útil, pero que no demuestra nada ya que esta hecho a la sombra de la teoría subyacente ( campo electrico + campo magnético ) y por supuesto que es consistente con ella.


recibe un cordial saludo

[pod]

Re: El porqué de la necesidad de que un campo magnetico deba ser variable para producir induccion

Vaya ganas de responder a un hilo dos semanas después...

dices:
Por qué la única forma de medir un campo eléctrico o magnético es añadir una carga más, tan pequeña que no afectará a las anteriores (carga de prueba) y ver como el campo afecta a esta. Y se observará el resultado total, no es posible decir que parte proviene de cada interacción.

pues yo creo que esto me da la razón, no es posible decir que parte proviene de cada interacción por que es una única interacción: la electrica, es decir el campo electrico modificado por las transformaciones relativistas.........el concepto de campo magnetico es útil para facilitar el cálculo matematico.....pero es prescindible.

Todo el mundo sabe que la electricidad y el magnetismo está unificado en una única teoría llamada electromagnetismo, donde ambas entidades quedan unificadas en un único objeto llamado tensor de Faraday. También la fuerza nuclear débil está unificada en una teoría llamada "electrodébil". ¿Significa eso que el campo electromagnético sólo es un artificio matemático útil para los cálculos? No.

De hecho, si hay que ponerlo con todas las letras, lo que citas ahí no es del todo correcto. Una única carga de prueba es sólo capaz de medir el campo eléctrico. Para medir el magnético hay que poner una "espira de prueba", sin carga neta, de forma que no le afecta el campo magnético. También serviría un monopolo, si se demostrara que existen.

tambien dices:
En resumen, primero hay que especificar todos los campos en "un solo" sistema de referencia. Lo que tú propones, supernena, es lo siguiente: poner sólo una carga, tomar el sistema de referencia donde está en reposo (sólo campo eléctrico) y hacer una transformacion de Lorentz a otro sistema donde se está moviendo. Claro, en este sistema de referencia hay campo magnético (además de eléctrico). Luego, en este otro sistema, plantas otra carga en reposo. Y por haber hecho esto, te permites decir "el campo magnético que hay es la transformacion relativista de la otra carga". Pero no puedes hacer eso, no puedes coger y hacer aparecer cargas de la nada (más que nada por que hay una ley, llamada de la conservación de la carga; si pones una, tienes que poner en el mismo sitio otra con signo opuesto). Tampoco puedes mezclar mediciones hechas en dos sistemas de referencia. Tienes que poner, desde el principio, las dos cargas, y escoger un sólo sistema de referencia.

yo no digo eso, tu puedes coger un solo sistema de referencia y considerar todos los campos electricos y aplicarles las transformaciones relativistas a todos y cada uno de ellos y siempre desde ese único sistema de referencia, sin mezclar mediciones hechas desde dos sistemas de referencia........y obtendríamos el mismo campo de fuerzas

Pues eso es exactamente lo que dices.

Lo que tu propones seria posible si, y sólo si, para cualquier configuración de campos, siempre hubiera una transformación de Lorentz que te lleva a otro sistema de referencia donde sólo hay campo eléctrico. Pero es fácil demostrar que eso no es siempre posible; es más, prácticamente nunca es posible. Sólo es posible si ambos campos son perpendiculares, cosa que no tiene por qué cumplirse siempre.

tambien dices:
Pero no es cierto que el campo magnético sea un "derivado" del eléctrico. Eso sería así si, para cualquier configuración de cargas y corrientes, siempre existiera un sistema de referencia donde el campo magnético fuera cero.
¿por que?...no veo la necesidad de la existencia de ese sistema de referencia.

Pues es necesario. Tú dices "considerar todos los campos electricos y aplicarles las transformaciones relativistas a todos y cada uno de ellos y siempre desde ese único sistema" (sic). Lo cual significa que ese sistema de referencia no tiene campo magnético. Por que si en tu sistema de referencia hubiera cierto campo magnético, ¿que derecho tienes a decir que ese campo magnético es un derivado del eléctrico? No tienes ningún derecho, a menos que seas capaz de descubrir un sistema de referencia donde no haya dicho campo magnético. Si eso fuera así (que no es), entonces si tendrías derecho a decir "el campo magnético es el resto de sistemas es resultado de aplicar la transformación al eléctrico".

respecto al tensor de faraday, ya te he dicho que no lo conozco, pero por la descripción que me has hecho me parece que no es mas que un instrumento matemático, que puede ser útil, pero que no demuestra nada ya que esta hecho a la sombra de la teoría subyacente ( campo electrico + campo magnético ) y por supuesto que es consistente con ella.

Pues es una lástima que no lo conozcas, pero tiene de instrumento matemático lo mismo que cualquier otra entidad de la física. La electrodinámica cuántica (la teoría con mayores exitos experimentales de toda la historia, que no es decir poco) se basa en él.

Repito por vez mil y uno; lo que ocurre es que los campo eléctricos y magnéticos se "mezclan" entre sí al cambiar sistemas de referencia. Es exactamente lo mismo que pasa con "tiempo" y "espacio". Las transformaciones en el caso del electromagnetísmo son algo más complicadas, por que el tensor de Faraday es de orden dos, mientras que la posición en el cuadriespacio es de orden uno. Pero es lo mismo. ¿Significa eso que el espacio es un deribado del tiempo? Pues no. Simplemente, son dos partes del mismo tensor que se mezclan al hacer una transformación de Lorentz.

Este hislo está empezando a ser un poco circular, si contesta procura traer argumentos nuevos.