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jueves, 29 de marzo de 2018

Electricidad: Magnetismo y Electromagnetismo (y Parte 2ª)



Electromagnetismo

El experimento de Oersted

Durante mucho tiempo la electricidad y el magnetismo se consideraron como fenómenos independientes, pero el físico danés Oersted descubrió que esto no era así, sino que ambos estaban fuertemente relacionados. Todos los fenómenos que engloban a ambas materias, formarán parte del electromagnetismo.

Principios de siglo XIX: Primeras investigaciones

Las primeras investigaciones sobre máquinas eléctricas tienen lugar con los primeros trabajos de Faraday y Pixii (1832).

Las investigaciones de Pacinotti (1861) y Siemens (1866), dan pie a la invención posterior de la dinamo de inducido de anillo por Gramme (1869). La configuración actual se basa en el inducido de tambor, inventado por Hefner-Ateneck (1872), y en los devanados ondulados introducidos por Arnold (1891).

Oersted realizó un experimento que prueba la dependencia de la electricidad y el magnetismo:


Definición

El campo electromagnético es el campo magnético que ha sido provocado por una corriente eléctrica.

La región del espacio que rodea al conductor donde se manifiestan las fuerzas electromagnéticas es el campo electromagnético. En este post veremos el campo producido por:

·         Una corriente eléctrica que circula por un conductor rectilíneo.
·         Una corriente circular.
·         Una bobina.

Campo producido por una corriente eléctrica al circular por un conductor rectilíneo


Imaginemos un conductor vertical que atraviesa una cartulina que contiene limaduras de hierro.

Si hacemos circular por el conductor una corriente i, las limaduras se dispondrán en circunferencias concéntricas con el conductor, señalando las líneas de fuerza del campo electromagnético.

Campo producido por una corriente circular


Haciendo circular una corriente i por un conductor circular o espira, las líneas del campo electromagnético serán curvas cerradas que envuelven el conductor y tienden a pasar por el interior de la espiral en un mismo sentido.

Campo creado por una bobina


La bobina o solenoide está constituida por un conductor arrollado sobre él mismo, formando un conjunto de espiras circulares dispuestas unas a continuación de las otras.

En cada espira se forma un campo magnético similar al de un conductor circular, sumándose las acciones electromagnéticas, como si se tratara de un imán.

Conclusión

Como hemos podido ver la creación de un campo magnético no es privilegio exclusivo de los imanes.


Las corrientes eléctricas crean también alrededor de los conductores una fuerza que se comporta exactamente igual que los campos magnéticos de los imanes.

Intensidad del campo electromagnético

La intensidad del campo (H) determina la acción electromagnética asociada a cada punto del mismo.

No es uniforme, varía con la distancia al conductor, de forma que cuanto mayor sea la distancia de un punto al conductor, menor será la intensidad en dicho punto.



Aplicando la ley de Ampere podemos calcular la intensidad de campo H.

N = nº de vueltas del conductor alrededor del núcleo
i = corriente (A)
H = intensidad electromagnética (G)
l = longitud (cm)

Para un conductor


I = Intensidad de la corriente (A)
d = Distancia del punto al conductor (cm)

Para una bobina

N = nº de espiras o vueltas del conductor
I = Intensidad de la corriente (A)
L = Longitud de la bobina (cm.)

Llamamos al producto (N · I) amperivueltas de la bobina o solenoide.

Para una bobina toroidal



N = nº de espiras o vueltas del conductor

I = intensidad de la corriente (A)
R = radio de la circunferencia media del anillo (cm.)

Inducción electromagnética

La inducción del campo electromagnético B, se obtiene multiplicando la intensidad por la permeabilidad magnética del material.


Así, un campo electromagnético en el interior de un núcleo de hierro genera una inducción mucho mayor, que ese mismo campo, en el aire.

Esto es debido a que el hierro ofrece mayor permeabilidad que el aire al paso de las líneas de fuerza del campo magnético.

El electroimán: Descripción

El electroimán está formado por un núcleo de hierro sobre el que se arrolla un conductor de cobre aislado en forma de solenoide.


Al someter una barra de hierro dulce a la acción de un campo magnético, ésta se imanta mientras el campo existe.

Si hacemos lo mismo con un acero, tal imantación será permanente, es decir, se convertirá en un imán aunque deje de estar bajo la acción del campo magnético.

Este campo puede crearse por la circulación de corriente a través de un conductor o bien por un imán.

Aplicaciones del electroimán

La propiedad de imantarse o desimantarse al circular o no la corriente, tiene multitud de aplicaciones:

·         Interruptor automático
·         Timbre eléctrico (*)
·         Relés (**)
·         Cierres de seguridad, puertas ascensores.
·         Etc.

(*)Timbre eléctrico


Cuando se cierra el circuito eléctrico, mediante el pulsador, la corriente de la batería pasa por las bobinas del electroimán, éste se excita y atrae a la armadura obligando a que el martillo choque contra la campana del timbre.

Al mismo tiempo cesa el contacto entre la lámina elástica y el tornillo de contacto, con lo cual se interrumpe la corriente y el muelle devuelve a la armadura a su posición de reposo.

Nuevamente, la corriente se restablece y la armadura vuelve a ser atraída; con ello, se interrumpe la corriente y se separa la armadura del electroimán, y así sucesivamente.

De esta manera se produce en el timbre una serie de choques muy seguidos durante todo el tiempo que se está apretando el pulsador.

(**) Relés

Su finalidad es la de cerrar o abrir unos contactos que gobiernan la corriente de un circuito, al ser activado por la corriente de otro circuito.

En principio un relé se compone de una parte fija y otra móvil, denominada armadura, la cual lleva unos contactos que al desplazarse con relación a otros contactos dispuestos en la parte fija, abren o cierran los circuitos. 


Corrientes inducidas: Ley de Faraday y Lenz

Fundamentos

Los fenómenos electromagnéticos son reversibles, es decir, una corriente puede originar un campo magnético, y del mismo modo un campo magnético puede producir una corriente.

Esta corriente inducida fue descubierta por Faraday en 1831.



Introduciendo el imán en la bobina, aparece una corriente por ésta, y así lo marca el galvanómetro.




La corriente inducida dura mientras el imán se mueve.

Cuando se introduce el imán el sentido de la corriente desvía la aguja del galvanómetro a la derecha, mientras que al sacarlo, la aguja se desvía a la izquierda.

 Ley de Faraday

Según la ley de Faraday sobre todo conductor sometido a una variación del campo magnético aparece:

·         una corriente inducida, si el conductor está cerrado
·         una tensión o fuerza electromotriz entre sus extremos, si está abierto.





Al desplazar el conductor hacia arriba, lo sometemos a un campo magnético exterior diferente.

Esta variación del campo origina en el conductor una corriente inducida que el galvanómetro medirá.


 Regla de la mano derecha

Regla de la palma derecha para determinar la dirección de la fuerza electromotriz debida al movimiento de una carga positiva en un campo magnético.

Ley de Lenz


Según la Ley de Lenz toda corriente inducida tiene un sentido tal que tiende a oponerse, con sus efectos magnéticos a la causa que la produce.


El campo magnético del imán y el campo magnético creado en la bobina tienen sentidos contrarios, o sea se oponen entre sí.



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