Circuitos Magnéticos 1. Descripción del origen y descubrimiento del magnetismo

Circuitos Magnéticos

1. Descripción del origen y descubrimiento del magnetismo ………………………..…………………… 1

2. Descripción de la ley de la inducción electromagnética ……………………………..………………… 2

2.1 Aportes de Michael Faraday …………………………………………………………..……………… 3

3. Descripción y comentarios de la Ley de Ampère y de Lenz ……………………………...…………… 4

4. Descripción del concepto de circuito magnético ………………………………………….…………… 6

4.1 Analogías y diferencias con el circuito eléctrico …………………………………………...………… 8

5. Descripción de las características de los materiales ferromagnéticos ………………………………… 10

5.1 Descripción de la curva B-H de magnetización …………………………………………...………… 11

6. Descripción de las perdidas magnéticas …………………………………………………...………….. 14

6.1 Ciclo de histéresis y corrientes de Foucault ……………………………………………...………….. 15

7. Descripción y ejemplos de circuitos magnéticos prácticos ……………………………...……………. 17

8. Conclusión general del trabajo …………………………………………………………...…………… 25

9. Bibliografía utilizada ………………………………………………………………………..………… 26

Circuitos Magnéticos

Las maquinas eléctricas son dispositivos que convierten energía mecánica en energía eléctrica (o viceversa), los cuales operan bajo la acción de campos magnéticos para poder realizar la conversión de energía y en su defecto se conforman por circuitos magnéticos.

Por ende, el circuito magnético es un medio en el cual se encuentra confinado un flujo magnético, siendo la base de motores, generadores y transformadores eléctricos, en fin, maquinas eléctricas en sentido general.

1. Descripción del origen y descubrimiento del magnetismo

El magnetismo es el fenómeno en el cual se ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre objetos.  Estos fenómenos se remontan desde épocas remotas en las cuales los griegos observaban que ciertas piedras atraían el hierro, siendo estudiado por primera vez por Tales de Mileto. De manera sustancial se desarrolla le brújula de aguja magnética siendo el primer elemento de relevancia empleando el magnetismo, lo que llevo a la precisión en áreas como la navegación.

El conocimiento del magnetismo se mantuvo rezagado a los imanes hasta el descubrimiento de Orsted, quien descubrió que un hilo conductor sobre el que circula una corriente que ejercía una perturbación magnética a su alrededor, llegaba a poder mover una aguja magnética situada en ese entorno. Esto motivo a Ampère al desarrollo de manera experimental a lo que hoy conocemos como Teoría del Electromagnetismo, centrada en la Ley de Ampère que relaciona un campo magnético estático con la corriente eléctrica estacionaria que lo causa. A su vez, Gauss establece que el flujo de ciertos campos a través de una superficie cerrada es proporcional a la magnitud de las fuentes de dicho campo que hay en el interior de la superficie; Faraday enunció una ley en la que demostraba que el voltaje inducido es directamente proporcional a la velocidad con que cambia el flujo magnético que atraviesa una superficie, es decir, la fuerza electromagnética inducida en cualquier circuito cerrado es igual al negativo de la velocidad del tiempo del tiempo del flujo magnético encerrado por el circuito. Estos aspectos se sintetizaron en las ecuaciones de Maxwell que unifican el magnetismo y la electricidad, creando así el electromagnetismo, llegando hasta nuestros días.

2. Descripción de la ley de inducción electromagnética

La ley de inducción electromagnética, o simplemente Ley de Faraday, establece que la tensión inducida en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito. La ley de Faraday es una relación fundamental con las ecuaciones de Maxwell, sirve como un sumario de las formas en que puede generarse un voltaje o fuerza electromotriz, por medio del cambio del entorno magnético. La fem inducida en una bobina es igual al negativo de la tasa de cambio del flujo magnético multiplicado por el número de vueltas de la bobina.

2.1 Aportes de Michael Faraday

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Fuente: https://www.lifeder.com/aportaciones-michael-faraday/

Dentro de las aportaciones que realizo Michael Faraday se pueden destacar las siguientes:

• Ley de Inducción Electromagnética.
• Jaula de Faraday, en la cual se observó que el exceso de carga en un conductor cargado reside en el exterior sin influir lo que se encuentre en su interior.
• Descubrió el diamagnetismo y paramagnetismo, en la cual todos los materiales presentaban una débil repulsión hacia los campos magnéticos.
• Efecto Faraday, causa la rotación de un plano de polarización el cual es linealmente proporcional al componente del campo magnético en la dirección de propagación.
• Licuefacción de un gas y refrigeración.
• Descubrió el benceno.
• Leyes de la electrolisis.
• Entre otros.

3. Descripción y comentarios de la Ley de Ampère y Ley de Lenz

Ley de Ampère

En el magnetismo, esta ley representa un papel análogo a la ley de Gauss en electrostática, descubierta por André Marie Ampère en 1831, la cual relaciona el campo magnético estático con la causa que la produce, es decir, una corriente eléctrica estacionaria. James Clerk Maxwell le realizó correcciones y ahora es una de las ecuaciones de Maxwell, formando parte del electromagnetismo de la física clásica.

La circulación de la intensidad del campo magnético en un contorno cerrado es igual a la suma algebraica de las corrientes encerradas o enlazadas por el contorno multiplicadas por la permeabilidad del espacio libre.

El campo magnético es un campo angular con forma circular, cuyas líneas encierran la corriente. La dirección del campo en un punto es tangencial al círculo que encierra la corriente. El campo magnético disminuye inversamente con la distancia al conductor.

Matemáticamente la Ley de Ampère es:

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En la cual: B es el campo magnético; dl es el segmento infinitesimal del trayecto de integración; µo es la permeabilidad del espacio libre; y Ienc es la corriente encerrada por el trayecto.

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Se definirá el sentido del campo magnético empleando la regla de la mano derecha.

Fuente: http://www2.montes.upm.es/dptos/digfa/cfisica/magnet/ampere.html 

Ley de Lenz

Esta ley, para el campo electromagnético relaciona cambios producidos en el campo eléctrico por un conductor con la propiedad de variar el flujo magnético, y afirma que las tensiones o voltajes aplicados a un conductor, generan una F.E.M. (fuerza electromotriz) que se opone al paso de la corriente que la produce. Esta ley se llama así en honor al físico Heinrich Lenz, formulado en 1834.

La ley de Lenz establece que: "El sentido de las corrientes o fuerza electromotriz inducida es tal que se opone siempre a la causa que la produce, o sea, a la variación del flujo"; lo que se resume como: el “voltaje inducido actúa para producir un flujo opuesto” (p. 307 Teoría Electromagnética, William Hayt). El efecto de la ley de Lenz se emplea para predecir la polaridad de los voltajes inducidos en los devanados del transformador.

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Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ley_de_lenz.gif

4. Descripción del concepto de circuitos magnéticos.[pic 5]

Podemos decir que un circuito magnético es un dispositivo en el cual las líneas de fuerza del campo magnético se hallan canalizadas trazando un camino cerrado o una trayectoria cerrada en la que se encuentra confinado un flujo magnético.

En un circuito eléctrico sencillo como el de la figura, la fuente de voltaje V genera una corriente I a lo largo de la resistencia R. La relación entre estas cantidades está dada por la ley de Ohm:

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