Magnetismo y Electromagnetismo

Electromagnetismo, conceptos generales y definición de magnetismo y electromagnetismo

Magnetismo conceptos generales y definición

Que es el magnetismo

El magnetismo es un fenómeno natural que poseen algunos materiales.

Los cuerpos que poseen estas propiedades permanentes se llaman imanes y se pueden clasificar en dos grupos:

  • Naturales
  • Artificiales

Los imanes artificiales son los que se usan en la práctica, estos pueden ser temporales o permanentes, según el tiempo que los efectos magnéticos tarden en desaparecer.

Polos e interacción entre imanes

Si observamos los imanes se podrá apreciar que existen unos puntos donde se concentra más la cantidad de limaduras de hierro, a dichos zonas se les conoce con el nombre de polos magnéticos y se les determina con una indicación grafica según se orienten al situarlos en el campo terrestre, el polo que señala hacia el norte recibe el nombre de polo norte del imán y el que señala hacia el sur recibe el nombre de polo sur del imán.

Polos de imanes, campo de fuerza

Si se quieren aproximar dos imanes, se observará que según sean los polos que se intenten acercar, será necesaria realizar una fuerza o no será necesario ningún esfuerzo.

Cuando se aproximan dos polo iguales, aparecerá una fuerza de repulsión y necesitaremos realizar una fuerza para poder acercar los polos. Por el contrario si intentamos unir dos polos distintos aparecerá una fuerza de atracción, y no será necesario realizar ningún esfuerzo.

Campo magnético

Se denomina campo magnético de un imán el espacio en que se manifiestan sus acciones magnéticas sobre otros cuerpos.

Para observar el campo magnético creado por un imán, bastará espolvorear unas limaduras de hierro sobre una superficie plana y colocar deba de esta un imán permanente, y se apreciará como dichas limaduras se orientan según unas líneas magnéticas.

Las líneas magnéticas también se conocen con el nombre de líneas de fuerza, puesto que estas serian las trayectorias de las limaduras al colocarlas en el campo que se desea estudiar.

Las líneas de fuerza son siempre cerradas y no son concurrentes en ninguna ocasión.

Las líneas de fuerza parten siempre del polo norte y retornan al imán por el polo sur, cerrándose por el interior del imán.

Campo magnético terrestre: Campo magnético natural que existe en la tierra.

Campo magnético terrestre
compass in the sand lit beacon of light

Intensidad del campo magnético

Es evidente que las líneas de fuerza de un imán están más o menos concentradas en función de la imanación de este. en consecuencia según haya mucha o poca concentración de líneas de fuerza, así será mayor o menor la atracción del imán sobre materiales férricos: por eso, unos imanes crean mayor intensidad de campo que otros.

La intensidad de campo depende del espacio que circunda al imán, o sea, de las características magnéticas de este, y se representa con la letra H.

Intensidad del campo magnético (H): Magnitud vectorial que equivale a la fuerza puntal que ejerce el campo sobre la unidad de masa magnética situada en dicho punto.

En el sistema c. g.s., la unidad de intensidad de campo es el oerstedio (Oe). En el sistema Giorgi la unidad de intensidad de campo es el ampervuelta por metro (Av/m).

El valor de H (intensidad del campo magnético) en el interior de una bobina viene dado por la expresión:

n = número de espiras

I = corriente que circula por la bobina (A)

l = longitud de la bobina (m)

H = Intensidad del campo magnético (Av/m)

Esta formula sólo se puede aplicar con exactitud en bobinas infinitamente largas y con cierta precisión en aquellas bobinas cuyo diámetro de espiras sea despreciable frente a su longitud.

Creación de campos magnéticos a partir de electricidad

De la misma forma que se crea corriente eléctrica a partir de un campo magnético igualmente si se hace pasar una corriente por un conductor, se crea un campo magnético en sus inmediaciones.

Flujo magnético: Numero total de líneas de fuerza que atraviesan una superficie normal a la dirección del campo magnético.

En el sistema c. g. s., la unidad de flujo de inducción magnética es el maxivelio (Mx). En el sistema Giorgi, la unidad de flujo de inducción magnética es el weberio (Wb), que equivale a 10 elevado a 8 Mx.

