Campo magnéticoDe Wikipedia, la enciclopedia libreSaltar a navegación, búsqueda Para el álbum del músico francés Jean Michel Jarre, véase Les Chants Magnétiques.

Líneas mostrando el campo magnético de un imán de barra, producidas por limaduras de hierro sobre papel.

El campo magnético es una región de espacio en la cual una carga eléctrica puntual de valor q, que se desplaza a una velocidad , sufre los efectos de una fuerza que es perpendicular y proporcional tanto a la velocidad v como al campo B. Así, dicha carga percibirá una fuerza descrita con la siguiente igualdad.

donde F es la fuerza, v es la velocidad y B el campo magnético, también llamado inducción magnética y densidad de flujo magnético. (Nótese que tanto F como v y B son magnitudes vectoriales y el producto vectorial tiene como resultante un vector perpendicular tanto a v como a B). El módulo de la fuerza resultante será

La existencia de un campo magnético se pone de relieve gracias a la propiedad localizada en el espacio de orientar un magnetómetro (laminilla de acero imantado que puede girar libremente). La aguja de una brújula, que evidencia la existencia del campo magnético terrestre, puede ser considerada un magnetómetro.

http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico

Magnetismo

Los imanes naturales o artificiales (como los electroimanes), al igual que los campos magnéticos generados por ellos u otros cuerpos, como la Tierra, son objeto de estudio del magnetismo.

Por otra parte, también se conoce con el nombre de magnetismo al conjunto de propiedades que poseen los imanes. Estos cuerpos se encuentran en estado natural en algunas piedras denominadas magnetitas. Estas piedras pueden magnetizar a algunos cuerpos (especialmente de hierro), al colocarlos en contacto con ellos durante tiempos prolongados.

Uno de los fenómenos más curiosos y llamativos del magnetismo, está constituido quizás por lo que ocurre con las brújulas, cuya aguja se orienta permanentemente en dirección norte. Esto se debe a que la Tierra en su conjunto, posee una gran cantidad de minerales, hecho que sumado al giro rotacional del planeta, hace que éste se comporte como un gigantesco imán natural, lo que influye en las comunicaciones y en algunas trayectorias de aeronaves.

Fuerzas Magnéticas

El movimiento de un imán puede producir una corriente eléctrica. Si la corriente eléctrica crea un campo magnético, en forma inversa, el campo magnético puede producir una corriente inducida. Es el principio de la inducción electromagnética de Michael Faraday.

Las fuerzas magnéticas son producidas por el movimiento de partículas cargadas, como por ejemplo electrones, lo que indica la estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo

Reseña histórica del Magnetismo

El estudio del magnetismo se remonta a la época antigua. Los griegos encontraron, en la ciudad de Magnesia, unas piedras que llamaron magnetitas y observaron que eran capaces de atraer trozos de hierro. A estas piedras, se les denominaron imanes naturales. Se dieron cuenta, además, que al disponer los imanes de diferentes maneras, éstos podían atraerse o repelerse, y descubrieron su propiedad de polaridad.

Polos Magnéticos

El magnetismo es producido por imanes naturales o artificiales. Además de su capacidad de atraer metales, tienen la propiedad de polaridad. Los imanes tienen dos polos magnéticos diferentes llamados Norte o Sur. Si enfrentamos los polos Sur de dos imanes estos se repelen, y si enfrentamos el polo sur de uno, con el polo norte de otro se atraen. Otra particularidad es que si los imanes se parten por la mitad, cada una de las partes tendrá los dos polos.

Cuando se pasa una piedra imán por un pedazo de hierro, éste adquiere a su vez la capacidad de atraer otros pedazos de hierro.

La atracción o repulsión entre dos polos magnéticos disminuye a medida que aumenta el cuadrado de la distancia entre ellos

Campo Magnético

Polo Norte Polo Sur

Polaridad de los imanes

Las limaduras de hierro forman un patrón de líneas de campo magnético en el espacio que rodea el imán.

Campo Magnético terrestre; la tierra es un imán

Campo magnético

Un imán atrae pequeños trozos de limadura de hierro, níquel y cobalto, o sustancias compuestas a partir de estos metales (ferromagnéticos.

La imantación se transmite a distancia y por contacto directo. La región del espacio que rodea a un imán y en la que se manifiesta las fuerzas magnéticas se llama campo magnético.

Las líneas del campo magnético revelan la forma del campo. Las líneas de campo magnético emergen de un polo, rodean el imán y penetran por el otro polo.

Fuera del imán, el campo esta dirigido del polo norte al polo sur. La intensidad del campo es mayor donde están mas juntas las líneas (la intensidad es máxima en los polos.

Naturaleza de un campo magnético

El magnetismo esta muy relacionado con la electricidad. Una carga eléctrica esta rodeada de un campo eléctrico, y si se esta moviendo, también de un campo magnético. Esto se debe a las “distorsiones” que sufre el campo eléctrico al moverse la partícula.

El campo eléctrico es una consecuencia relativista del campo magnético. El movimiento de la carga produce un campo magnético.

En un imán de barra común, que al parecer esta inmóvil, esta compuesto de átomos cuyos electrones se encuentran en movimiento (girando sobre su orbita. Esta carga en movimiento constituye una minúscula corriente que produce un campo magnético. Todos los electrones en rotación son imanes diminutos.

UNA CARGA EN MOVIMIENTO PRODUCE UN CAMPO MAGNÉTICO.

Los espectros magnéticos

Si espolvoreamos limaduras de hierro sobre un vidrio o una cartulina colocados sobre uno o varios imanes, obtendremos una figura llamada espectro magnético, que nos demostrará visualmente la forma del campo.

Las limaduras se disponen formando líneas, llamadas líneas de fuerza del campo magnético. Hay una manera muy sencilla de conservar un espectro: sobre la hoja de papel donde se lo ha formado, se coloca una hoja de papel adhesivo transparente y las limaduras de hierro ya no se pueden mover más.

El campo magnético terrestre.

Hace mucho tiempo se considera como un imán la tierra, debido a que en su núcleo hay hierro.

DATO: el acero se imanta con mayor facilidad que el hierro, pero su efecto es más duradero.

A causa del campo magnético terrestre, un imán que gire libremente se alineara en dirección norte -sur.

http://html.rincondelvago.com/campo-magnetico-e-imanes.html

MAGNETISMOLas fuerzas características de los imanes se denominan fuerzas magnéticas. El desarrollo de la física amplió el tipo de objetos que sufren y ejercen fuerzas magnéticas. Las corrientes eléctricas y, en general, las cargas en movimiento se comportan como imanes, es decir, producen campos magnéticos. Siendo las cargas móviles las últimas en llegar al panorama del magnetismo han permitido, sin embargo, explicar el comportamiento de los imanes, esos primeros objetos magnéticos conocidos desde la antigüedad.

El término magnetismo tiene su origen en el nombre que en la época de los filósofos griegos recibía una región del Asia Menor,entonces denominada Magnesia; en ella abundaba una piedra negra o piedra imán capaz de atraer objetos de hierro y de comunicarles por contacto un poder similar. A pesar de que ya en el siglo VI a. de C. se conocía un cierto número de fenómenos magnéticos, el magnetismo como disciplina no comienza a desarrollarse hasta más de veinte siglos después,cuando la experimentación se convierte en una herramienta esencial para el desarrollo del conocimiento científico. Gilbert (1544-1603), Ampere (1775-1836), Oersted (1777-1851), Faraday (1791-1867) y Maxwell (1831-1879), investigaron sobre las características de los fenómenos magnéticos, aportando una descripción en forma de leyes.

Los fenómenos magnéticos habían permanecido durante mucho tiempo en la historia de la ciencia como independientes de los eléctricos. Pero el avance de la electricidad por un lado y del magnetismo por otro, preparó la síntesis de ambas partes de la física en una sola,el electromagnetismo, que reúne las relaciones mutuas existentes entre los campos magnéticos y las corrientes eléctricas. Maxwell fue el científico que cerró ese sistema de relaciones al elaborar su teoría electromagnética.

El magnetismo de los imanesEl estudio del comportamiento de los imanes pone de manifiesto la existencia en cualquier imán de dos zonas extremas o polos en donde la acción magnética es más intensa. Los polos magnéticos de un imán no son equivalentes, como lo prueba el hecho de que enfrentando dos imanes idénticos se observen atracciones o repulsiones mutuas según se aproxime el primero al segundo por uno o por otro polo.

