Magnetismo y Electromagnetismo: Principios, Fenómenos y Aplicaciones Eléctricas

Magnetismo: Fundamentos y Materiales

Los materiales susceptibles de ser atraídos por un imán se denominan materiales ferromagnéticos.

Clases de Imanes

• Naturales: (ej. magnetita), poseen propiedades magnéticas, pero son débiles.
• Artificiales:
  • Permanentes: Mantienen sus propiedades magnéticas durante largo tiempo.
  • Temporales: Solo las poseen cuando están sometidos a la acción de un campo magnético.

Campo Magnético de un Imán

Es el espacio en el cual son apreciables los fenómenos magnéticos originados por el imán.

Es más intenso en unas partes que en otras, adquiriendo su máxima intensidad en los polos.

Las líneas que se forman de un polo a otro se denominan líneas de fuerza del campo magnético.

Si acercamos dos imanes por sus polos iguales, se repelen porque sus líneas de campo tienen el sentido opuesto. Por el contrario, si los polos son opuestos, las líneas están en la misma dirección y se suman, generando atracción.

Electromagnetismo: Interacción entre Electricidad y Magnetismo

Cuando un conductor es atravesado por una corriente eléctrica, a su alrededor aparece un campo magnético. El sentido de las líneas de fuerza de este campo está determinado por la regla de la mano derecha o del sacacorchos.

La intensidad del campo magnético depende directamente de la intensidad de la corriente eléctrica.

Generación de Campos Magnéticos por Corriente

• Campo creado por una espira: Se produce de forma muy dispersa y débil. Se consigue colocando el conductor en forma de anillo (espira).
• Campo creado por una bobina: El campo de cada espira se suma al de la siguiente, concentrándose en el centro. En los extremos de la bobina se forman dos polos magnéticos.

Conceptos Clave en Electromagnetismo

La cantidad total de las líneas de fuerza que atraviesan una superficie se denomina flujo magnético.

La inducción magnética indica la intensidad del campo magnético. Depende del número de espiras de la bobina; sin embargo, cuanto más larga sea la bobina, más se dispersan las líneas de campo.

La permeabilidad magnética es la capacidad que poseen los materiales para incrementar las líneas de fuerza de un campo magnético.

Propiedades Magnéticas de los Materiales

• Ferromagnéticos: Concentran las líneas de fuerza, y su permeabilidad es muy superior a la unidad (cientos o miles de veces).
• Paramagnéticos: Su permeabilidad es prácticamente igual a la unidad, y las líneas de campo que los atraviesan no sufren variación significativa.
• Diamagnéticos: Su permeabilidad es inferior a la unidad, y las líneas de fuerza que los atraviesan tienden a ser repelidas.

Corriente Eléctrica y Campo Magnético: Aplicaciones

Inducción Electromagnética

La inducción electromagnética es la producción de electricidad por acción magnética. Ocurre cuando se mueve un conductor eléctrico en el seno de un campo magnético, apareciendo entonces una fuerza electromotriz (FEM) que se manifiesta como una tensión eléctrica en los extremos de dicho conductor.

Este fenómeno ocurre siempre que el conductor corta las líneas de campo magnético.

Generación de Corriente Eléctrica

Se puede generar corriente alterna haciendo girar una espira orientada de forma perpendicular al campo magnético, mientras esta gira en su seno.

Motores Eléctricos

Cuando se introduce un conductor por el que circula corriente eléctrica en un campo magnético, este experimenta una fuerza perpendicular a la dirección del flujo magnético. La dirección de esta fuerza viene determinada por la ley de la mano izquierda.

Dedo índice:

Dirección de las líneas de flujo magnético.

Dedo anular:

Sentido de la corriente eléctrica.

Dedo pulgar:

Dirección en la que se mueve el cable (fuerza).

El Transformador

Un transformador modifica la tensión (voltaje), elevándola o reduciéndola, alterando los parámetros de voltaje (V) e intensidad (I), pero sin alterar la potencia.

La energía se transfiere a través del campo magnético variable que aparece en el núcleo del transformador.

Un transformador ideal debe cumplir la siguiente ecuación: N1 / N2 = V1 / V2 = m (relación de transformación).

Asimismo, dado que la potencia en el primario y en el secundario se mantiene igual, deducimos que: V1 · I1 = V2 · I2.

El Transformador en el Transporte de Energía

Para reducir las pérdidas energéticas durante el transporte, se eleva la tensión (voltaje) de la corriente. De esta manera, con la misma potencia, se logran menores intensidades, lo que minimiza las pérdidas por efecto Joule.

En el punto de consumo, la distribución de energía se efectúa a tensiones más bajas, adaptándose a los diversos casos de aplicación.

La principal ventaja de la corriente alterna (CA) frente a la corriente continua (CC) es su facilidad para ser transformada (elevada o reducida) mediante transformadores.