Fundamentos de Imanes y Electromagnetismo: Propiedades y Aplicaciones

Imanes

Aplicaciones: micrófonos, altavoces, aparatos de medida analógicos, separadores magnéticos.

1.1 Polos de un imán

Al acercar limaduras de hierro a un imán, se observa una mayor atracción en los extremos, denominados polos. En la zona central existe una línea neutra donde la atracción es prácticamente nula.

1.2 Clases de imanes

• Imanes naturales: Materiales que se encuentran magnetizados en la naturaleza (ej. magnetita).
• Imanes artificiales: Materiales magnetizados por acción humana. Pueden ser:
  • Permanentes: Conservan su magnetismo durante mucho tiempo.
  • Temporales: Se magnetizan bajo la influencia de un campo magnético y pierden rápidamente su magnetismo al cesar este (ej. núcleos de hierro dulce en motores y transformadores).

1.3 Campo magnético de un imán

Es el espacio próximo al imán en el cual son apreciables los fenómenos magnéticos originados por él. La intensidad del campo magnético varía, siendo mayor en los polos. Las líneas de fuerza representan gráficamente la forma del campo magnético: salen del polo norte y entran en el polo sur. Conociendo su dirección, podemos determinar la polaridad y la intensidad relativa del campo. Los polos opuestos se atraen y los polos iguales se repelen.

Electromagnetismo

Para conseguir campos magnéticos más intensos que los de los imanes permanentes, utilizamos bobinas fabricadas con conductores eléctricos. Al ser recorridas por una corriente eléctrica, estas bobinas desarrollan campos magnéticos cuya intensidad depende de la intensidad de la corriente y del número de espiras (vueltas del conductor).

2.1 Campo magnético creado por un conductor atravesado por corriente

Si espolvoreamos limaduras de hierro sobre una hoja de papel atravesada perpendicularmente por un conductor por el que circula corriente, las limaduras se orientan formando círculos concéntricos alrededor del conductor. Esto indica la presencia de un campo magnético circular. Para determinar el sentido de las líneas de campo, se aplica la regla de la mano derecha (o regla de Maxwell). La intensidad del campo magnético (H) en un punto depende de la intensidad de la corriente que fluye y de la distancia al conductor.

2.2 Campo magnético en un conductor en forma de anillo (Espira)

Un conductor recto crea un campo magnético relativamente débil y disperso. Si doblamos el conductor en forma de anillo o espira, las líneas de campo magnético se concentran en el interior de la espira, aumentando la intensidad del campo en esa zona.

2.3 Campo magnético formado por una bobina (Solenoide)

En una bobina (conjunto de múltiples espiras), el campo magnético generado por cada espira se suma al de las espiras adyacentes. Esto crea un campo magnético considerablemente uniforme en el interior de la bobina y más intenso cerca de los extremos, que actúan como los polos norte y sur de un imán. La polaridad y el sentido de las líneas de campo se determinan aplicando la regla del sacacorchos o la regla de la mano derecha para solenoides.

Magnitudes magnéticas

Las principales magnitudes que describen los fenómenos magnéticos son:

Flujo magnético (Φ)

Representa el número total de líneas de fuerza que atraviesan una determinada superficie. Se mide en Weber (Wb).

Inducción Magnética (B)

Indica la densidad de las líneas de fuerza, es decir, el flujo magnético por unidad de superficie perpendicular a las líneas. Se mide en Teslas (T).

Fuerza magnetomotriz (Fmm)

Es la capacidad de una bobina para generar flujo magnético en un circuito magnético. Aumenta con la intensidad (I) de la corriente que circula por la bobina y con el número de espiras (N). Se mide en Amperio-vuelta (Av).

Intensidad de campo magnético (H)

Indica cuán intenso es el campo magnético generado por la fuerza magnetomotriz, independientemente del material. Depende de la fuerza magnetomotriz y de la longitud del circuito magnético. Se mide en Amperio-vuelta por metro (Av/m).

Reluctancia (Rm)

Es la oposición que presenta un material o circuito magnético al establecimiento de un flujo magnético a través de él. Es análoga a la resistencia eléctrica. Se mide en Amperio-vuelta por Weber (Av/Wb).

Permeabilidad magnética (μ)

Al introducir un núcleo de material ferromagnético (como el hierro) en el interior de una bobina recorrida por corriente, se observa un notable aumento de la inducción magnética y del flujo magnético. Esto se debe a que estos materiales facilitan el paso de las líneas de fuerza. Siempre que deseemos producir campos magnéticos intensos, utilizaremos núcleos de materiales con alta permeabilidad magnética, como es el caso de los electroimanes. La permeabilidad magnética (μ) es una medida de la capacidad de un material para ser atravesado por las líneas de fuerza magnética. Cada sustancia tiene su propio coeficiente de permeabilidad.

Electroimanes

5.1 Definición

Un electroimán consiste básicamente en un núcleo de material ferromagnético (generalmente hierro dulce) rodeado por una bobina de hilo conductor. El núcleo se magnetiza intensamente cuando una corriente eléctrica circula por la bobina y se desmagnetiza casi por completo cuando la corriente cesa.

5.2 Aplicaciones prácticas de los electroimanes

Los electroimanes tienen numerosas aplicaciones, entre las que destacan:

• Frenos magnéticos
• Electroválvulas
• Timbres
• Relés
• Contactores
• Grúas electromagnéticas
• Cerraduras eléctricas