Para distinguir los dos polos de un imán recto se les denomina polo norte y polo sur. Esta referencia geográfica está relacionada con el hecho de que la Tierra se comporte como un gran imán. Las experiencias con brújulas indican que los polos del imán terrestre se encuentran próximos a los polos Sur y Norte geográficos respectivamente. Por tal motivo,el polo de la brújula que se orienta aproximadamente hacia el Norte terrestre se denomina polo Norte y el opuesto constituye el polo Sur. Tal distinción entre polos magnéticos se puede extender a cualquier tipo de imanes.

Las experiencias con imanes ponen de manifiesto que polos del mismo tipo (N-N y S-S) se repelen y polos de distinto tipo (N-S y S-N) se atraen. Esta característica del magnetismo de los imanes fue explicada por los antiguos como la consecuencia de una propiedad más general de la naturaleza consistente en lo que ellos llamaron la « atracción de los opuestos ».

Otra propiedad característica del comportamiento de los imanes consiste en la imposibilidad de aislar sus polos magnéticos. Así, si se corta un imán recto en dos mitades se reproducen otros dos imanes con sus respectivos polos norte y sur. Y lo mismo sucederá si se repite el procedimiento nuevamente con cada uno de ellos. No es posible, entonces, obtener un imán con un solo polo magnético semejante a un cuerpo cargado con electricidad de un solo signo. Dicha experiencia fue efectuada por primera vez por Peregrinus, sabio francés que vivió sobre 1270 y a quien se debe el perfeccionamiento de la brújula, así como una importante aportación al estudio de los imanes.

Características de las fuerzas magnéticasA diferencia de lo que sucede con una barra de ámbar electrizada por frotamiento -la cual atrae hacia sí todo tipo de objetos con la condición de que

sean ligeros-, un imán ordinario sólo ejerce fuerzas magnéticas sobre cierto tipo de materiales, en particular sobre el hierro. Este fue uno de los obstáculos que impidieron una aproximación más temprana entre el estudio de la electricidad y el del magnetismo. Las fuerzas magnéticas son fuerzas de acción a distancia, es decir, se producen sin que exista contacto físico entre los dos imanes. Esta circunstancia, que excitó la imaginación de los filósofos antiguos por su difícil explicación, contribuyó más adelante al desarrollo del concepto de campo de fuerzas.

Experiencias con imanes y dinamómetros permiten sostener que la intensidad de la fuerza magnética de interacción entre imanes disminuye con el cuadrado de la distancia. Representando por Fm la fuerza magnética, por r la distancia y por F1 2 = μ .I1,I2.L/2.π.r el símbolo de la proporcionalidad directa, tal propiedad se expresa en la forma:

Fm = 1/r ²

Espectros magnéticosCuando se espolvorea en una cartulina o en una lámina de vidrio, situadas sobre un imán, limaduras de hierro, éstas se orientan de un modo regular a lo largo de líneas que unen entre sí los dos polos del imán. Lo que sucede es que cada limadura se comporta como una pequeña brújula que se orienta en cada punto como consecuencia de las fuerzas magnéticas que soporta. La imagen que forma este conjunto de limaduras alineadas constituye el espectro magnético del imán.

El espectro magnético de un imán permite no sólo distinguir con claridad los polos magnéticos, sino que además proporciona una representación de la influencia magnética del imán en el espacio que le rodea. Así una pareja de imanes enfrentados por sus polos de igual tipo dará lugar a un espectro magnético diferente al que se obtiene cuando se colocan de modo que sean los polos opuestos los más próximos. Esta imagen física de la influencia de los imanes sobre el espacio que les rodea hace posible una aproximación relativamente directa a la idea de campo magnético.

EL CAMPO MAGNETICO

El hecho de que las fuerzas magnéticas sean fuerzas de acción a distancia permite recurrir a la idea física de campo para describir la influencia de un imán o de un conjunto de imanes sobre el espacio que les rodea. Al igual que en el caso del campo eléctrico, se recurre a la noción de líneas de fuerza para representar la estructura del campo. En cada punto las líneas de fuerza del campo magnético indican la dirección en la que se orientará una pequeña brújula (considerada como un elemento de prueba) situada en tal punto. Así las limaduras de hierro espolvoreadas sobre un imán se orientan a lo largo de las líneas de fuerza del campo magnético correspondiente y el espectro magnético resultante proporciona una representación espacial del campo. Por convenio se admite que las líneas de fuerza salen del polo Norte y se dirigen al polo Sur.

La intensidad del campo magnéticoComo sucede en otros campos de fuerza, el campo magnético queda definido matemáticamente si se conoce el valor que toma en cada punto una magnitud vectorial que recibe el nombre de intensidad de campo. La intensidad del campo magnético, a veces denominada inducción magnética, se representa por la letra B y es un vector tal que en cada punto coincide en dirección y sentido con los de la línea de fuerza magnética correspondiente. Las brújulas, al alinearse a lo largo de las líneas de fuerza del campo magnético, indican la dirección y el sentido de la intensidad del campo B.

La obtención de una expresión para B se deriva de la observación experimental de lo que le sucede a una carga q en movimiento en presencia de un campo magnético. Si la carga estuviera en reposo no se apreciaría ninguna fuerza mutua; sin embargo, si la carga q se mueve dentro del campo creado por un imán se observa cómo su trayectoria se curva, lo cual indica que una fuerza magnética Fm se está ejerciendo sobre ella. Del estudio experimental de este fenómeno se deduce que:

a) Fm es tanto mayor cuanto mayor es la magnitud de la carga q y su sentido depende del signo de la carga.

b) Fm es tanto mayor cuanto mayor es la velocidad v de la carga q.

c) Fm se hace máxima cuando la carga se mueve en una dirección perpendicular a las líneas de fuerza y resulta nula cuando se mueve paralelamente a ella.

d) La dirección de la fuerza magnética en un punto resulta perpendicular al plano definido por las líneas de fuerza a nivel de ese punto y por la dirección del movimiento de la carga q, o lo que es lo mismo, Fm es perpendicular al plano formado por los vectores B y v.

Las conclusiones experimentales a,b y e quedan resumidas en la expresión:

Fm = q.v.B.sen φ (11.1)

donde B representa el módulo o magnitud de la intensidad del campo y φ el ángulo que forman los vectores v y B. Dado que Fm, v y B pueden ser considerados como vectores, es necesario además reunir en una regla lo relativo a la relación entre sus direcciones y sentidos: el vector Fm es perpendicular al plano formado por los vectores v y B y su sentido coincide con el de avance de un tornillo que se hiciera girar en el sentido que va de v a B (por el camino más corto). Dicha regla, llamada del tornillo de Maxwell, es equivalente a la de la mano izquierda, según la cual las direcciones y sentidos de los vectores Fm,v y B vienen dados por los dedos pulgar, índice y corazón de la mano izquierda dispuestos en la forma que se muestra en la figura adjunta.

La ecuación (11.1) constituye una definición indirecta del módulo o magnitud de la intensidad del campo magnético, dado que a partir de ella se tiene:

B = Fm/q.v.sen φ (11.2)

La dirección de B es precisamente aquélla en la que debería desplazarse q para que Fm fuera nula; es decir, la de las líneas de fuerza. La unidad del campo magnético en el SI es el tesla (T) y representa la intensidad que ha de tener un campo magnético para que una carga de 1 C, moviéndose en su interior a una velocidad de 1 m/s perpendicularmente a la dirección del campo, experimentase una fuerza magnética de 1 newton.

1 T = 1 N/1 C. 1 m/s

Aunque no pertenece al SI, con cierta frecuencia se emplea el gauss (G): 1 T = 104 G

EL MOVIMIENTO DE PARTICULAS EN UN CAMPO MAGNETICO

Los campos eléctricos y magnéticos desvían ambos las trayectorias de las cargas en movimiento, pero lo hacen de modos diferentes. Una partícula cargada que se mueve en un campo eléctrico (como el producido entre las dos placas de un condensador plano dispuesto horizontalmente) sufre una fuerza eléctrica Fe en la misma dirección del campo E que curva su trayectoria. Si la partícula alcanza el espacio comprendido entre las dos placas según una dirección paralela, se desviará hacia la placa + si su carga es negativa y hacia la - en caso contrario, pero siempre en un plano vertical, es decir, perpendicular a ambas placas. Dicho plano es el definido por los vectores v y E.

