BLOQUE 4

•  INTRODUCCIÓN.

Aquí se hablara de los temas referentes a el magnetismo y se vincula con electricidad, las características de los imanes, sus diferentes tipos y la importancia que tienen en la comprensión de la fuerza magnética. La definición de campo magnético y como calcular su intensidad, a partir de la fuerza magnética y la velocidad y ubicación de una carga. Las leyes de Faraday y Lenz, así como los fenómenos de inducción mutua y autoinducción, mismos que son el fundamento de los motores, generadores y transformadores eléctricos.

• MAGNETISMO.

El magnetismo como disciplina se desarrollo muchos siglos después con los experimentos de Ampere, Oersted, Faraday y Maxwell, quienes investigaron sobre las características de los fenómenos magnéticos.                                                                                                                                  El magnetismo representa un tópico de suma importancia en el estudio de la electricidad. Ambos fenómenos pueden separarse ya que siempre que aparece una corriente eléctrica, existe magnetismo debido a que las cargas en movimiento, es decir, la corriente eléctrica se comporta como imanes produciendo campos magnéticos. Cuando se habla de magnetismo es inevitable no hablar de los imanes los cuales son aquellos materiales que generan un campo magnético cuyo comportamiento pone de manifiesto que en ellos existe un par de zonas extremas o polos, donde la acción magnética es más intensa; estos polos magnéticos no son iguales, para comprobarlo basta colocar dos imanes idénticos uno contra el otro, observando la existencia de atracción o repulsión mutua al aproximar sus polos.                                                                                                                                                                  En términos de magnetismo, la tierra se comporta como si cerca de su centro existente una barra imantada. Por lo tanto el polo norte magnético de la tierra es en realidad el polo sur geográfico y viceversa. El polo norte geográfico de la tierra es el lugar donde el eje de rotación cruza la superficie del hemisferio norte, mientras que el polo norte magnético es la ubicación hacia la que apunta el extremo norte de la aguja de una brújula. Las líneas del campo magnético no son paralelas en todos los puntos, sino que entre más cerca se este de los dos polos, las líneas se vuelven casi perpendiculares a la superficie de la tierra y el ángulo que se genera se le denomina ANGULO DE INCLINACION.                                                                

Los imanes se comportan como las cargas eléctricas en el sentido de que sus polos se atraen o repelen, es decir, los polos del mismo tipo se repelen y los polos de distinto tipo se atraen. Esta característica pone de manifiesto la similitud existente entre el magnetismo y la corriente eléctrica.

• TIPOS DE IMÁN.

Existen dos tipos de imán: naturales y artificiales. Los primeros son aquellos materiales que poseen fuerzas magnéticas al ser extraídas de la tierra, como la magnética. Los segundos son materiales que han sido imantados de manera simulada, ya sea por frotación o inducción magnética.

Los imanes también se clasifican por su duración, convirtiéndolos en permanentes o temporales.los permanentes son imanes artificiales que han sido sometidos a algún tipo de tratamiento térmico y magnetizados por medio de corriente eléctrica. Los temporales son aquellos que, a a pesar de ser magnetizados artificialmente, pueden ser de barra o de herradura y se hallan con mucha frecuencia en los laboratorios escolares.

• CAMPO MAGNÉTICO.

Campo magnético es el espacio que rodea a un imán y donde se manifiestan las fuerzas de atracción o repulsión que este ejerce, siendo el medio a través del cual se propagan los efectos magnéticos. Las fuerzas magnéticas son fuerzas de acción a distancia que permiten recurrir a la idea física del campo eléctrico, se recurre a la noción de líneas de fuerza.

La intensidad de un campo magnético, también conocida como inducción magnética, se presenta con la letra B y es una cantidad vectorial con dirección en sentido expresados mediante las líneas de fuerza magnética. La magnitud del campo magnético B en cualquier punto del espacio se expresa mediante la siguiente ecuación:

En la ecuación anterior, F representa la magnitud de la fuerza magnética que se ejerce sobre una carga q₀ cuya velocidad v forma un ángulo con el campo. La dirección B es aquella en la que debe desplazarse la carga para que la fuerza magnética sea nula, es decir, la de las líneas de fuerza.

• ELECTROMAGNETISMO.

Hecht nos dice que las cargas eléctricas generan campos eléctricos. El electromagnetismo, el cual es junto con la interacción gravitaría y las interacciones nucleares, una de las cuatro interacciones fundamentales del universo.

• CAMPOS MAGNÉTICOS PRODUCIDOS POR MEDIO DE UNA CORRIENTE ELÉCTRICA.

