Electromagnetismo

ANTECEDENTES.

La Historia del electromagnetismo, data de hace más de dos mil años. En la antigüedad ya estaban familiarizados con los efectos de la electricidad atmosférica, en particular, del rayo ya que las tormentas son comunes en las latitudes más meridionales, y a que también se conocía el fuego de San Telmo. Sin embargo se comprendía poco la electricidad, y no eran capaces de explicar científicamente estos fenómenos.

Mientras el físico danés Hans Christian Oersted impartía una clase de física a sus alumnos, empujó en forma accidental una brújula que se encontraba bajo un alambre conectado a una pila, el cual conducía una corriente eléctrica continua o directa: observó con asombro cómo la aguja realizaba un giro de 90° para colocarse perpendicularmente al alambre.

Con ello se demostraba que éste, además de conducir electricidad, generaba a su alrededor una fuerza parecida a la de un imán, es decir, generaba un campo magnético; así se descubrió el electromagnetismo. Poco tiempo después, el científico francés André Marie Ampere (1775-1836), descubrió que el campo magnético podía intensificarse al enrollar el alambre conductor en forma de bobina.

Este hecho condujo a Joseph Henry, el profesor estadounidense, a realizar otro descubrimiento importante; se le ocurrió recubrir con un material aislante a los alambres y los enrolló alrededor de una barra de hierro en forma de U. Luego los conectó a una batería y observó que la corriente eléctrica magnetizaba al hierro y cuando la corriente dejaba de circular entonces desaparecía el campo magnético de la barra de hierro. Se había descubierto el electroimán, pieza fundamental de los motores eléctricos.

En 1821 Michael Faraday construyó el primer motor experimental. Para ello suspendió un alambre sujeto por un soporte, de tal manera que cada extremo quedase sumergido en un depósito de mercurio con un imán en el centro. Cuando se hace pasar corriente, cada extremo del alambre se mueve en círculos alrededor del imán.

Después del motor de Faraday se construyeron varios tipos de motores eléctricos que funcionaban con baterías y eran utilizados para taladros, tornos o prensas de impresión. Sin embargo eran muy costosos y requerían

de baterías muy grandes. Fue hasta 40 años después cuando el Ingeniero belga Théophile Gramme (1826-1901), construyó el primer generador eléctrico o dinamo capaz de transformar la energía eléctrica.

Dado que los primeros motores utilizaban baterías productoras de corriente continua, todos los generadores de esas fechas producían ese tipo de corriente. No obstante, el tiempo habría de demostrar que era más rentable generar corriente de alto voltaje y después transformarla en otras de menor tensión. En virtud de que los transformadores sólo utilizan corriente alterna, en poco tiempo desapareció el generador de corriente continua para darle paso a escala industrial, al de corriente alterna.

En 1888 Nikola Tesla inventó el motor de inducción, el cual funciona con corriente alterna y cuyos usos actualmente son muy amplios en diversos aparatos eléctricos, como son: lavadoras, licuadoras, ventiladores, refrigeradores, tornos, bombas, sierras, taladros, entre otros. El físico ruso Heinrich Lenz (1804-1865), se especializó en la inducción eléctrica y estableció una ley que lleva su nombre, en la cual se afirma: una corriente inducida por fuerzas electromagnéticas siempre produce efectos que se oponen a las causas que lo producen.

En 1873, el científico inglés James Clerck Maxwell (1831-1879), manifestó la íntima conexión entre los campos eléctrico y magnético, al señalar: un campo eléctrico variable origina un campo magnético. Con su teoría comprobó que la electricidad y el magnetismo existían juntos, y por lo tanto no debían aislarse. Esto dio origen a la Teoría Electromagnética, en ella se afirmaba que la luz se propagaba en ondas a través del espacio y así como existían ondas luminosas era posible suponer la existencia de ondas electromagnéticas viajando por el espacio.

Maxwell le dio una expresión matemática a las consideraciones que hizo Faraday respecto a las líneas de fuerza magnética. Gracias a esto logró una aplicación práctica a las ideas de los campos magnético y eléctrico propuestas por Faraday. Más tarde el físico alemán Heinrich Hertz (1857-1894), estudió las ecuaciones planteadas por Maxwell para la Teoría electromagnética y logró demostrar con la producción de ondas electromagnéticas, que éstas de desplazan por el espacio sin necesidad de cables conductores y que su naturaleza es semejante a las ondas luminosas.