Si las dos placas del condensador se sustituyen por los dos polos de un imán de herradura, la partícula sufre una fuerza magnética Fm que según la regla de la mano izquierda es perpendicular a los vectores v y B. En este caso la trayectoria de la partícula cargada se desvía en el plano horizontal.

Campos magnéticos - El experimento de OerstedAun cuando los filósofos griegos presintieron que las fuerzas eléctricas y las magnéticas tenían un origen común, la experimentación desarrollada desde William Gilbert (1544-1603) en torno a este tipo de fenómenos no reveló ningún resultado que indicara que un cuerpo cargado en reposo es atraído o repelido por un imán. A pesar de su similitud, los fenómenos eléctricos parecían independientes de los fenómenos magnéticos. Esta era la opinión de los colegas de Oersted (1777-1851) y probablemente la suya propia hasta que un día de 1819, al finalizar una clase práctica en la Universidad de Copenhague, fue protagonista de un descubrimiento que lo haría famoso. Al acercar una aguja imantada a un hilo de platino por el que circulaba corriente advirtió, perplejo, que la aguja efectuaba una gran oscilación hasta situarse

inmediatamente perpendicular al hilo. Al invertir el sentido de la corriente, la aguja invirtió también su orientación.

Este experimento, considerado por algunos como fortuito y por otros como intencionado, constituyó la primera demostración de la relación existente entre la electricidad y el magnetismo. Aunque las cargas eléctricas en reposo carecen de efectos magnéticos, las corrientes eléctricas, es decir, las cargas en movimiento, crean campos magnéticos y se comportan, por lo tanto, como imanes.

Campo magnético debido a una corriente rectilíneaLa repetición de la experiencia de Hans Christian Oersted con la ayuda de limaduras de hierro dispuestas sobre una cartulina perpendicular al hilo conductor rectilíneo,pone de manifiesto una estructura de líneas de fuerza del campo magnético resultante, formando circunferencias concéntricas que rodean al hilo. Su sentido puede relacionarse con el convencional de la corriente sustituyendo las limaduras por pequeñas brújulas. En tal caso se observa que el polo norte de cada brújula -que apunta siempre en el sentido del vector intensidad de campo B - se corresponde con la indicación de los dedos restantes de la mano derecha semicerrada en torno a la corriente, cuando el pulgar apunta en el sentido de dicha corriente. Esta es la regla de la mano derecha que aparece representada en la figura adjunta y que permite relacionar el sentido de una corriente rectilínea con el sentido de las líneas de fuerza del campo magnético B creado por ella. Experiencias más detalladas indican que la intensidad del campo B depende de las características del medio que rodea a la corriente rectilínea, siendo tanto mayor cuando mayor es la intensidad de corriente I y cuanto menor es la distancia r al hilo conductor. Todo lo cual queda englobado en la ecuación:

B = μ .I/2.π.r (11.3)

μ representa una constante característica del medio que recibe el nombre de permeabilidad magnética. En el vacío su valor es μ 0 = 4.π.10-7 T m/A.

Campo magnético debido a una espira circularEl estudio del espectro magnético debido a una corriente circular, completado con la información que sobre el sentido del campo creado ofrecen pequeñas brújulas, indica que las líneas de fuerza del campo se cierran en torno a cada porción de la espira como si ésta consistiera en la reunión de pequeños tramos rectilíneos. En conjunto, el espectro magnético resultante se parece mucho al de un imán recto con sus polos norte y sur. La cara norte de una corriente

circular, considerada como un imán,es aquella de donde salen las líneas de fuerza y la cara sur aquella otra a donde llegan dichas líneas.

La relación entre la polaridad magnética de una espira y el sentido de la corriente que circula por ella la establece la regla de la mano derecha de la que se deriva esta otra: una cara es norte cuando un observador situado frente a ella ve circular la corriente (convencional) de derecha a izquierda y es sur en el caso contrario. La experimentación sobre los factores que influyen en el valor de la intensidad de campo B en el interior de la espira muestra que éste depende de las propiedades del medio que rodea la espira (reflejadas en su permeabilidad magnética μ), de la intensidad de corriente I y del valor del radio R de la espira, en la forma dada por la siguiente ecuación:

B = μ .I/2.R (11.4)

Campo magnético debido a un solenoideUn solenoide es, en esencia, un conjunto de espiras iguales y paralelas dispuestas a lo largo de una determinada longitud que son recorridas por la misma intensidad de corriente. Su forma es semejante a la del alambre espiral de un bloc. El espectro magnético del campo creado por un solenoide se parece más aún al de un imán recto que el debido a una sola espira. La regla que permite relacionar la polaridad magnética del solenoide como imán con el sentido convencional de la corriente que circula por él es la misma que la aplicada en el caso de una sola espira. El estudio experimental de la intensidad del campo magnético B debido a un solenoide en un punto cualquiera de su interior pone de manifiesto que una mayor proximidad entre las espiras produce un campo magnético más intenso, lo cual se refleja en la expresión de B a través del cociente N/ L,siendo N el número de espiras y L la longitud del solenoide. Dicha expresión viene dada por la ecuación:

B = μ .I.N/l (11.5)

N/l: representa el número de espiras por unidad de longitud, siendo su valor tanto mayor cuanto más apretadas están las espiras en el solenoide.

El hecho de que B dependa del valor de μ, y por tanto de las características del medio, sugiere la posibilidad de introducir en el interior del solenoide una barra de material de elevado y conseguir así un campo magnético más intenso con la misma intensidad de corriente I. Este es precisamente el fundamento del electroimán, en el cual una barra de hierro introducida en el hueco del solenoide aumenta la intensidad del campo magnético varios miles de veces con respecto al valor que tendría en ausencia de tal material. Los timbres, los teléfonos, las dinamos y muchos otros dispositivos eléctricos y electromecánicos utilizan electroimanes como componentes. Sus

características de imanes temporales, que actúan sólo en presencia de corriente, amplía el número de sus posibles aplicaciones.

Ejemplo de campo magnético debido a corrientes eléctricas: Se trata de calcular la intensidad del campo magnético B creado por una corriente de 4 A de intensidad en cada uno de los siguientes casos: a) a 4 cm de un hilo conductor rectilíneo e indefinido; b) en el centro de una bobina formada por 20 espiras circulares de 10 cm de diámetro; c) en cualquier punto del interior de un solenoide de 2 cm de diámetro y de longitud indefinida que posee 40 espiras por cada centímetro de longitud (Tómese μ 0 = 4.π.107 T m/A).

a) El campo magnético B debido a una corriente rectilíneo indefinida en un punto que dista r de dicha corriente, viene dado por la expresión

B = μ 0.l/2.π.r

Sustituyendo los datos del enunciado y recordando que todas las magnitudes se han de expresar en unidades SI, resulta:

B = 4.π.107 T.(m/A).4 A/2.π.4.10 ² m = 2.105 T

b) El campo B debido a una bobina formada por N espiras de igual radio R en su centro geométrico será igual a N veces el campo debido a una sola, es decir:

B = μ 0.l.N/2.R = 20.4.π.107 T.(m/A).4 A/10.10 ² m = 3,2.π.104 T

c) En cualquier punto del interior de un solenoide el campo magnético es homogéneo, es decir, toma el mismo valor B = μ 0.I.N/l. Aún cuando no se conozca la longitud, para calcular B basta conocer el número de espiras por unidad de longitud, que en este caso es N/l =4.10 ² espiras/m. sustituyendo, resulta:

B = 4.π.107.4.40.10 ² = 6,4.π.10³ T

http://www.fisicanet.com.ar/fisica/magnetismo/ap01_campo_magnetico.php

Campo Magnético de la Tierra

El campo magnético que se observa tiene dos orígenes, uno interno y otro externo. El campo interno es semejante al producido por un dipolo magnético situado en el centro de la Tierra con una inclinación de 10,5º respecto al eje de rotación. Los polos geomagnéticos son los puntos en los que el eje del dipolo intersecta a la superficie terrestre, y el ecuador magnético es el plano perpendicular a dicho eje. Esta componente presenta una variación secular en el tiempo, que al ser acumulativa en grandes períodos de tiempo se ha podido observar en algunos puntos. La componente de origen externo es debida principalmente a la actividad del Sol sobre la ionosfera y magnetosfera, siendo la más importante la variación diaria con período de 24 horas. Otras variaciones de origen externo son: la lunar, undecenal, pulsaciones magnéticas, tormentas magnéticas, bahías, efectos cromosféricos, etc.

