electromagnetismo educación secundaria

1. ELECTROMAGNETISMO
IMANES. TIPOS. CAMPO MAGNÉTICO
Los imanes son materiales que atraen el hierro, al níquel o al cobalto, y a algunas de
sus aleaciones. Según su origen, los imanes pueden ser naturales, como la magnetita
(Fe3O4), un óxido de hierro que da nombre al fenómeno, o artificiales. Estos últimos pueden
ser permanentes o temporales:
- Los imanes temporales sólo se comportan como tales por inducción de un campo
magnético creado por otro imán o por la corriente eléctrica. Se construyen de hierro
dulce (hierro con menos del 0,1% de carbono).
- Los imanes permanentes conservan sus propiedades magnéticas al cesar la acción
externa. Se fabrican con acero y con aleaciones entre el hierro y otros metales
ferromagnéticos (Ni y Co).
Cuando se
deja girar
libremente un imán, los polos se orientan según los meridianos terrestres. Se denomina
polo norte (N) del imán al que señala al norte, y polo sur (S) al opuesto. Por lo tanto, la
Tierra en su conjunto se comporta como un imán: en las proximidades del polo norte
geográfico se encuentra el polo sur del campo magnético terrestre.
Las propiedades magnéticas de los imanes se manifiestan de forma más intensa en
sus extremos, los denominados polos.
Se denomina campo magnético de un imán a la zona en la que se manifiestan las fuerzas de
atracción o repulsión que dicho imán ejerce sobre otros cuerpos.
ELECTROIMANES
En 1819 el físico danés Hans C. Oersted observó que la corriente eléctrica que
pasaba por un conductor de cobre podía desviar una brújula que se encontrarse a corta
distancia como si se tratase de un imán. Cuando pasa corriente por el cable, la aguja de la
brújula se desvía de su posición N-S normal.
Las cargas eléctricas en movimiento originan en sus proximidades campos magnéticos.
La aplicación más sencilla de este enunciado es el solenoide. Consiste en una
bobina de hilo conductor recubierto de barniz u otro material aislante. Cada vuelta se
denomina espira. Cuando la corriente pasa por el conductor, el solenoide se comporta como
un imán, atrayendo al hierro, pero deja de hacerlo al cortar la corriente.
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2. La intensidad del campo magnético creado depende de la intensidad de corriente
eléctrica que atraviesa el conductor y del número de espiras de a bobina.
Para aumentar la intensidad de este campo magnético, el enrollamiento se hace
sobre un núcleo de hierro dulce, llamando al conjunto electroimán.
APLICACIONES DEL ELECTROMAGNETISMO
Los electroimanes y solenoides tienen un gran uso en la industria y la tecnología: relés,
motores, generadores, transformadores, altavoces, micrófonos, …
RELÉ
Un relé es un interruptor. Este interruptor se mueve por la acción de un electroimán.
Cuando una pequeña corriente circula por la bobina, produce una campo magnético que
magnetiza su núcleo de hierro. Este atrae al hierro inducido que fuerza a los contactos a
desplazarse. Cuando la corriente se desconecta, los contactos del interruptor vuelven a
separarse.
El relé es un elemento muy importante en los
circuitos eléctricos y electrónicos porque gracias a él
podremos activar o desactivar un circuito sin tener
que realizar ningún contacto directo sobre el mismo.
Por ejemplo, sería muy peligroso que cada
vez que tocamos el pulsador del ascensor nuestro
dedo activase directamente un motor, ya que trabaja
con voltajes peligrosos para nosotros. Si cuando
activamos el pulsador del ascensor activamos un
relé, será este último el que cerrará el circuito eléctrico que activará el motor del ascensor.
Nosotros no corremos ningún peligro ya que no realizamos ningún contacto directo con el
circuito principal.
MOTORES ELÉCTRICOS
El efecto motor básico se debe a los efectos combinados del campo magnético de un
imán y el de una corriente eléctrica.
