El campo magnético
Es una región de espacio en la cual una carga eléctrica puntual de valor q, que se desplaza a una velocidad
F=qv X B
Donde F es la fuerza, v es la velocidad y B el campo magnético, también llamado inducción magnética y densidad de flujo magnético. (Nótese que tanto F como v y B son magnitudes vectoriales y el producto vectorial tiene como resultante un vector perpendicular tanto a v como a B).
La existencia de un campo magnético se pone de relieve gracias a la propiedad localizada en el espacio de orientar un magnetómetro (laminilla de acero imantado que puede girar libremente). La aguja de una brújula, que evidencia la existencia del campo magnético terrestre, puede ser considerada un magnetómetro.
Definición de electromagnetismo
El electromagnetismo es una rama de la física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos. Estos dos fenómenos se unen en una sola teoría, ideada por Faraday, y se resumen en cuatro ecuaciones vectoriales que relacionan campos eléctricos, campos magnéticos y sus respectivas fuentes, conocidas como las ecuaciones de Maxwell.
El electromagnetismo es una teoría de campos, es decir, las explicaciones y predicciones que provee se basan en magnitudes físicas cuya descripción matemática son campos vectoriales dependientes de la posición en el espacio y del tiempo. El electromagnetismo estudia los fenómenos físicos en los cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, así como los relativos a los campos magnéticos y a sus efectos sobre diversas sustancias sólidas, líquidas y gaseosas.
- Dispositivos Electromagnéticos
El termino, dispositivo electromagnético, se refiere a cualquier elemento que ya sea produce electricidad usando campos magnéticos, es impulsado por campos magnéticos o es magnetizado por electricidad. Dispositivos alimentados por un campo magnético son clasificados como motores eléctricos o solenoides. Generadores eléctricos y alternadores son dispositivos electromagnéticos que producen electricidad usando campos magnéticos. Electroimanes y bobinas electromagnéticas conforman al tercer grupo de dispositivos electromagnéticos.
Cuando nos referimos a un dispositivo electromagnético que esta alimentado por campos magnéticos, hay dos ramas básicas: el motor y el solenoide.
El motor usa corriente eléctrica para generar campos magnéticos dentro de las bobinas para hacer girar el eje del motor en su propio eje.
El solenoide funciona en solo dos direcciones de movimiento. Cuando las bobinas del solenoide están eléctricamente cargadas, el eje se mueve dentro o fuera de la bobina, dependiendo de la orientación magnética de la propia bobina. En algunos casos, el movimiento de la bobina puede ser asistida por un resorte.
Un ejemplo de aplicación de un solenoide es su uso en la operación de mecanismos con tiempo de cerrado (bloqueo) en áreas de alta seguridad, como las cajas fuertes de los bancos. Cuando estos solenoides están recibiendo energía, el eje se mantiene en las bobinas. Cuando el contador de tiempo corta la energía de las bobinas, un resorte empuja al eje fuera de la bobina hacia la posición de cerrado.
Otro grupo de dispositivos electromagnéticos incluye aquellos en los cuales se genera electricidad a partir de corrientes magnéticas. La forma mas simple de un alternador o generador es en realidad un motor eléctrico. En lugar de usar una batería para dar energía al motor, el eje es rotado manualmente. El alternador es distinguible del generador solo por sus partes que se mueven y su salida eléctrica (potencia eléctrica). Los alternadores producen una corriente alterna (AC) haciendo girar imanes a través de bobinas.
Un tercer grupo de dispositivos que pueden llamarse dispositivos electromagnéticos incluyen a cualquier elemento que es magnetizado por electricidad. Por lo tanto los rollos de alambre de el motor eléctrico y el generador pueden por si solos ser clasificados como dispositivos electromagnéticos. Otros dispositivos que entran dentro de esta categoría son los grandes electroimanes usados en el rescate de automoviles y las bobinas electromagnéticas utilizadas en el sistema de encendido en algunos automóviles.
La histéresis magnética
Fenómeno que permite el almacenamiento de información en los imanes de los discos duros o flexibles de los ordenadores: el campo induce una magnetización en el pequeño imán, que se codifica como un 0 o un 1. Esta codificación permanece en ausencia de campo, y puede ser leída posteriormente, pero también puede ser invertida aplicando un campo en sentido contrario.
Para poder conocer el ciclo de histéresis de un material, se puede utilizar el magnetómetro de Köpsel, que se encarga de proporcionarle al material ferromagnético los cambios senoidales de la corriente eléctrica para modificar el sentido de los imanes.
En electrotecnia se define la histéresis magnética como el retraso de la inducción respecto al campo que lo crea.