Inducción magnética: Magnitud vectorial que equivale al número de lineas de fuerza por unidad de superficie.

En el sistema c. g. s., la unidad de inducción es el gausio (Gs). En el sistema Giorgi la unidad de inducción es el tesla (T), que equivale a 10 elevado a 4 Gs.

Sí, en el interior de una bobina, se introduce un núcleo de material magnético, éste se imanta y da lugar a un elevado aumento del valor del campo magnético.

La acción del campo magnético se denomina ahora indicción, en lugar de H, y las líneas de fuerza son sustituidas por las líneas de inducción.

El vector inducción queda determinado por su módulo, dirección y sentido.

Permeabilidad absoluta de una sustancia: Cociente de la inducción magnética por la intensidad de campo magnético.

Permeabilidad relativa de una sustancia: Relación de la permeabilidad absoluta con la del vacío.

Es un número abstracto, por ser el cociente de dos números de la misma naturaleza.

Sustancia paramagnética: Sustancia que adquiere, en un campo magnético externo, una imantación, siempre débil, que tiene por defecto aumentar la inducción debida exclusivamente al campo. Por ejemplo: aire, oxígeno, aluminio, estaño, etc.

Sustancia diamagnética: Sustancia que adquiere, en un campo magnético externo, una imantación, siempre débil, que tiene por defecto disminuir la inducción debida exclusivamente al campo, Por ejemplo: hidrógeno, nitrógeno, alcohol, cobre, agua, etc.

Sustancia ferromagnética: Sustancia capaz de adquirir una imantación importante en un campo magnético externo y susceptible de conservar la totalidad o parte de esta imantación una vez que ha cesado la acción del campo. Por ejemplo: el hierro, níquel, cobalto, etc,

Imán permanente: Cuerpo ferromagnético que mantiene un campo magnético si la intervención de corrientes eléctricas externas.

Imantación: Operación mediante la cual un cuerpo ferromagnético llega la poseer las propiedades de un imán.

Corriente magnetizante: Corriente que tiene por objeto primordial la producción de un campo magnético.

Desimantar: Restaurar la condición neutra de un cuerpo ferromagnético imantado.

Saturación magnética: Estado de una sustancia ferromagnética colocada en un campo de intensidad suficiente para que la intensidad de imantación resulte independiente del campo.

Estado magnético neutro: Estado de una sustancia ferromagnética que no ha sido sometida todavía a una imantación o que ha sido llevada artificialmente a este estado.

Curva de imantación normal: Lugar de los vértices de diversos ciclos de histéresis simétricos que se obtienen haciendo variar los limites del campo magnetizante.

Curva de magnetización: Representa la inducción en función de la intensidad de campo en cada material.

Histéresis magnética: Fenómeno por el que la imantación de los cuerpos ferromagnéticos depende no solamente del valor actual del campo sino también de los estados magnéticos anteriores.

Ciclo de histéresis: Curva cerrada que representa la serie de valores de la inducción magnética al variar el campo magnético.

El ciclo de histéresis es diferente para cada material y puede utilizarse para el cálculo de su permeabilidad.

En el caso de electroimanes, motores de C.A. transformadores, etc. al someter el material magnético a imantaciones alternas, se produce una perdida de energía que se manifiesta en forma de calor. Se ha comprobado que la pérdida de energía es proporcional al área del ciclo de histéresis, al tipo de material y a la frecuencia.

Remanencia: Propiedad de los cuerpos ferromagnéticos de conservar una cierta inducción después de suprimir el campo magnético.

Imantación residual: Imantación que subsiste en un cuerpo ferromagnético después de suprimir el campo magnetizante.

Campo coercitivo: Campo magnético necesario para llevar a cero la inducción de un cuerpo ferromagnético previamente imantado

Electromagnetismo conceptos generales y definición

Electromagnetismo: Parte dela ciencia que trata de las relaciones entre la electricidad y el magnetismo.

Circuito magnético: Conjunto de medios construidos principalmente por sustancias ferromagnéticas que forman un circulo cerrado y a través de los cuales puede pasar un flujo magnético.