Todos los motores eléctricos están divididos en dos partes:
• Rotor, que es la parte que gira
• Estátor, que es la parte fija, que no se mueve y está unida a la carcasa
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3. Normalmente es el estátor el inductor del movimiento, y el rotor el inducido, aunque
puede ser a la inversa. El inductor genera un campo magnético por medio de varios imanes
o de una o varias bobinas por las que pasa corriente.
El inducido está formado por una o varias bobinas que están dentro del campo
magnético creado por el inductor.
El funcionamiento de un motor eléctrico de corriente continua en que el inductor esta
en el estator y el inducido en el rotor es:
1. El inductor esta generando un campo magnético a partir de imán (campo magnético
fijo).
2. Cuando circula corriente por el inducido, el rotor se magnetiza (tiene un polo norte y
un polo sur fijos). Entre los polos norte y sur del estátor y del rotor se genera una
repulsión magnética que pone en movimiento el rotor, girando.
3. Cuando el rotor da media vuelta, cambia la polaridad de su circuito eléctrico,
cambiando por tanto la polaridad del campo magnético del inducido, por lo que los
campos magnéticos se vuelven a repeler.
GENERADORES DE CORRIENTE ELÉCTRICA
Si una corriente eléctrica genera un campo magnético, ¿puede un campo magnético
generar una corriente eléctrica?. La respuesta es si. Este fenómeno se denomina inducción
electromagnética.
Cuando varía el flujo magnético que atraviesa un circuito, se induce una f.e.m. en dicho
circuito, que es proporcional a la velocidad con que varía dicho flujo. (Ley de Faraday)
El campo magnético que induce una corriente eléctrica debe ser
variable, para lo cual o bien se mueve el imán o bién se mueve el
circuito (conductor).
La principal aplicación práctica de este fenómeno son los generadores de
corriente, pero tiene otras muchas como los transformadores.
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4. El principio de funcionamiento de un generador o de una dinamo se basa en la
generación de una f.e.m. (fuerza electromotriz) debido al movimiento de un cable conductor
en el seno de un campo magnético.
Los generadores de electricidad son muy parecidos en su estructura a los motores
eléctricos. Los generadores de corriente continua son idénticos a los motores de corriente
continua, en cambio los de alterna varían más su estructura.
Cuando al girar el cable conductor en el interior del campo magnético la posición de
la espira de cable es paralela a las líneas del campo magnético la f.e.m. es máxima, en
cambio cuando es perpendicular es cero.
TRANSFORMADOR
La aplicación simultanea de los expuesto anteriormente, de cómo
se genera un campo magnético a partir de una corriente eléctrica y como
se genera una corriente eléctrica a partir de un campo magnético
(inducción electromagnética), es el transformador.
En un transformador, primero se genera un campo magnético en
un solenoide o en un electroimán, ese campo magnético induce una
corriente eléctrica en otro solenoide o electroimán.
La inducción solo se genera cuando se produce una variación del
campo magnético que influye sobre un circuito. En un generador este
cambio era debido al movimiento del imán/electroimán o del circuito. En
un transformador esto es producido por una corriente alterna, que cambia
continuamente de dirección y valor, por lo que genera un campo
magnético que también varía de polaridad e intensidad, debido a lo cual
induce una corriente eléctrica.
En un transformador hablamos de solenoide primario (donde se
genera el campo magnético) y solenoide secundario donde se induce la
corriente eléctrica. Si a ambos solenoides se les introduce un núcleo de hierro dulce,
potenciamos el efecto del sistema.
La función de un transformador es aumentar o disminuir el valor de una tensión alterna. El valor
de la tensión alterna de entrada será diferente que el de salida.
Este comportamiento viene determinado por el número de espiras de cada una de las
bobinas o solenoides.
Tensión alterna de entrada = Número de espiras de la bobina primaria , V1 = n1
Tensión alterna de salida Número de espiras de la bobina secundariaV2 n2
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5. I iteoría, si no existiesen perdidas, la potencia de entrada y la potencia de salida serían
iguales: Ie x Ve = Is x Vsk
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