MAGNETISMO Y ELECTROMAGNETISMO

MAGNETISMO Y ELECTROMAGNETISMO

MAGNETISMO

Origen del Magnetismo

La mayor parte de los aparatos eléctricos dependen directa o indirectamente del magnetismo. El mundo eléctrico que hoy conocemos fundamentalmente gira en torno al uso del electromagnetismo.

Imanes naturales y artificiales

El imán es un pedazo en bruto de un mineral de hierro llamado magnetita. Como la magnetita tiene propiedades magnéticas en su estado natural, se le clasifica entre los imanes naturales.

El otro imán natural es la tierra misma.

Todos los demás imanes son hechos por el hombre y se denominan imanes artificiales.

Campos magnéticos

Todo imán tiene dos puntos opuestos que atraen con mayor facilidad pedacitos de hierro. Estos puntos se de¬nominan polos del imán: polo norte y polo sur. De la misma manera que las cargas eléctricas del mismo signo se repelen y que las cargas de signos contrarios se atraen, los polos magnéticos del mismo signo se repelen y los de signo distinto se atraen.

Es evidente que un imán atrae un trocito de hierro a causa de alguna fuerza que existe alrededor del imán. Esta fuerza se llama campo magnético.

En la experiencia se tiene que el campo magnético está formado por lineas de fuerza que salen del imán por el polo Norte, recorren el aire que rodea al imán y entran al imán por el polo Sur para for¬mar una trayectoria o circuito cerrado de fuerza.

Cuanto más fuerte sea el imán, mayor será el número de líneas de fuerza y el Área cubierta por el campo.

Flujo magnético

La totalidad del grupo de líneas del campo magnético que salen del polo norte de un imán se llama flujo mag¬nético.

El símbolo del flujo magnético es la letra griega minúscula ɸ (phi).

La unidad SI del flujo magnético es el weber (Wb). Un weber es igual a 1 x 10(8) líneas de campo magnético.

Como el weber es grande para los campos comunes, se usa el microweber (µWb)

1 µWb = 1 X 10( 6) Wb

Ejemplo 1 : Si un flujo magnético ø tiene 3000 líneas, encuentre el número de µWb.

Respuesta : 30 microwebers

Densidad de flujo magnético B

La densidad de flujo magnético es el flujo magnético por unidad de Área de una sección perpendicular a la di¬rección del flujo.

La ecuación de la densidad de flujo magnético es,

B = ɸ / A

en la que B = densidad de flujo magnético en Teslas (T)

ɸ = flujo magnético en Wb

A = Area en metros cuadrados (m2)

Vemos que la unidad SI de B es el weber por metro cuadrado (Wb/m2).

Un weber por metro cuadrado se llama una Tesla.

Ejemplo 2 : Cuál es la densidad de flujo en teslas cuando existe un flujo de 600 µWb en un Area de 0.0003 m2?

Respuesta : 2 T

Materiales magnéticos

Los materiales magnéticos son aquellos que pueden ser atraídos o repelidos por un imán y que, a su vez, pueden ser magnetizados.

El hierro y el acero son los materiales magnéticos más comunes.

Los imanes permanentes se hacen con materiales magnéticos duros, que como el acero al cobalto, conservan su magnetismo al retirárseles el campo.

Un imán temporal es el que no tiene la capacidad de conservarse magnetizado al retirársele el campo magnetizador.

Permeabilidad

La permeabilidad se refiere a la capacidad que tiene un material magnético de concentrar el flujo magnético.

Cualquier material que se magnetice fácilmente tiene una permeabilidad elevada. La medida de la permeabilidad de los materiales con referencia a la del aire o a la del vacío se llama permeabilidad relativa. El símbolo de la permea¬bilidad relativa es µr, en el que el subindice r indica relativa. µr no tiene unidades porque es el cociente de dos densidades de flujo, asi que las unidades se cancelan.

La clasificación de los materiales como magnéticos o no magnéticos se basa en las intensas propiedades magnéticas del hierro. Sin embargo, como los materiales débilmente magnéticos pueden tener importancia en algunas aplicaciones, la clasificación incluye tres grupos:

1. Materiales ferromagnéticos : Estos incluyen al hierro, acero, niquel, cobalto y aleaciones

comerciales como el alnico y permalloy.