Fuerza magnetomotriz (F): Causa capaz de mantener la circulación del flujo de inducción a lo largo del circuito magnético.

En el sistema c.g.s. la unidad de f. m. m. es el gilbertio (GB). En el sistema Giorgi la unidad de f. m. m. es el ampervuelta (Av), que equivale a 4x?/10 Gb.

Reluctancia (R): Cociente de la f. m. m. aplicada a un circuito magnético por el flujo de inducción que produce.

Las unidades de reluctancia no tienen nombre especial, expresándose, en el sistema c. g. s. por Gb/Mx; y en sistema Giorgi por Av/Wb.

Electroimán: Conjunto formado por un núcleo ferromagnético y por una bobina, que produce efectos magnéticos apreciables solamente cuando la bobina es recorrida por una corriente eléctrica.

Nucleo magnético: Parte de un circuito magnético rodeado pro un devanado.

Culata o yugo: Pieza de sustancia ferromagnética no rodeada pro devanados y destinada a unir los núcleos de un electroimán o de un transformador o los polos de una máquina.

Armadura de un electroimán: Pieza magnética dispuesta de modo que se pueda mover mediante la acción magnética del electroimán.

Entrehierro: Solución de continuidad, de pequeña longitud, de la parte ferromagnética de un circuito magnético.

Solenoide: Bobina cilíndrica devanada según una hélice de paso muy corto.

Excitación: Producción de un flujo de inducción magnética en un circuito magnético por medio de una corriente eléctrica.

Campo magnético generado por una corriente eléctrica: En 1820 Oersted comprobó que el paso de una corriente eléctrica por un conductor creaba un campo magnético, formado por líneas de fuerza circulares y situadas en un plano perpendicular al conductor. El sentido de las líneas de fuerza es el del giro de un sacacorchos que avanza con la corriente (Regla de Maxwell).

Campo magnético creado por una espira: Una espira es un conductor curvado, por lo que el sentido del campo será el resultante de aplicar la regla del sacacorchos a cada trozo del conductor. El campo magnético resultante es similar al producido por un imán plano. Las caras de la espira son Norte y Sur y su determinación se hace escribiendo, en su interior, las letras N o S, con sus flechas según el sentido de la corriente.

Campo magnético creado por una bobina: Una bobina está formada por un conductor arrollado en forma de hélice cilíndrica o por varias espiras en serie, muy próximas entre sí.

El campo magnético en la bobina se obtiene aplicando las reglas anteriores a trozos de conductores o a las diferentes espiras. El campo resultante es similar al de un imán, apareciendo un polo norte en el extremo de la bobina por donde salen las líneas de fuerza y un polo sur por donde entran.

El sentido del campo magnético se obtiene aplicando la regla del sacacorchos haciéndole girar en el sentido de la corriente que circula por las espiras.

Ley de Hopkinson: El número de líneas de inducción que atraviesa una superficie se obtiene por cociente entre la fuerza magneto motriz y la reluctancia que ofrece el circuito magnético al paso de dichas líneas.

Unidades más utilizadas en electricidad y magnetismo

Modernamente se tiende al empleo del sistema internacional S. L. también conocido por sistema Giorgi, que toma, como magnitudes fundamentales, la longitud metro, la masa kilogramo, el tiempo segundo y la intensidad de la corriente eléctrica amperio.

No obstante, también tiene su importancia el sistema c. g. s. ya que todavía se utilizan bastantes textos relacionados con la electricidad y el magnetismo.

Para abarcar las dos sistemas de unidades y ver la relación que existe entre ellos, así como el estudio de otros sistemas que sean de uso normal.

Generalidades sobre el cálculo circuito magnéticos

El conocimiento de un circuito magnético lleva consigo la determinación de los ampervueltas necesarios para mantener la circulación del flujo a lo largo del circuito magnético.

El cálculo de circuito magnético de una máquina está basado en la aplicación de la ley de Hopkinson teniéndose en todos los casos obtener el máximo flujo magnético con el mínimo de ampervueltas.

Los casos que se presentan a la hora del cálculo del circuito magnético son dos: directo inverso.

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