El campo magnético terrestre es una magnitud de carácter vectorial, por lo que para estudiar sus componentes se toma como referencia en un punto de la superficie de la Tierra un sistema trirrectangular de ejes vertical, N-S y E-O. De esta forma, la intensidad del campo (F) y sus proyecciones horizontal (H) y vertical (Z) están relacionadas a través de los ángulos de declinación (D), que forma H con el norte geográfico, y de inclinación magnética (I), que forman F y H. Así, para expresar el campo magnético en un punto bastan las tres cantidades F, I, D.

http://www.fomento.es/MFOM/LANG_CASTELLANO/DIRECCIONES_GENERALES/INSTITUTO_GEOGRAFICO/Geofisica/Geomagnetismo/campomag.htm

Permeabilidad magnéticaDe Wikipedia, la enciclopedia libreSaltar a navegación, búsqueda

Comparación simple de permeabilidades para: ferromagnetos (μf), paramagnetos (μp), diamagnetos (μd) y el vacío (μ0).

En física se denomina permeabilidad magnética a la capacidad de una sustancia o medio para atraer y hacer pasar a través de sí los campos magnéticos, la cual está dada por la relación entre la inducción magnética existente y la intensidad de campo magnético que aparece en el interior de dicho material.

La magnitud así definida, el grado de magnetización de un material en respuesta a un campo magnético, se denomina permeabilidad absoluta y se suele representar por el símbolo μ:

donde B es la inducción magnética (también llamada densidad de flujo magnético) en el material, y H es intensidad de campo magnético.

Permeabilidad magnética del vacío

La permeabilidad del vacío, conocida también como constante magnética, se representa mediante el símbolo μ0 y se define como:

La permitividad eléctrica - que aparece en la Ley de Coulomb - y la constante magnética del vacío están relacionadas por la fórmula:

donde c representa velocidad de la luz en el espacio vacío.

Permeabilidad relativa, comparación entre materiales

Para comparar entre sí los materiales, se entiende la permeabilidad magnética absoluta (μ) como el producto entre la permeabilidad magnética relativa (μr) y la permeabilidad magnética de vacío (μ0):

μ = μrμ0

Los materiales se pueden clasificar según su permeabilidad magnética relativa en:

ferromagnéticos , cuyo valor de permeabilidad magnética relativa es muy superior a 1. paramagnéticos o no magnéticos, cuya permeabilidad relativa es aproximadamente 1

(se comportan como el vacío). diamagnéticos , de permeabilidad magnética relativa inferior a 1.

Los materiales ferromagnéticos atraen el campo magnético hacia su interior. Son los materiales que "se pegan a los imanes". Esa propiedad recibe el nombre de ferromagnetismo. Ejemplos de ellos son el hierro y el níquel.

Los materiales paramagnéticos son la mayoría de los que encontramos en la naturaleza. No presentan ferromagnetismo, y su reacción frente a los campos magnéticos es muy poco apreciable.

Los materiales diamagnéticos repelen el campo magnético, haciendo que éste pase por el exterior del material. En general, esta acción diamagnética es muy débil, y no es comparable al efecto que produce el campo magnético sobre los materiales ferromagnéticos. Un ejemplo de material diamagnético es el cobre.

Otro efecto de los campos magnéticos sobre los materiales es el antiferromagnetismo, que resulta en una polarización nula del material, pero produce una ordenación interna de éste.

http://es.wikipedia.org/wiki/Permeabilidad_magn%C3%A9tica

densidad de flujo y permeabilidad

Ya se ha establecido que las líneas del campo eléctrico se dibujan de modo que su espaciamiento en cualquier punto permita determinar la fuerza del campo eléctrico en ese punto. El número de líneas ?N dibujadas a través de la unidad de área ?A es directamente proporcional a la intensidad del campo eléctrico E.

 

?N

= e E

?A

 

La constante de proporcionalidad e , que determina el número de líneas dibujadas, es la permisividad del medio a través del cual pasan las líneas. Es una descripción análoga de un campo magnético considerando al flujo magnético F que pasa a través de una unidad de área perpendicular A' A esta razón B se le llama densidad de flujo magnético.

La densidad de flujo magnético en una región de un campo magnético es el número de líneas de flujo que pasan a través de una unidad de area perpendicular, en esa región.

 

 

 

B = F (flujo ) / A 1 (área) (2)

 

La unidad del flujo magnético en el SI es el weber (Wb). La unidad de densidad de flujo debe ser entonces webers por metro cuadrado, que se re define como tesla (T). Una antigua unidad que todavía se usa hoy es el gauss (G). En resumen,

1 T = 1 Wb/m 2 = 10 4 G

http://genesis.uag.mx/edmedia/material/fisicaii/magnetismo.cfm

Una corriente eléctrica produce un campo mágnético. Este applet simula una experiencia relativa al campo magnético generado por una corriente eléctrica

continua que circula por un hilo rectilíneo indefinido. Una corriente intensa circula por un hilo vertical. Se puede invertir el sentido de la corriente mediante el botón rojo. Los signos en los extremos del hilo simbolizan la polaridad de la batería conectada. La dirección convencional de la corriente viene dada por las flechas rojas. ¡Observe que el movimiento de los electrones (puntos verdes) es opuesta a la dirección convenida de la corriente!

Una aguja imanada que puede ser desplazada (arrastrando el ratón con el botón presionado) muestra la dirección del campo magnético (azul) en una posición dada. Los polos norte y sur de la aguja están pintados de color rojo y verde respectivamente. Se desprecia la influencia del campo magnético terrestre.

Las líneas de campo magnético de una corriente continua rectilínea forman círculos concéntricos alrededor del hilo conductor. La dirección del campo magnético (flechas azules) viene dada por la regla de la mano derecha: Cuando el pulgar de la mano derecha señala la dirección de la corriente, los otros dedos rodean el hilo conductor en la dirección del campo magnético.

Campo magnético creado por una corriente en un cable

Segunda ley dela mano derecha

Cuando una corriente alterna o corriente continua viaja por un conductor (cable), genera a su alrededor un efecto no visible llamado campo electromagnético.

Este campo forma unos círculos alrededor del cable como se muestra en la figura. Hay círculos cerca y lejos del cable en forma simultánea.

El campo magnético es más intenso cuanto más cerca está del cable y esta intensidad disminuye conforme se aleja de él, hasta que su efecto es nulo.

Se puede encontrar el sentido que tiene el flujo magnético si se conoce la dirección que tiene la corriente en el cable y se utiliza la Segunda ley de la mano derecha. (ver gráfico).

El el gráfico se ve como se obtiene el sentido del campo magnético con la ayuda de la segunda ley de la mano derecha

Este efecto es muy fácil visualizar en corriente continua.

La fórmula para obtener el campo magnético en un conductor largo es:B = mI/(2 p d )

Donde:- B: campo magnético- m: es la permeabilidad del aire- I: corriente por el cable- p: Pi = 3.1416- d: distancia desde el cable

Si hubieran N cables juntos el campo magnético resultante sería:

B = N m I/(2 p d)

El campo magnético en el centro de una bobina de N espiras circulares es:

B = N m I/(2R)

Donde: R es el radio de la espira

Nota: es importante mencionar que:- Una corriente en un conductor genera un campo magnético y ....- Un campo magnético genera una corriente en un conductor.

Sin embargo, las aplicaciones mas conocidas utilizan corriente alterna. Por ejemplo:

- Las bobinas: Donde la energía se almacena como campo magnético.- Los transformadores: Donde la corriente alterna genera un campo magnético alterno en el bobinado primario, que induce en el bobinado secundario otro campo magnético que a su vez causa una corriente, que es la corriente alterna de salida del transformador.

http://www.unicrom.com/Tut_electromagnetismo.asp

Fuerza magnética sobre una carga en movimientoSobre una carga eléctrica en movimiento que atraviese un campo magnético aparece una fuerza denominada Fuerza Magnética. Ésta modifica la dirección de la velocidad, sin modificar su módulo. El sentido se calcula por la regla de la mano derecha (índice = velocidad, mayor = campo, pulgar = fuerza, formando 90 grados entre cada uno de los tres dedos). El sentido de la fuerza es para cargas positivas. Si las cargas son negativas el sentido es el opuesto al obtenido con la regla de la mano derecha.