2. Materiales paramagnéticos : En estos se incluyen el aluminio, platino, manganeso y cromo.

3. Materia diamagnéticos : En estos se encuentran el bismuto, antimonio, cobre, zinc, mercurio, oro y plata.

ELECTROMAGNETISMO

En 1819 el científico danés Oersted descubrió una relación entre el magnetismo y la corriente eléctrica.

Encon¬tró que una corriente eléctrica que circula por un conductor produce un campo magnético alrededor de éste. Las limaduras de hierro de la figura que forman anillos concéntricos alrededor del conductor revelan la presencia del campo magnético de la corriente en el alambre.

(*)

Cada sección del alambre tiene en su alrededor este campo de fuerza en un plano perpendicular al alambre.

(*)

La intensidad del campo magnético alrededor de un conductor depende de la corriente que pasa por éste. Una corriente grande producirá muchas líneas de fuerza que se extenderán hasta cierta distancia del alambre, mientras que una corriente pequeña producirá sólo unas cuantas líneas cerca del alambre.

(*)

Polaridad del campo magnético de un conductor

La regla de la mano derecha es un medio fácil de determinar la relación entre el flujo de corriente en un conduc¬tor (alambre) y la dirección de las líneas de fuerza magnética alrededor de él.

Se debe tomar el alambre portador de la co¬rriente con la mano derecha, extendiéndo el pulgar a lo largo del alambre y los otros cuatro dedos a su alrededor. Si el pulgar apunta en la dirección de la corriente en el alambre, los otros dedos estarán apuntando en la dirección de las líneas de fuerza alrededor del conductor.

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Suma y resta de los campos magnéticos

Se muestra los campos magnéticos de dos conductores paralelos con corriente en direcciones opues¬tas. La cruz en el centro del campo del conductor simboliza la cola de una flecha, que indica que la corriente entra al papel. El punto simboliza la corriente que sale del papel.

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Aplicando la regla de la mano derecha se determina la dirección del campo en el sentido de las manecillas del reloj y el campo del conductor en la dirección contraria a las manecillas del reloj.

Como las líneas magnéticas entre los conductores están en la misma dirección, los campos se suman y producen un campo resultante más intenso. En el exterior de los conductores los dos campos tienen direcciones opuestas y tienden a cancelarse.

Campo magnético y polaridad de una bobina

Si a un conductor recto se le dobla dándole la forma de espira, se producen dos efectos.

Primero, las líneas del campo magnético son más densas dentro de la espira, aunque el número total de líneas es el mismo que para el con¬ductor recto.

Segundo, todas las líneas en el interior de la espira se suman por tener la misma dirección.

Se forma una bobina de alambre conductor si hay más de una espira o vuelta. Para determinar la polaridad magnética de una bobina, se utiliza la regla de la mano derecha. Si la bobina se toma con la mano derecha y los dedos se doblan en la dirección en la que circula la corriente en la bobina, el pulgar apunta al polo Norte de ésta.

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La inserción de un núcleo de hierro en el interior de la bobina aumenta la densidad de flujo. La polaridad del núcleo es la misma que la de la bobina. La polaridad depende de la dirección del flujo de la corriente y de la direc¬ción del devanado o arrollado. El flujo de la corriente va del lado positivo de la fuente de voltaje, pasando por la bobina, hasta el terminal negativo de la fuente.

EI polo norte se identifica usando la regla de la mano derecha.

Ejemplo 3: Determínese la polaridad magnética de los electroimanes siguientes, por medio de de la mano derecha.

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Aplicación de los electroimanes

Si se coloca una barra de hierro o de acero dulce en el campo magnético de una bobina, la barra se magnetizará. Si el campo magnético es suficientemente intenso, la barra será atraída al interior de la bobina hasta que esté más o menos centrada en el campo magnético.

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Bobina en la que circula corriente magnetizada y atrae a una barra de hierro colocada en el campo que produce

Los electroimanes se emplean mucho en los aparatos eléctricos. Una de las aplicaciones más sencillas y más común es un relé ó relevador.

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