A fines del siglo XIX los científicos reconocieron la existencia de las ondas electromagnéticas y las llamaron ondas hertzianas como un reconocimiento a éste físico alemán. Así concluimos que el efecto magnético de la corriente y la inducción electromagnética han revolucionado a la ciencia, pues dieron origen a un área muy importante de la física llamada electromagnetismo. Al aplicar sus principios y las leyes a escala industrial, se ha logrado un gran avance tecnológico: la electrificación del mundo.

ELECTROMAGNETISMO

El electromagnetismo es una rama de la Física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos fueron sentados por Michael Faraday y formulados por primera vez de modo completo por James Clerk Maxwell. La formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales que relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales (corriente eléctrica, polarización eléctrica y polarización magnética), conocidas como ecuaciones de Maxwell.

Los parámetros que intervienen en la formulación de las ecuaciones de Maxwell son los siguientes:

• - Campo eléctrico existente en el espacio, creado por las cargas.

• - Campo dieléctrico que resume los efectos eléctricos de la materia.

• - Campo magnético existente en el espacio, creado por las corrientes.

• - Campo magnético que resume los efectos magnéticos de la materia.

• - Densidad de cargas existentes en el espacio.

• - Densidad de corriente, mide el flujo de cargas por unidad de tiempo y superfície y es igual a .

• - Permitividad eléctrica, característica de los materiales dieléctricos.

• - Permeabilidad magnética, característica de los materiales paramagnéticos.

El electromagnetismo estudia la relación entre los fenómenos eléctricos y magnéticos. Las consecuencias entre éstos nuevos fenómenos han cambiado de manera drástica la forma de vida de la humanidad, pues han hecho posible la construcción de muchos aparatos, cómo los motores eléctricos que ayudan en numerosas actividades cotidianas. Además, la aplicación de los conocimientos acerca del electromagnetismo ha permitido que se fabriquen los generadores eléctricos, con los que es posible producir cantidades muy grandes de elctricidad.

Electricidad y magnetismo

La electricidad se trata conjuntamente con el magnetismo porque ambos aparecen generalmente juntos, cuando el primero está en movimiento, el último también está presente.

El fenómeno del magnetismo fue observado desde el principio de la “historia del magnetismo”, pero no fue completamente explicado hasta que se desarrolló la idea de la inducción magnética.

El fenómeno de la electricidad fue igualmente observado desde el principio de la “historia de la electricidad”, pero no fue completamente explicado hasta que se desarrolló la idea de carga eléctrica.

CAMPO MAGNÉTICO

Es la región del espacio en la que actúa una fuerza sobre una aguja imantada o sobre un imán. Un imán altera el espacio a su alrededor: pequeñas agujas imantadas o trozos de hierro, son atraídos por el imán, pero no experimenten ningún efecto en ausencia del mismo. Los campos magnéticos se representan mediante líneas de fuerza. El campo es más intenso en las regiones próximas a las líneas de fuerza (los polos).

ELECTROIMÁNES

Es un imán artificial temporal que produce un campo magnético cuando circula por él una corriente eléctrica, y sólo mientras dura el paso de la misma. Está formado por un solenoide en cuyo interior hay un núcleo de hierro dulce. El campo magnético creado se puede hacer más o menos intenso variando el valor de la intensidad de la corriente (se utiliza en timbres, grúas, etc.).

SOLENOIDE

Conductor formado por espiras en forma de hélice. Al circular una corriente eléctrica, genera un campo magnético muy intenso. Las líneas de fuerza son paralelas al eje. Cuanto mayor sea la intensidad de la corriente, mayor será la intensidad del campo.

BOBINA

Son componentes pasivos de dos terminales que generan un flujo magnético cuando se hacen circular por ellas una corriente eléctrica.

Se fabrican arrollando un hilo conductor sobre un núcleo de material ferromagnético o al aire.

Su unidad de medida es el Henrio (H) en el Sistema Internacional.

TIPOS DE BOBINAS

• Con núcleo de aire

El conductor se arrolla sobre un soporte hueco y posteriormente se retira este quedando con un aspecto parecido al de un muelle. Se utiliza en frecuencias elevadas.

Una variante de

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