Electricidad y Magnetismo

¿Qué es el magnetismo?

El magnetismo es el método más común para producir la electricidad que se utiliza como corriente eléctrica.

Se explica el fenómeno por el que los materiales ejercen fuerzas de atracción o repulsión a otros materiales.

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MAGNETISMO

En tiempos antiguos los griegos descubrieron cierta clase de piedra, cerca de la ciudad de Magnesia en Asia Menor, que tenía la propiedad de atraer y recoger trozos de hierro. La piedra que descubrieron era en realidad un tipo de material llamado “magnetita”, cuya propiedad de atracción se denominó “magnetismo”. Las rocas que contienen este poder de atracción se denominaron imanes naturales. La propiedad de atracción se denominó “magnetismo”.

Los imanes naturales tuvieron poco uso hasta que se descubrió que, si se los dejaba girar libremente, se orientaban siempre hacia el Norte. Los chinos los sujetaban de un cordel y los llamaban “piedras guías” y los marinos los hacían flotar en un cubo con agua. Al acercar un imán natural a un trozo de hierro, se descubrió que éste adquiere magnetismo luego de estar en contacto. Los imanes artificiales también pueden hacerse mediante electricidad.

Generación de Electricidad

Los principios de generación de electricidad, son los mismos que se aplican en gran escala para alimentar a las ciudades y grandes industrias.

• Moviendo un imán junto a un conductor
• Moviendo un conductor hacia adelante y hacia atrás junto a un imán

MOVIENDO UN IMÁN JUNTO A UN CONDUCTOR

Uno de los métodos por los cuales el magnetismo produce electricidad, es mediante el movimiento de un imán frente a un conductor estacionario. Si se conecta un instrumento de medición muy sensible en los extremos de un conductor fijo y se hace pasar entonces un imán cerca del conductor, la aguja del instrumento se desviará. Esta desviación indica que se ha producido electricidad en el conductor. Repitiendo el movimiento y observando atentamente el instrumento, verá que la aguja sólo se desplaza cuando el imán pasa cerca del conductor. Colocando el imán cerca del conductor y dejándolo en reposo, no se observará ninguna desviación en el instrumento. Sin embargo, si se cambia de posición del imán, la aguja indicadora se desvía. Esto muestra que el imán y el conductor no son capaces de producir electricidad por sí solos. Para que la aguja se desvíe es necesario que el imán se mueva junto al conductor. El movimiento es necesario porque el campo magnético que rodea al imán sólo produce corriente eléctrica en el conductor cuando el campo magnético se desplaza transversalmente al conductor. Cuando el imán y su campo están estacionarios, el campo no se desplaza a través del conductor y no producirá movimiento de electrones.

MOVIENDO UN CONDUCTOR HACIA ADELANTE Y HACIA ATRÁS JUNTO A UN IMÁN

Hemos visto que al mover un imán cerca de un conductor, la electricidad sólo se producía mientras el imán y su campo se movían junto al conductor. Si se mueve el conductor junto a un imán en reposo, también se observará una desviación en la aguja del instrumento. Esta desviación sólo se producirá mientras el conductor se esté moviendo a través del campo magnético. Para emplear el magnetismo con el fin de producir electricidad, usted puede mover un campo magnético a través de un conductor o mover éste a través de un campo magnético. Sin embargo, para obtener una fuente continua de electricidad tendrá que mantener un movimiento permanente en el conductor o en el campo magnético. Para que el movimiento sea permanente habrá que desplazar continuamente hacia delante y hacia atrás al conductor o al campo magnético. Una manera más práctica es hacer que el conductor viaje en forma circular a través del campo magnético. Este método de producir electricidad, donde el conductor viaja circularmente junto a los imanes constituye el principio de la dínamo eléctrica y es la fuente de la mayor parte de la electricidad que se usa como corriente eléctrica.

Campos Electromagnéticos

Así como el magnetismo produce electricidad, con electricidad se puede producir un campo magnético

 

El campo electromagnético es un campo magnético producido por el paso de corriente en un conductor. Siempre que hay flujo de corriente, existe un campo magnético en torno al conductor, y la dirección de este campo depende del sentido de la corriente eléctrica. El sentido del campo magnético es contrario al de las agujas del reloj

Si se desea aumentar la potencia del campo magnético de la espira, puede arrollar el alambre varias veces, formando una bobina. Entonces los campos individuales de cada vuelta estarán en serie, formando un fuerte campo magnético dentro y fuera de la bobina. En los espacios comprendidos entre las espiras, las líneas de fuerza están en oposición y se anulan las unas a las otras. La bobina actúa como una barra imantada poderosa, cuyo polo norte es el extremo desde el cual salen las líneas de fuerza.