Valor de la fuerza magnética

Fm = q v B sen θ

q = Valor de la cargav = VelocidadB = Campo magnéticoθ = Angulo entre la velocidad y el campo

Efecto Hall 

Efecto Hall es la medición del voltaje transversal en un conductor cuando es puesto en un campo magnético. Mediante esta medición es posible determinar el tipo, concentración y movilidad de portadores en silicio.

El electromagnetismo enseña que un campo electromagnético variable en el tiempo sólo penetra en un conductor hasta una profundidad del orden del espesor pelicular. El Efecto Hall permite la penetración de un campo magnético rotante y la generación de corriente.

Este método está siendo utilizado para producir corriente necesaria en experimentos de fusión nuclear por confinamiento magnético.

El científico alemán Klaus von Klitzing obtuvo, en 1985, el Premio Nobel de Física por el descubrimiento del efecto Hall cuántico.

Introducción Teórica al efecto Hall 

El efecto Hall consiste en que en un metal o semiconductor con corriente, situado en un campo magnético perpendicular al vector densidad de corriente, surge un campo eléctrico transversal y un diferencia de potencial. 

La causa del efecto Hall es la desviación que experimentan los electrones que se mueven en el campo magnético bajo la acción de la fuerza de Lorentz.

Las siguientes figuras muestran las direcciones del campo magnético B, de la densidad de corriente J, la fuerza de Lorentz F, la velocidad de las cargas V (según sean estas positivas o negativas), así como los signos de las cargas concentradas en las caras opuestas superior e inferior para cada tipo de carga (negativa y positiva).

La figura 1a) es válida para metales y semiconductores tipo n; para semiconductores tipo p, los signos de las cargas que se concentran en las superficies son opuestos (figura 1b).

Las cargas siguen siendo desviadas por el campo magnético hasta que la acción de la fuerza en el campo eléctrico transversal equilibre la fuerza de Lorentz.

Pinza para medir efecto Hall

fig. 1a                                   fig. 1b

La diferencia de potencial debida al efecto Hall es, pues, en el equilibrio:

http://www.profesorenlinea.cl/fisica/EfectoHall.htm

Fuerza magnética sobre un conductorSobre un conductor por el que circula una corriente eléctrica y que se encuentre dentro de un campo magnético también aparece una fuerza magnética. El sentido de la fuerza también se puede calcular por la regla de la mano derecha, considerando a la velocidad de las cargas positivas en la misma dirección del conductor.

El módulo de la fuerza se calcula como:

I = Intensidad de corriente (en Amper).l = Longitud del conductor dentro del campo.B = Campo magnético

Si el conductor es paralelo al campo magnético, la fuerza es 0

http://www.fisicapractica.com/fuerza-conductor.php

Fuerza magnética en dos conductores paralelos

Si por dos conductores circula una corriente, cada uno sufrirá el efecto del campo magnético del otro. Si la corriente es de igual sentido aparece una fuerza de

atracción entre ambos.

 

Tomando el primer hilo, con una corriente eléctrica , creará en un hilo conductor, situado paralelamente a una 1distancia de él, un campo que será:

y claro está, este hilo segundo por el cual circula una corriente experimentará una fuerza por estar sometido a este campo. Esta fuerza es

Ahora bien, como la longitud de ambos hilos es infinita, la fuerza total que sienten estos hilos también es infinita, aunque eso sí, repartida por su longitud sin límite. Una magnitud útil es ver cuanta fuerza se siente por unidad de longitud , lo que equivale a decir que

La ley de Biot-Savart

El físico Jean Biot dedujo en 1820 una ecuación que permite calcular el campo magnético B creado por un circuito de forma cualesquiera recorrido por una corriente de intensidad i.

B es el vector campo magnético existente en un punto P del espacio, ut es un vector unitario cuya dirección es tangente al circuito y que nos indica el sentido de la corriente en la posición donde se encuentra el elemento dl. ur es un vector unitario que señala la posición del punto P respecto del elemento de corriente, 0/4 = 10-7 en el Sistema Internacional de Unidades.

Campo magnético producido por una corriente rectilínea

Utilizamos la ley de Biot para calcular el campo magnético B producido por un conductor rectilíneo indefinido por el que circula una corriente de intensidad i.

El campo magnético B producido por el hilo rectilíneo en el punto P tiene una dirección que es perpendicular al plano formado por la corriente rectilínea y el punto P, y sentido el que resulta de la aplicación de la regla del sacacorchos al producto vectorial ut ur

Para calcular el módulo de dicho campo es necesario realizar una integración.

Se integra sobre la variable , expresando las variables x y r en función del ángulo .

R=r·cos , R=x·tan .

En la figura, se muestra la dirección y sentido del campo magnético producido por una corriente rectilínea indefinida en el punto P. Cuando se dibuja en un papel, las corrientes perpendiculares al plano del papel y hacia el lector se simbolizan con un punto en el interior de una pequeña circunferencia, y las corrientes en sentido contrario con una cruz en el interior de una circunferencia tal como se muestra en la parte derecha de la figura.

La dirección del campo magnético se dibuja perpendicular al plano determinado por la corriente rectilínea y el punto, y el sentido se determina por la regla del sacacorchos o la denominada de la mano derecha.

 

La ley de Ampère

La ley de Gauss nos permitía calcular el campo eléctrico producido por una distribución de cargas cuando estas tenían simetría (esférica, cilíndrica o un plano cargado).

Del mismo modo la ley de Ampère nos permitirá calcular el campo magnético producido por una distribución de corrientes cuando tienen cierta simetría.

Los pasos que hay que seguir para aplicar la ley de Ampère son similares a los de la ley de Gauss.

1. Dada la distribución de corrientes, deducir la dirección y sentido del campo magnético 2. Elegir un camino cerrado apropiado, atravesado por corrientes y calcular la circulación

del campo magnético. 3. Determinar la intensidad de la corriente que atraviesa el camino cerrado 4. Aplicar la ley de Ampère y despejar el módulo del campo magnético.

 

Campo magnético producido por una corriente rectilínea

1. La dirección del campo en un punto P, es perpendicular al plano determinado por la corriente y el punto.

2. Elegimos como camino cerrado una circunferencia de radio r, centrada en la corriente rectilínea, y situada en una plano perpendicular a la misma.

El campo magnético B es tangente a la circunferencia de radio r, paralelo al vector dl. El módulo del campo magnético B tiene tiene el mismo valor en todos los puntos de

dicha circunferencia.

La circulación (el primer miembro de la ley de Ampère) vale

3. La corriente rectilínea i atraviesa la circunferencia de radio r.

4. Despejamos el módulo del campo magnético B.

Llegamos a la expresión obtenida aplicando la ley de Biot.

 

Fuerza entre dos corrientes rectilíneas

Sean dos corrientes rectilíneas indefinidas de intensidades Ia e Ib paralelas y distantes d.

El campo magnético producido por la primera corriente rectilínea en la posición de la otra corriente es

De acuerdo con la regla de la mano derecha tiene el sentido indicado en la figura, en forma vectorial Ba=-Bai

La fuerza sobre una porción L, de la segunda corriente rectilínea por la que circula una corriente Ib en el mismo sentido es

Como podemos comprobar, la fuerza que ejerce el campo magnético producido por la corriente de intensidad Ib sobre la una porción de longitud L de corriente rectilínea de intensidad Ia, es igual pero de sentido contrario.

La fuerza por unidad de longitud ente dos corrientes rectilíneas indefinidas y paralelas, distantes d es

La unidad de medida de la intensidad de la corriente eléctrica, el ampere, se fundamenta en esta expresión:

El ampere (A) es la intensidad de una corriente constante que manteniéndose en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y situados a una distancia de un metro uno de otro en el vacío, produciría una fuerza igual a 2·10-7 newton por metro de longitud.