Al inducir una corriente eléctrica atreves de un conductor, las líneas de fuerza del campo magnético resultante forman circunferencias concéntricas alrededor del mismo. Como lo menciona Cutnell, la regla de la mano derecha la cual le permite relacionar el sentido de una corriente eléctrica rectilínea con el sentido de las líneas de fuerza del campo magnético B generado por la misma. 

• CAMPO MAGNÉTICO EN UNA ESPIRAL.

La relación entre la polaridad magnética de una espiral y el sentido de la corriente que circula a través de ella la establece la regla de la mano derecha No.2, donde una cara es norte cuando un observador situado frente a ella ve circular la corriente de derecha a izquierda, y en sur en el caso contrario.

• INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA.

Se conoce como inducción electro magnética al fenómeno de generar una fem inducida a partir de un campo magnético. Para ello, debemos tener en cuenta lo siguiente: entre más rápido cruce el conductor a través del campo, más vueltas existan en la bobina y más intenso sea el campo magnético, mayor será la fem inducida y el flujo de la corriente.

• LEY DE FARADAY.

La ley de Faraday establece que una fem es generada si el flujo cambia por alguna razón.

El flujo magnetico pasa a través de una bobina que tiene N numero de vueltas, por lo tanto la fem inducida en dicha bobina durante un intervalo de tiempo es N veces el cambio de flujo a través de cada vuelta dividido entre ese tiempo. Este fenómeno se describe mediante la ley de Faraday de la inducción magnética.

• LEY DE LENZ.

El físico ruso Heinrich Fridrich Emil Lenz, que expresa en la ley de Lenz: la dirección dela fem inducida y por consiguiente el flujo de corriente, es tal que el campo magnético formado se opone al movimiento que lo produce.

• GENERADOR MOTO ELÉCTRICO.

El generador eléctrico es el dispositivo que convierte la energía mecánica en energía eléctrica, mientras que el motor hace lo contrario: transforma la energía eléctrica en mecánica ambos utilizan la interacción entre conductores en movimiento y campos magnéticos. La mayor cantidad de energía eléctrica que se suministra hoy en día se genera a partir de los generadores eléctricos.

Los generadores de corriente directa se clasifican según el método de excitación empleado.  Los generadores de excitación separada usan una fuente externa de corriente para magnetizar los campos.

Los polos de la armadura son atraídos hacia lospolos del campo produciendo el giro de la armadura.los motores de corriente directa se clasifican en:

-de excitación independiente

- de excitación serie

- de derivación

- de excitación compuesta.

La ley de Lenz, la fem inducida actúa en contra del voltaje aplicado, generando una fuerza contra  electromotriz que limita el flujo de la corriente de la armadura. Mientras mayor se la velocidad del motor, mayor será el cambio de flujo a través de la bobina y por ende la fuerza contra electromotriz. Se conoce como motor asíncrono al de corriente alterna cuya parte móvil gira a una velocidad distinta a la de sincronismo. Los motores de coriente alterna, tanto monofásicos como tarifasicos, son los de mayor aplicación gracias a su facilidad de uso, poco mantenimiento y bajo costo de fabricación y se clasifican de la siguiente manera:

-motores síncronos

-motores asíncronos

-monofasicos:

De bobinado auxiliar

De espiral en cortocircuito

Universal

_tarifasicos:

De rotor bobinado

Jaula de ardilla.

• INDUCCIÓN MUTUA Y AUTOINDUCCION.

La inducción mutua es el fenómeno por el cual una corriente variable en un circuito induce una fem en otro.  La variación de la intensidad de corriente en una bobina da lugar a un campo magnetico variable, el cual origina un flujo magnético también variable que atraviesa la otra bobina e induce en ella, de acuerdo con la ley de Faraday, una fem.

El fenómeno de la autoinducción consiste en una inducción de la propia corriente sobre si misma. Una bobina aislada por la que la circula una corriente variable puede considerarse atravesada por un flujo también variable debido a su propio campo magnetico, lo que dara lugar a una fem autoinducida.

• TRANSFORMADORES.

Los fenómenos de la autoinducción y la inducción mutua constituyen el fundamento del transformador eléctrico, un dispositivo sirve para aumentar o disminuir la tensión eléctrica. Un transformador consta en esencia, de dos bobinas arrolladas a un mismo núcleo de hierro. En los transformadores comerciales el rendimiento es muy elevado, lo que significa que se pierde poca energía en el proceso de transformación. El transporte de la electricidad a baja intensidad reduce la perdida considerablemente en forma de calor a lo  largo del trayecto que separa las centrales eléctricas de las ciudades.