Campo Magnético e Indución Electromagnética

Campo Magnético

Na Antigüidade coñecíase a magnetita, que tiña a propiedade de atraer pequenos trozos de ferro. Os materiais que teñen esta característica son os imáns naturais e esta propiedade chámase magnetismo.

As substancias que son atraídas pola magnetita poden converterse en imáns se se fregan repetidas veces coa magnetita. O seu poder magnético dura moito tempo e coñécense como imáns artificiais permanentes.

Ao deixar en diversas posicións unha agulla sobre un imán esférico, esta colócase sempre segundo as liñas meridianas terrestres; liñas que cortan en dous puntos, que reciben o nome de polos debido á similitude coa Terra e son as zonas do imán nas que a atracción é maior.

Pódese comprobar que:

• Un imán atrae/repele outro imán dependendo da posición dos polos.
• Un magnetómetro ou compás oriéntase dunha forma determinada pola presenza doutro imán.

Tamén vemos que:

• Un imán colocado en auga sobre unha lámina de porexpan toma a orientación Norte-Sur xeográfica.
• Se facemos oscilar un imán colgado dun fío nunha dirección calquera, termina facéndoo na dirección Norte-Sur xeográfica.
• Un magnetómetro illado doutros imáns ten sempre a mesma orientación.

Ampère pensou que o magnetismo era debido á existencia de correntes eléctricas pechadas no interior dos corpos magnéticos. En efecto, os electróns ao xirar nas súas órbitas e sobre si mesmos equivalen a correntes circulares que crean un campo magnético perpendicular ao plano da órbita.

F = I l x B Coa segunda lei de Laplace, obsérvase que:

Se as cargas non están en movemento, o campo magnético do imán non exerce ningunha forza sobre o arame condutor. Se as cargas están en movemento, o módulo de F é:

• Directamente proporcional á I.
• Directamente proporcional á lonxitude do condutor situado dentro de B.
• Directamente proporcional ao módulo de B.
• Se variamos as direccións do fío condutor e de B o valor da forza vai desde un valor cero ata un valor máximo.

Comparación de Campo Gravitatorio, Eléctrico e Magnético

• Nos 3 casos o módulo da intensidade de campo nun punto determinado depende inversamente do cadrado da distancia a dito punto.
• No caso de campos magnéticos e eléctricos, a intensidade de campo depende das características do medio: da permeabilidade magnética no campo eléctrico; da permitividade no campo eléctrico e a constante G que é universal no campo gravitatorio.
• A dirección do campo magnético é perpendicular ao elemento de corrente e á do vector posición. As direccións do campo gravitatorio e do eléctrico son paralelas á do vector posición, r.
• No campo magnético hai que traballar con 3 dimensións, mentres que no gravitatorio e eléctrico só en dúas dimensións.
• Os módulos dos campos gravitatorio e eléctrico son constantes para os puntos coa mesma r. O módulo do campo magnético depende do ángulo. No caso de que o ángulo sexa de 90º o campo magnético ten o seu valor máximo.
• Os campos gravitatorio e eléctrico prodúcenos as masas e cargas tanto en repouso como en movemento, o campo magnético prodúceno as cargas en movemento.
• Os campos gravitatorio e eléctrico son centrais mentres que o campo magnético non o é; isto fai que non sexa conservativo mentres que os outros si o son.
• Nos campos gravitatorio e eléctrico existe potencial e enerxía por ser conservativos, mentres que ao magnético non pode ser conservativo.

Indución Electromagnética e Corrente Alterna

A variación dun campo eléctrico crea un campo magnético.

Co descubrimento das correntes inducidas foron a base do desenvolvemento de toda a industria eléctrica actual. Segundo os experimentos de Faraday e Henry vemos que:

• Sexa un circuíto inerte, condutor homoxéneo sen ningún xerador en comunicación con el, no cal se intercala un galvanómetro para detectar a existencia de posibles correntes eléctricas. Se se achega ou se afasta un imán a este circuíto, observarase o paso dunha corrente. Se permanece fixo o imán e é o condutor o que se move, tamén orixina nel un paso de corrente.
• O mesmo fenómeno pode verse se en vez de dispoñer un imán móbil se traballa cun solenoide polo que circula unha corrente de intensidade constante.
• Tamén pode orixinarse unha corrente nun circuíto inerte sen existir movemento relativo entre o solenoide e o condutor. Basta que polo solenoide circule unha corrente de intensidade variable, o que se consegue mediante un reóstato intercalado entre o xerador e o dito solenoide.
• Sen movemento relativo e sen variación da intensidade de corrente, prodúcese tamén unha corrente eléctrica no circuíto inerte con só mover rapidamente un trozo calquera de ferro entre o imán e o circuíto inerte.

Forza Electromotriz Inducida

As experiencias explicadas presentan como característica común unha variación do fluxo magnético a través da superficie limitada polo condutor inerte.

Sempre que varíe o fluxo magnético a través dun circuíto pechado orixinarase nel unha forza electromotriz inducida.

A forza electromotriz é a producida nun circuíto inerte mediante a variación do número de liñas de forza magnética que atravesan a superficie limitada por el.

O circuíto pechado onde se orixina a corrente recibe o nome de inducido, e o corpo onde se crea o campo, inductor: pode estar constituído por:

• Un imán permanente.
• Un electroimán.
• Unha bobina recorrida por corrente alterna.
• Unha bobina recorrida por corrente continua.

O sentido das correntes inducidas é tal que coas súas accións electromagnéticas tenden a opoñerse á causa que as produce.

As correntes de Foucault son correntes eléctricas pechadas sobre si mesmas, orixinadas por indución nos condutores macizos cando varía o fluxo magnético que os atravesa.

Inconvintes e Aplicacións das Correntes de Foucault

Inconvintes: principalmente son 2: a perda de enerxía consumida na formación de tales correntes e a calor producido a causa do efecto Joule por esas correntes.

Aplicacións: aprovéitase a existencia das correntes para fornos eléctricos de indución.

Para evitar as correntes de Foucault procúrase que os núcleos non sexan macizos senón formados pola superposición de láminas de ferro illadas entre si.

Autoinducción

A autoinducción é o fenómeno en virtude do cal unha corrente de intensidade variable chamada corrente principal, crea en si mesmo circuíto, por indución, outra corrente denominada corrente autoinducida.