Si las corrientes tienen sentido opuesto, la fuerza tiene el mismo módulo pero de sentido contrario, las corrientes se atraen, tal como se aprecia en la figura

Dos corrientes rectilíneas indefinidas, paralelas, separadas una distancia d

las corrientes eléctricas que circulan en el mismo sentido, se atraen las corrientes eléctricas que circulan en sentido contrario, se repelen

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_magnetico/ampere/ampere.htm

LEY DE BIOT Y SAVART

El valor del campo magnético creado en el vacío en un punto P a la distancia r de un elemento de circuito dℓ recorrido por una corriente de intensidad I, es de:

. . . .μ₀ I . . sinΘB = ----- ∫ ( ------ ) dℓ. . . .4π. . . . r²

en donde Θ designa el ángulo formado por la dirección del elemento de corriente dℓ y la dirección que une el elemento de corriente dℓ con el punto P:

FUERZA Y MOVIMIENTO DE TORSIÓN EN UNA ESPIRA.

Un conductor que circula corriente suspendida en un campo magnético, como ilustra la fig. 36-1, experimentara una fuerza magnética dado por

F=BIl sen θ=BI¿ l (36-1)

Donde I┴ se refiere a la corriente perpendicular al campo B, y donde l es la longitud del conductor. La dirección de la fuerza se determina por medio de la regla del tornillo de rosca derecha.

Figura 36-1 la fuerza que actúa sobre un conductor por el que fluye corriente tiene una dirección perpendicular al campo magnético.

Ahora examinemos las fuerzas que actuan sobre una espira rectangular por la cual fluye una corriente y que se encuentra suspendida como se muestra en la fig. 36-2. las longitudes de los lados son a y b y la corriente I circula por la espira como ahí se indica. (no se muestra ni la fuente fem ni los conductores por la que llega la corriente para simplificar). Los lados mn y op sde la espira tiene una longitud a perpendicular a la indicación magnética B. po lo tanto sobre los lados actuan fuerzas de igual magnitud y de sentido opuesto.

F=BI a (36-2)

La fuerza se dirige hacia arriba para e4el segmento mn y hacia abajo para el segmento op.

Figura 36-2 fuerzas magneticas sobre una espira por la cual circula corriente.

Con un razonamiento similar se demuestra que en los otros dos lados también actuan fuerzas iguales y opuestas. Estas fuerzas tienen una magnitud de

F=BIb sen a

Donde a es un angulo que los lados np y mo forman con el Campo magnetico.

Es evidente que la espira se encuentra en equilibrio traslacional, pues la fuerza resultante sobre la espira tiene un valor de 0, sin embargo las fuerzas no congruentes sobre los lados de longitud a producen un momento de torsión que tiende a hacer giran la bobina en el sentido de las manesillas del reloj. Como se puede ver en la fig. 36-3, cada fuerza produce un momento de torsión igual a.

τ=BIab2

cos a

En virtud de que el momento de torsión es igual al doble de este valor,l el momento de torsión resultante se puede determinar a partir de

τ=BI (a×b ) cos a (36-3)

Puesto a que a x b es el area A de la espira, la ecuación (36-3) pueden escribirse como

τ=BIA cos a (36-4)

Obseve que el momento de torsión es maximo cuando a = 0º, osea cxuando en el mplano de la espira es paralela al campo agnetico. Cuando la bobina gira alrededor de su eje el angula a se incrementa, reduciendo asi al efecto rotacional de las fuerzas magneticas. Cuando el plano de la espira es perpendicular al campo, el angulo a = 90º y el momento de torsión resultante es 0. La camntidad de movimiento de la bobina ara que esta rabase ligeramente este punto; si embargo la direccion de las fuerzas magneticas asegura su oscilación hasta que enlace el equilibrio con el plano de la espira perpendicular al campo.

Si la espira se desplaza con una bobina devanada en forma muy compacta con N espiras de alambre, la ecuación general para calcular al momento de torsión resultante es

τ=NBIA cos a (36-5)

Figura 36-3 calcula es momento de torsión sobre una espira por la que fluye corriente.

En esta ecuación se aplica a cualquier circuito completo de area A, y su uso no se restringe a espira rectangulares. Cualquier espira plana obedece las mismas relación.

EJEMPLO 36-1

Una bobina rectangular formada por 100 espiras de alambre tiene un ancho de 16 cm y una longitud de 20cm. La bobina esta montada en un campo magnetico uniforme de densidad de flujo de 8 mT, y una corriente de 20 A circula a través del devanado. Cuando la bobina forma un angulo de 30º con el campo magnetico, ¿Cuál es el momento de torsión que tiende a hacer girar la bobina?

Solución.

Sustituyendo en la ecuación (36-5) obtenemos

τ = NBIA cos a

= (100 vueltas)(8x10-3 T)(0.16 m x 0.20m)(cos 30º)

= 0.443 N · m

MOMENTO DE TORSIÓN MAGNETICO SOBRE UN SOLENOIDE.

La relación expresada por la ecuación (36-5) se aplica para calcular el momento de torsión sobre un solenoide del area A que tienen N vueltas de alambre. Al aplicar esta relación, sin embargo debemos recordar el angulo a que cada espira de alambre forma con el campo. Es el complemento del angulo 0 entre el eje del solenoide y el campo magnetico (consulte la fig. 36-4). Una ecuación alternativa para calcular el momento de torsión de un solenoide seria por consiguiente:

τ=NBIA sen θ Solenoide (36-6)

Verifiquen que el sen θ es igual a cos a observando la figura.

La acción de solenoide en la fig. 36-4, también se puede explicar en términos de polos magnéticos. Aplicando la regla del pulgar de la mano derecha a cada espira de alambre se muestran que el solenoide actuara como un electro imán, con polos norte y sur como se indica en la figura.

Figura 36-4 Momentos de torsión magnetico sobre un solenoide.

UN INSTRUMENTOS DE MEDIDA DE BOBINA MOVIL, EN EL QUE POR LO MENOS UN EXTREMO DEL EJE (3) DE ROTACION DE LA BOBINA MOVIL (1) ESTA INSTALADO EN FORMA QUE PERMITA EL AJUSTE DE ESE EXTREMO DEL EJE (3) EN UNA DIRECCION SUSTANCIALMENTE PERPENDICUALAR AL EJE (3), CORRIGIENDO TAL AJUSTE EL FUNCIONAMIENTO NO IDEAL DEL INSTRUMENTO. EL AJUSTE SE LLEVA A CABO MEDIANTE LA ROTACION DE UN ELEMENTO DE SOPORTE (5, 7), DEFINIENDO EL EXTREMO DEL MISMO, ROTATORIAMENTE MONTADO EN UN ELEMENTO DE BASTIDOR (9) DEL

INSTRUMENTO, EL ELEMENTO DE SOPORTE (5, 7) DEFINIENDO EL EXTREMO DEL MISMO EN UNA POSICION DESPLAZADA DEL EJE (31, 32) DE ROTACION DEL ELEMENTO DE SOPORTE (5, 7).

MEDIDORES USADOS EN LABORATORIO

El Amperímetro:

Es el instrumento que mide la intensidad de la Corriente Eléctrica. Su unidad de medida es el Amperio y sus Submúltiplos, el miliamperio y el micro-amperio. Los usos dependen del tipo de corriente, ósea, que cuando midamos Corriente Continua, se usara el amperímetro de bobina móvil y cuando usemos Corriente Alterna, usaremos el electromagnético.

El Amperímetro de C.C. puede medir C.A. rectificando previamente la corriente, esta función se puede destacar en un Multimetro. Si hablamos en términos básicos, el Amperímetro es un simple galvanómetro (instrumento para detectar pequeñas cantidades de corriente) con una resistencia paralela llamada Shunt. Los amperímetros tienen resistencias por debajo de 1 Ohmnio, debido a que no se disminuya la corriente a medir cuando se conecta a un circuito energizado.

La resistencia Shunt amplia la escala de medición. Esta es conectada en paralelo al amperímetro y ahorra el esfuerzo de tener otros amperímetros de menor rango de medición a los que se van a medir realmente.

Uso del Amperímetro

Es necesario conectarlo en serie con el circuito

Se debe tener un aproximado de corriente a medir ya que si es mayor de la escala del amperímetro, lo puede dañar. Por lo tanto, la corriente debe ser menor de la escala del amperímetro

Cada instrumento tiene marcado la posición en que se debe utilizar: horizontal, vertical o inclinada. Si no se siguen estas reglas, las medidas no serían del todo confiable y se puede dañar el eje que soporta la aguja.

