Electromagnetismo Esencial: Conceptos Fundamentales y Aplicaciones Prácticas
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Magnetismo: Fundamentos y Propiedades
El magnetismo es el conjunto de fenómenos relativos a los imanes. Los imanes son sustancias que pueden atraer otras sustancias magnéticas, como el hierro.
Clasificación de los Imanes
- Imanes naturales.
- Imanes artificiales: temporales o permanentes.
Magnetización de Sustancias
Una sustancia se puede magnetizar si:
- Las sustancias magnéticas se frotan con magnetita.
- Las sustancias magnéticas se someten a una corriente eléctrica.
Los Polos de un Imán
Los polos de un imán son los extremos de este. Una de sus características es que los polos de igual signo se repelen, y los polos de distinto signo se atraen. Otra característica importante es que no se pueden separar.
Campo Magnético y Fuerzas Asociadas
Campo Magnético
El campo magnético es la zona de influencia de un imán. Se representa mediante líneas de fuerza que tienen sentido de polo norte a polo sur.
- Una carga eléctrica en reposo dentro de un campo magnético no experimenta ninguna fuerza.
- Una carga eléctrica en movimiento dentro de un campo magnético experimenta una fuerza.
Fuerza Magnética
La fuerza magnética se relaciona con la carga y la velocidad de esta.
Tesla (Unidad de Inducción Magnética)
El Tesla es la unidad de inducción magnética (B) en el Sistema Internacional.
Fuerza de Lorentz
La Fuerza de Lorentz es la fuerza que actúa sobre una carga eléctrica en un espacio donde coexisten un campo magnético y un campo eléctrico.
Campo Magnético Debido a un Conductor Rectilíneo
El campo magnético es directamente proporcional a la intensidad de corriente e inversamente proporcional a la distancia r.
Campo Magnético Debido a una Corriente Circular
El módulo del campo magnético en el centro de una espira circular es directamente proporcional a la intensidad de corriente e inversamente proporcional a su radio.
Dispositivos Electromagnéticos
Solenoides y Toroides
Solenoides
Un solenoide es un conjunto de espiras circulares paralelas que pueden ser recorridas por la misma corriente.
Toroides
Un toroide es un conjunto de espiras circulares arrolladas en torno a un núcleo de hierro en forma de anillo (anillo toroidal).
Electroimán
Un electroimán es un solenoide en cuyo interior hay un núcleo de hierro. Sus características son:
- Permite obtener campos magnéticos más intensos.
- Facilita invertir el sentido del campo magnético, invirtiendo el sentido de la corriente.
- Posibilita controlar el valor del campo magnético controlando el valor de la corriente.
Motor Eléctrico
La fuerza que realiza un motor eléctrico se debe a que se encuentran dos campos magnéticos. Uno de los campos se produce por un imán, y el otro se produce por un cable metálico cuando circula corriente.
Cuando la corriente fluye hacia arriba, el cable es empujado hacia arriba; y cuando la corriente fluye en sentido contrario, el cable es empujado hacia abajo. Es decir, el cable se desplaza en el sentido de la corriente.
Cuando se coloca una espira entre los polos de un imán de un motor eléctrico, comienza a girar porque la corriente va en uno y otro sentido.
Corriente Alterna y Transformadores
Corriente Alterna
La corriente alterna es un tipo de electricidad producida en las centrales de energía eléctrica. Los electrones se mueven de un lado a otro del cable en lugar de ir en una dirección.
Producción de Corriente Alterna
Las centrales de energía eléctrica emplean generadores que tienen bobinas como un motor eléctrico. La corriente se produce al girar cada espira entre dos imanes, lo contrario de un motor eléctrico. La cantidad de corriente varía al tiempo que gira la espira.
Utilidad de la Corriente Alterna
La corriente alterna es útil porque se puede cambiar su voltaje o tensión utilizando un transformador.
Transformador
Un transformador es un elemento que puede cambiar el voltaje o la tensión de la corriente. Está formado por dos espiras de cable aislado enrolladas a un núcleo de hierro, aunque no hay conexión eléctrica entre las espiras.
Permeabilidad Magnética
La permeabilidad magnética es una constante que depende del medio.