Agregando más vueltas a una bobina transportadora de corriente se aumenta el número de líneas de fuerza, haciendo que actúe como imán más fuerte. El aumento de la corriente también refuerza el campo magnético, de manera que los electroimanes potentes tienen bobinas de muchas vueltas y transportan toda la corriente que permite el alambre. Para comparar bobinas que tengan el mismo núcleo o núcleos similares se utiliza una unidad que se denomina amper-vuelta. Esta unidad es el producto de la intensidad de corriente en amperes por el número de vueltas de alambre.

Para aumentar todavía más la densidad de flujo, se inserta en la bobina un núcleo de hierro. La densidad de flujo aumenta considerablemente porque el núcleo de hierro ofrece mucha menos reluctancia (oposición) a las líneas de fuerza que el aire.

Ley de Oersted-Ampere

Establece la relación entre la corriente eléctrica y la generación de un campo magnético. La ley de Oersted-Ampere establece que un conductor que lleva una corriente eléctrica produce un campo magnético alrededor de él, como se muestra en la figura. De esta forma se relaciona una cualidad eléctrica (corriente) con una magnética (campo magnético).

La intensidad o fuerza del campo magnético (Ф) varía en forma directamente proporcional con la magnitud de la corriente. Esto es, a mayor corriente eléctrica (I), mayor intensidad del campo magnético (Ф).

Además, la intensidad del campo magnético varía inversamente con la distancia (D).. Esto significa que a mayor distancia del conductor al campo magnético, la intensidad del campo es menor.

Ejemplo:

Si tenemos 230 Voltios en un punto determinado y queremos transportar esa energía a 5 km del local, sea cual sea el conductor para su transporte, nunca tendremos la intensidad final igual que al inicio o generador.

POLARIDAD

El sentido del campo magnético depende del sentido de la corriente (I). Si se invierte el sentido de la corriente se invierte la polaridad del campo.

Sentido del Campo Magnético La “Regla de la Mano Derecha” permite determinar el sentido del campo magnético. Ésta establece que al colocar el dedo pulgar en la dirección de la corriente eléctrica, el sentido en que se enrollan los demás dedos indicará el sentido del campo magnético.

Campo Magnético en una Espira y en una Bobina

Los conductores forman bobinas al agruparlas en forma de espiras. Así, un caso de particular interés es el campo magnético que se produce al circular corriente a través de una espira. Primeramente, partamos de una espira como la que se muestra en la figura de la izquierda. Si se le aplica una corriente que circule del extremo inferior al superior, se producirá un campo magnético cuyo sentido estará definido por la regla de la mano derecha. Así, en la espira se producirá un campo magnético con un polo norte (N) y uno sur (S).

Una bobina está formada por el agrupamiento de varias espiras. Así, el campo magnético de una bobina será igual a la suma de los campos magnéticos que produce cada una de las espiras. Al estar todas las espiras conectadas en serie, a través de cada una de ellas estará fluyendo la misma corriente, por lo tanto, la intensidad del campo que produce la bobina será la suma del campo magnético producido por cada espira.

Reluctancia Magnética

La oposición al flujo magnético que presenta un material, se denomina reluctancia. Mientras menor sea la reluctancia que presente el material, mayor será el flujo magnético que se genere. En la figura siguiente se muestra la comparación del campo magnético producido por una bobina con núcleo de aire y el campo magnético producido por una bobina de núcleo de hierro (considere que ambas tienen el mismo número de espiras y circula la misma cantidad de corriente). En el caso del núcleo de hierro se tiene una mayor intensidad de campo magnético debido a que el hierro presenta una menor oposición a las líneas de flujo magnético que el aire

Si la bobina es alimentada con una corriente de magnitud variable (corriente alterna), la bobina generará un campo magnético variable tanto en magnitud como en polaridad.

Ley de Inducción de Faraday

Principios físicos muy utilizados que permiten entender los fenómenos relacionados con la electricidad y la operación de las máquinas eléctricas

La ley de la inducción electromagnética de Faraday dice que si se tiene un conductor en un campo magnético variable, éste produce un voltaje. El voltaje provocado, no dependerá de la magnitud del campo magnético, sino de la razón con que cambia. Así, una rápida variación de flujo magnético producirá un voltaje inducido alto.

También se inducirá un voltaje si en lugar de un conductor se tiene una espira en el campo magnético variable.

Ante variaciones del campo magnético, se inducirá un voltaje.

Si se tienen varias espiras conectadas en serie (una bobina) dentro de un campo magnético variable, el voltaje inducido en la bobina será la suma de los voltajes inducidos en cada espira. Así, a mayor número de espiras, el voltaje inducido será mayor.

A mayor cantidad de espiras, mayor voltaje.

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