Todo instrumento debe ser inicialmente ajustado en cero.

Las lecturas tienden a ser más exactas cuando las medidas que se toman están intermedias a al escala del instrumento.

Nunca se debe conectar un amperímetro con un circuito que este energizado.

Utilidad del Amperímetro

Su principal, conocer la cantidad de corriente que circula por un conductor en todo momento, y ayuda al buen funcionamiento de los equipos, detectando alzas y bajas repentinas durante el funcionamiento. Además, muchos Laboratorios lo usan al reparar y averiguar subidas de corriente para evitar el malfuncionamiento de un equipo

Se usa además con un Voltímetro para obtener los valores de resistencias aplicando la Ley de Ohm. A esta técnica se le denomina el “Método del Voltímetro - Amperímetro”

El Voltímetro:

Es el instrumento que mide el valor de la tensión. Su unidad básica de medición es el Voltio (V) con sus múltiplos: el Megavoltio (MV) y el Kilovoltio (KV) y sub.-múltiplos como el milivoltio (mV) y el micro voltio. Existen Voltímetros que miden tensiones continuas llamados voltímetros de bobina móvil y de tensiones alternas, los electromagnéticos.

Sus características son también parecidas a las del galvanómetro, pero con una resistencia en serie. Dicha resistencia debe tener un valor elevado para limitar la corriente hacia el voltímetro cuando circule la intensidad a través de ella y además porque el valor de la misma es equivalente a la conexión paralela aproximadamente igual a la resistencia interna; y por esto la diferencia del potencial que se mide (I2 x R) no varía.

Ampliación de la escala del Voltímetro

El procedimiento de variar la escala de medición de dicho instrumento es colocándole o cambiándole el valor de la resistencia Rm por otro de mayor Ohmeaje, en este caso.

Uso del Voltímetro

Es necesario conectarlo en paralelo con el circuito, tomando en cuenta la polaridad si es C.C.

Se debe tener un aproximado de tensión a medir con el fin de usar el voltímetro apropiado

Cada instrumento tiene marcado la posición en que se debe utilizar: horizontal, vertical o inclinada.

Todo instrumento debe ser inicialmente ajustado en cero.

Utilidad del Voltímetro

Conocer en todo momento la tensión de una fuente o de una parte de un circuito. Cuando se encuentran empotrados en el Laboratorio, se utilizan para detectar alzas y bajas de tensión. Junto el Amperímetro, se usa con el Método ya nombrado

El Ohmimetro:

Es un arreglo de los circuitos del Voltímetro y del Amperímetro, pero con una batería y una resistencia. Dicha resistencia es la que ajusta en cero el instrumento en la escala de los Ohmios cuando se cortocircuitan los terminales. En este caso, el voltímetro marca la caída de voltaje de la batería y si ajustamos la resistencia variable, obtendremos el cero en la escala.Generalmente, estos instrumentos se venden en forma de Multimetro el cual es la combinación del amperímetro, el voltímetro y el Ohmimetro juntos. Los que se venden solos son llamados medidores de aislamiento de resistencia y poseen una escala bastante amplia.

Uso del Ohmimetro

La resistencia a medir no debe estar conectada a ninguna fuente de tensión o a ningún otro elemento del circuito, pues causan mediciones inexactas.

Se debe ajustar a cero para evitar mediciones erráticas gracias a la falta de carga de la batería. En este caso, se debería de cambiar la misma

Al terminar de usarlo, es más seguro quitar la batería que dejarla, pues al dejar encendido el instrumento, la batería se puede descargar totalmente.

Utilidad del Ohmimetro

Su principal consiste en conocer el valor Ohmico de una resistencia desconocida y de esta forma, medir la continuidad de un conductor y por supuesto detectar averías en circuitos desconocidos dentro los equipos

--> [Author:(null)] Galvanómetros:

Los galvanómetros son los instrumentos principales en la detección y medición de la corriente. Se basan en las interacciones entre una corriente eléctrica y un imán. El mecanismo del galvanómetro está diseñado de forma que un imán permanente o un electroimán produce un campo magnético, lo que genera una fuerza cuando hay un flujo de corriente en una bobina cercana al imán. El elemento móvil puede ser el imán o la bobina. La fuerza inclina el elemento móvil en un grado proporcional a la intensidad de la corriente. Este elemento móvil puede contar con un puntero o algún otro dispositivo que permita leer en un dial el grado de inclinación.

El galvanómetro de inclinación de D'Arsonval utiliza un pequeño espejo unido a una bobina móvil y que refleja un haz de luz hacia un dial situado a una distancia aproximada de un metro. Este sistema tiene menos inercia y fricción que el puntero, lo que permite mayor precisión. Este instrumento debe su nombre al biólogo y físico francés Jacques D'Arsonval, que también hizo algunos experimentos con el equivalente mecánico del calor y con la corriente oscilante de alta frecuencia y alto amperaje (corriente D'Arsonval) utilizada en el tratamiento de algunas enfermedades, como la artritis. Este tratamiento, llamado diatermia, consiste en calentar una parte del cuerpo haciendo pasar una corriente de alta frecuencia entre dos electrodos colocados sobre la piel. Cuando se añade al galvanómetro una escala graduada y una calibración adecuada, se obtiene un amperímetro, instrumento que lee la corriente eléctrica en amperios. D'Arsonval es el responsable de la invención del amperímetro de corriente continua.

Sólo puede pasar una cantidad pequeña de corriente por el fino hilo de la bobina de un galvanómetro. Si hay que medir corrientes mayores, se acopla una derivación de baja resistencia a los terminales del medidor. La mayoría de la corriente pasa por la resistencia de la derivación, pero la pequeña cantidad que fluye por el medidor sigue siendo proporcional a la corriente total. Al utilizar esta proporcionalidad el galvanómetro se emplea para medir corrientes de varios cientos de amperios.

Instrumentos de medición eléctrica

4.1.4.1 Galvanómetro

Los galvanómetros son aparatos que se emplean para indicar el paso de corriente

eléctrica por un circuito y para la medida precisa de su intensidad.

Suelen estar basados en los efectos magnéticos o térmicos causados por el paso de la

corriente.

En el caso de los magnéticos pueden ser de imán móvil o de cuadro móvil.

En un galvanómetro de imán móvil la aguja indicadora está asociada a un imán que se

encuentra situado en el interior de una bobina por la que circula la corriente que

tratamos de medir y que crea un campo magnético que, dependiendo del sentido de la

misma, produce una atracción o repulsión del imán proporcional a la intensidad de dicha

corriente.

En el galvanómetro de cuadro móvil el efecto es similar, difiriendo únicamente en que

en este caso la aguja indicadora está asociada a una pequeña bobina, por la que circula

la corriente a medir y que se encuentra en el seno del campo magnético producido por

un imán fijo.

En el diagrama de la derecha está representado un galvanómetro de cuadro móvil, en el

que en rojo se aprecia la bobina o cuadro móvil y en verde el resorte que hace que la

aguja indicadora vuelva a la posición de reposo una vez que cesa el paso de corriente.

En el caso de los galvanómetros térmicos, lo que se pone de manifiesto es el

alargamiento producido, al calentarse por el Efecto Joule al paso de la corriente, un hilo

muy fino arrollado a un cilindro solidario con la aguja indicadora. Lógicamente el

mayor o menor alargamiento es proporcional a la intensidad de la corriente.

4.1.4.2 Amperímetro:

Es el instrumento que mide la intensidad de la Corriente Eléctrica. Su unidad de medida

es el Amperio y sus Submúltiplos, el miliamperio y el micro-amperio. Los usos

dependen del tipo de corriente, ósea, que cuando midamos Corriente Continua, se usara

el amperímetro de bobina móvil y cuando usemos Corriente Alterna, usaremos el

electromagnético.

El Amperímetro de C.C. puede medir C.A. rectificando previamente la corriente, esta

función se puede destacar en un Multímetro. Si hablamos en términos básicos, el

Amperímetro es un simple galvanómetro (instrumento para detectar pequeñas

cantidades de corriente) con una resistencia paralela llamada Shunt. Los amperímetros

tienen resistencias por debajo de 1 Ohmnio, debido a que no se disminuya la corriente a

medir cuando se conecta a un circuito energizado.

