Fundamentos del Electromagnetismo: Desde la Histéresis hasta la Inducción
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Conceptos Fundamentales del Electromagnetismo
Histéresis Magnética
Cuando un material ferromagnético es sometido a un campo magnético variable, y luego este campo se reduce a cero, el material no regresa a su estado original de magnetización. Ha recorrido lo que se conoce como el ciclo de histéresis.
Acción de un Campo Magnético sobre una Corriente
Cuando un conductor se encuentra dentro de un campo magnético y se le hace pasar una corriente, se genera una tensión en sus extremos y una fuerza que lo desplaza. Esta fuerza se calcula mediante la fórmula: F = B * L * I (en Newtons), donde B es la inducción magnética, L es la longitud del conductor, e I es la intensidad de la corriente. La dirección de la fuerza se determina mediante la regla del sacacorchos.
Inducción Electromagnética
La inducción electromagnética es la producción de una tensión (o voltaje) en un conductor que se mueve perpendicularmente a un campo magnético, cortando las líneas de fuerza.
Ley de Faraday
La Ley de Faraday se puede expresar de dos formas:
- En un conductor que se mueve dentro de un campo magnético perpendicularmente a las líneas de fuerza, aparece una tensión inducida. Esta tensión se calcula como E = B * L * V, donde B es la inducción magnética, L es la longitud del conductor y V es la velocidad.
- En una espira que se mueve en un campo magnético, aparece una tensión proporcional a la variación del flujo magnético en función del tiempo. Se expresa como E = ΔΦ / Δt, donde ΔΦ es la variación del flujo magnético y Δt es la variación del tiempo.
Ley de Lenz
La tensión inducida en un conductor es tal que las corrientes producidas tienden a oponerse a la causa que las produce. La dirección se puede determinar con la regla del sacacorchos, considerando la velocidad (V) hacia la inducción magnética (B).
Pérdidas en el Hierro
En corriente continua (CC), no se producen pérdidas significativas en el hierro. Sin embargo, en corriente alterna (CA), la intensidad varía con el tiempo y en magnitud, al igual que el flujo magnético. Este fenómeno provoca que el material ferromagnético se caliente debido al rozamiento de sus partículas magnéticas y a las corrientes que lo recorren.
Corrientes Parásitas
Son corrientes que aparecen en el hierro debido a la variación del flujo magnético. Para reducirlas, se fabrican núcleos con chapas aisladas, disminuyendo así su área efectiva.
Pérdidas por Histéresis
Son pérdidas por rozamiento que se producen en las moléculas magnéticas al ir orientándose en cada ciclo de histéresis. Se pueden reducir disminuyendo el área del ciclo de histéresis o la frecuencia de la corriente alterna.
Autoinducción y Bobinas
La autoinducción es la tensión que genera una bobina sobre sí misma cuando en ella hay una variación de flujo. La bobina genera una fuerza contraelectromotriz que se opone a la corriente principal, afectando su variación en el tiempo.
Coeficiente de Autoinducción
Se define como la relación entre el flujo magnético (Φ) y la corriente (I) que lo produce: L = Φ / I (en Henrios).
Teoría Molecular de los Imanes y Electromagnetismo
Teoría Molecular de los Imanes
Los materiales ferromagnéticos están compuestos por moléculas magnéticas. En un material no imantado, estas moléculas están orientadas aleatoriamente. Un imán es un cuerpo capaz de atraer materiales ferromagnéticos, y sus moléculas magnéticas están todas orientadas en la misma dirección. Los imanes pueden ser naturales (como la magnetita) o artificiales. Estos últimos pueden desimantarse por efecto de la temperatura o por golpes.
Electromagnetismo
El electromagnetismo es la creación de campos magnéticos por conductores recorridos por una corriente eléctrica.
Campo Magnético Creado por un Conductor Recorrido por Corriente Eléctrica
Si tenemos un conductor atravesado por una corriente, a su alrededor aparecen líneas de fuerza concéntricas. Su sentido de orientación se determina mediante la regla del sacacorchos.
Campo Magnético Creado por una Espira
Cuando a una espira se le hace pasar una corriente, esta crea líneas de fuerza que se suman, creando un campo magnético mayor. La dirección del campo se determina mediante la regla del sacacorchos.
Campo Magnético Creado por una Bobina
Cuando tenemos un núcleo ferromagnético rodeado por espiras, se forma una bobina. En ella, se suman todas las líneas de fuerza de las espiras, obteniendo un campo magnético mucho más intenso. La dirección del campo se determina mediante la regla del sacacorchos.
Inducción Magnética
Es la medida de la intensidad del campo magnético. Se representa por B y se mide en Teslas (T).
Flujo Magnético
Es el producto del campo magnético por la sección que atraviesa: Φ = B * S, donde S es la superficie.
Curva de Magnetización
El campo magnético de una bobina en el vacío es proporcional a la intensidad del campo magnético y es constante en todas las bobinas: B0 = μ0 * H, donde μ0 es la permeabilidad magnética del vacío y H es la intensidad del campo magnético.
Permeabilidad Magnética
La permeabilidad magnética relativa (μr) es el número de veces que aumenta un campo magnético al colocar en su interior un material ferromagnético: B = μr * B0.