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
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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