Inducción electromagnética
Cuando movemos un imán permanente por el interior de las espiras de una bobina solenoide (A), formada por espiras de alambre de cobre, se genera de inmediato una fuerza electromotriz (FEM), es decir, aparece una corriente eléctrica fluyendo por las espiras de la bobina, producida por la “inducción magnética” del imán en movimiento. Si al circuito de esa bobina (A) le conectamos una segunda bobina (B) a modo de carga eléctrica, la corriente al circular por esta otra bobina crea a su alrededor un “campo electromagnético”, capaz de inducir, a su vez, corriente eléctrica en una tercera bobina. |  |
Por ejemplo, si colocamos una tercera bobina solenoide (C) junto a la bobina (B), sin que exista entre ambas ningún tipo de conexión ni física, ni eléctrica y conectemos al circuito de esta última un galvanómetro (G), observaremos que cuando movemos el imán por el interior de (A), la aguja del galvanómetro se moverá indicando que por las espiras de (C), fluye corriente eléctrica provocada, en este caso, por la “inducción electromagnética” que produce la bobina (B). Es decir, que el “campo magnético” del imán en movimiento produce “inducción magnética” en el enrollado de la bobina (B), mientras que el “campo electromagnético” que crea la corriente eléctrica que fluye por el enrollado de esa segunda bobina produce “inducción electromagnética” en una tercera bobina que se coloque a su lado. |
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El campo magnético del imán en movimiento dentro de la bobina solenoide (A), provoca que, por.“inducción magnética”, se genere una corriente eléctrica o fuerza electromotriz (FEM) en esa bobina. Si.instalamos al circuito de (A) una segunda bobina (B), la corriente eléctrica que comenzará a circular por.sus espiras, creará un “campo electromagnético” a su alrededor, capaz de inducir, a su vez, pero ahora.por “inducción electromagnética”, una corriente eléctrica o fuerza electromotriz en otra bobina (C). La.existencia de la corriente eléctrica que circulará por esa tercera bobina se podrá comprobar con la ayuda.de un galvanómetro (G) conectado al circuito de esa última bobina. | ||
- Aplicaciones de Inducción Electromagnética
Antes del descubrimiento de la inducción electromagnética , la única fuente de energía era la pila de Volta o la de Daniell, que producían energía cara y en pequeñas cantidades.
Gracias a la inducción electromagnética, una gran cantidad de trabajo mecánico puede transformarse en energía eléctrica de forma rápida y económica, induciendo una corriente en un circuito.
Algunos fenómenos basados en la inducción electromagnética son el funcionamiento de generadores y motores eléctricos.
Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos, llamados polos, terminales o bornes. Los generadores eléctricos son máquinas destinadas a transformar la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada también estátor).
Un generador eléctrico es un dispositivo de una instalación eléctrica que transforma una determinada forma de energía en energía eléctrica. Si el generador produce corriente eléctrica continua suele recibir el nombre de dinamo y, si produce corriente alterna, se le llama alternador.
En las centrales eléctricas se produce energía eléctrica a gran escala utilizando una fuerza electromotriz para mover una turbina unida a un generador eléctrico (alternador). La fuerza que mueve las turbinas puede provenir del agua, el vapor, el viento, etc. Según la fuente de energía primaria que se transforma en energía eléctrica, existen distintos tipos de centrales:
Hidroeléctricas: Las turbinas son movidas por el agua que cae por un desnivel. La energía primaria es energía mecánica (energía potencial del agua).
Térmicas: Las turbinas son movidas por vapor. El calor necesario para obtener vapor procede de la combustión de materiales fósiles, como carbón, petróleo o gas natural.
Nucleares: Las turbinas son movidas por vapor, que se obtiene de la fisión nuclear en un reactor, (energía nuclear).
Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. Algunos de los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores.Son ampliamente utilizados en instalaciones industriales, comerciales y particulares. Pueden funcionar conectados a una red de suministro eléctrico o a baterías. Así, en automóviles se están empezando a utilizar en vehículos híbridos para aprovechar las ventajas de ambos.
Los motores de corriente alterna y los de corriente continua se basan en el mismo principio de funcionamiento, el cual establece que si un conductor por el que circula una corriente eléctrica se encuentra dentro de la acción de un campo magnético, éste tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético.
El conductor tiende a funcionar como un electroimán debido a la corriente eléctrica que circula por el mismo adquiriendo de esta manera propiedades magnéticas, que provocan, debido a la interacción con los polos ubicados en el estátor, el movimiento circular que se observa en el rotor del motor.
Partiendo del hecho de que cuando pasa corriente por un conductor produce un campo magnético, además si lo ponemos dentro de la acción de un campo magnético potente, el producto de la interacción de ambos campos magnéticos hace que el conductor tienda a desplazarse produciendo así la energía mecánica. Dicha energía es comunicada al exterior mediante un dispositivo llamado flecha.
Bibliografía
http://es.wikipedia.org/wiki/Generador_el%C3%A9ctrico
http://www.wisegeek.com/what-are-the-different-types-of-electromagnetic-device.htm
http://www.voltimum.es/news/7509/cm/aplicaciones-de-la-induccion-electromagnetica.html
http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9ctrico
http://www.mitecnologico.com/Main/DefinicionElectromagnetismo
http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_induc_elecmagnetica/ke_induc_elecmagnetica_1.htm
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es.wikipedia.org/wiki/Campo_magnético
. En ingeniería eléctrica se usa "j" en lugar de "i" para evitar las confusiones que se producirían con el mismo símbolo que se usa para designar la intensidad de la corriente eléctrica.
da la parte real del número complejo "z"
es un número complejo con:
y así estas ecuaciones se convierten en algebraicas mediante fasores.