La resistencia Shunt amplia la escala de medición. Esta es conectada en paralelo al

amperímetro y ahorra el esfuerzo de tener otros amperímetros de menor rango de

medición a los que se van a medir realmente.

Uso del Amperímetro

Es necesario conectarlo en serie con el circuito

Se debe tener un aproximado de corriente a medir ya que si es mayor de la escala del

amperímetro, lo puede dañar. Por lo tanto, la corriente debe ser menor de la escala del

amperímetro

Cada instrumento tiene marcado la posición en que se debe utilizar: horizontal, vertical

o inclinada. Si no se siguen estas reglas, las medidas no serían del todo confiable y se

puede dañar el eje que soporta la aguja.

Todo instrumento debe ser inicialmente ajustado en cero.

Las lecturas tienden a ser más exactas cuando las medidas que se toman están

intermedias a al escala del instrumento.

Nunca se debe conectar un amperímetro con un circuito que este energizado.

Utilidad del Amperímetro

Su principal, conocer la cantidad de corriente que circula por un conductor en todo

momento, y ayuda al buen funcionamiento de los equipos, detectando alzas y bajas

repentinas durante el funcionamiento. Además, muchos Laboratorios lo usan al reparar

y averiguar subidas de corriente para evitar el malfuncionamiento de un equipo

Se usa además con un Voltímetro para obtener los valores de resistencias aplicando la

Ley de Ohm. A esta técnica se le denomina el “Método del Voltímetro - Amperímetro”

4.1.4.3 El Voltímetro:

Es el instrumento que mide el valor de la tensión. Su unidad básica de medición es el

Voltio (V) con sus múltiplos: el Megavoltio (MV) y el Kilovoltio (KV) y sub.-múltiplos

como el milivoltio (mV) y el micro voltio. Existen Voltímetros que miden tensiones

continuas llamados voltímetros de bobina móvil y de tensiones alternas, los

electromagnéticos.

Sus características son también parecidas a las del galvanómetro, pero con una

resistencia en serie. Dicha resistencia debe tener un valor elevado para limitar la

corriente hacia el voltímetro cuando circule la intensidad a través de ella y además

porque el valor de la misma es equivalente a la conexión paralela aproximadamente

igual a la resistencia interna; y por esto la diferencia del potencial que se mide (I2 x R)

no varía.

Ampliación de la escala del Voltímetro

El procedimiento de variar la escala de medición de dicho instrumento es colocándole o

cambiándole el valor de la resistencia Rm por otro de mayor Ohmeaje, en este caso.

Uso del Voltímetro

• Es necesario conectarlo en paralelo con el circuito, tomando en cuenta la polaridad si

es C.C.

• Se debe tener un aproximado de tensión a medir con el fin de usar el voltímetro

apropiado

• Cada instrumento tiene marcado la posición en que se debe utilizar: horizontal,

vertical o inclinada.

• Todo instrumento debe ser inicialmente ajustado en cero. Utilidad del Voltímetro

Conocer en todo momento la tensión de una fuente o de una parte de un circuito.

Cuando se encuentran empotrados en el Laboratorio, se utilizan para detectar alzas y

bajas de tensión. Junto el Amperímetro, se usa con el Método ya nombrado

4.1.4.4 El Ohmimetro:

Es un arreglo de los circuitos del Voltímetro y del Amperímetro, pero con una batería y

una resistencia. Dicha resistencia es la que ajusta en cero el instrumento en la escala de

los Ohmios cuando se cortocircuitan los terminales. En este caso, el voltímetro marca la

caída de voltaje de la batería y si ajustamos la resistencia variable, obtendremos el cero

en la escala.Generalmente, estos instrumentos se venden en forma de Multimetro el cual

es la combinación del amperímetro, el voltímetro y el Ohmimetro juntos. Los que se

venden solos son llamados medidores de aislamiento de resistencia y poseen una escala

bastante amplia.

Uso del Ohmimetro

La resistencia a medir no debe estar conectada a ninguna fuente de tensión o a ningún

otro elemento del circuito, pues causan mediciones inexactas.

Se debe ajustar a cero para evitar mediciones erráticas gracias a la falta de carga de la

batería. En este caso, se debería de cambiar la misma.

Al terminar de usarlo, es más seguro quitar la batería que dejarla, pues al dejar

encendido el instrumento, la batería se puede descargar totalmente.

Utilidad del Ohmimetro

Su principal consiste en conocer el valor Ohmico de una resistencia desconocida y de

esta forma, medir la continuidad de un conductor y por supuesto detectar averías en

circuitos desconocidos dentro los equipos

http://www.mitecnologico.com/Main/InstrumentosElectricosMedicion

Motor de corriente continuaDe Wikipedia, la enciclopedia libre

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Motores de CC de varios tamaños.

El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica, principalmente mediante el movimiento rotatorio. En la actualidad existen nuevas aplicaciones con motores eléctricos que no producen movimiento rotatorio, sino que con algunas modificaciones, ejercen tracción sobre un riel. Estos motores se conocen como motores lineales.

Esta máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria. Su fácil control de posición, paro y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y automatización de procesos. Pero con la llegada de la electrónica su uso ha disminuido en gran medida, pues los motores de corriente alterna, del tipo asíncrono, pueden ser controlados de igual forma a precios más accesibles para el consumidor medio de la industria. A pesar de esto los motores de corriente continua se siguen utilizando en muchas aplicaciones de potencia (trenes y tranvías) o de precisión (máquinas, micro motores, etc.)

La principal característica del motor de corriente continua es la posibilidad de regular la velocidad desde vacío a plena carga.

Su principal inconveniente, el mantenimiento, muy caro y laborioso.

Una máquina de corriente continua (generador o motor) se compone principalmente de dos partes, un estator que da soporte mecánico al aparato y tiene un hueco en el centro generalmente de forma cilíndrica. En el estator además se encuentran los polos, que pueden ser de imanes permanentes o devanados con hilo de cobre sobre núcleo de hierro. El rotor es generalmente de forma cilíndrica, también devanado y con núcleo, al que llega la corriente mediante dos escobillas.

También se construyen motores de CC con el rotor de imanes permanentes para aplicaciones especiales.

Contenido[ocultar]

1 Principio de funcionamiento o 1.1 Fuerza contraelectromotriz inducida en un motor o 1.2 Número de escobillas

2 Sentido de giro 3 Reversibilidad 4 Véase también 5 Enlaces externos

[editar] Principio de funcionamiento

Esquema del funcionamiento de un motor de c.c. elemental de dos polos con una sola bobina y dos delgas en el rotor. Se muestra el motor en tres posiciones del rotor desfasadas 90º entre sí.1, 2: Escobillas;A, B: Delgas;a, b: Lados de la bobina conectados respectivamente a las delgas A y B.

Según la Ley de Lorentz, cuando un conductor por el que pasa una corriente eléctrica se sumerge en un campo magnético, el conductor sufre una fuerza perpendicular al plano formado por el campo magnético y la corriente, siguiendo la regla de la mano derecha, con módulo

F: Fuerza en newtons I: Intensidad que recorre el conductor en amperios l: Longitud del conductor en metros lineales B: Densidad de campo magnético o densidad de flujo teslas

El rotor no solo tiene un conductor, sino varios repartidos por la periferia. A medida que gira, la corriente se activa en el conductor apropiado.

Normalmente se aplica una corriente con sentido contrario en el extremo opuesto del rotor, para compensar la fuerza neta y aumentar el momento.

[editar] Fuerza contraelectromotriz inducida en un motor

Es la tensión que se crea en los conductores de un motor como consecuencia del corte de las líneas de fuerza, es el efecto generador de pines.

La polaridad de la tensión en los generadores es inversa a la aplicada en bornes del motor.

Las fuertes puntas de corriente de un motor en el arranque son debidas a que con la máquina parada no hay fuerza contraelectromotriz y el bobinado se comporta como una resistencia pura del circuito.

[editar] Número de escobillas

Las escobillas deben poner en cortocircuito todas las bobinas situadas en la zona neutra. Si la máquina tiene dos polos, tenemos también dos zonas neutras. En consecuencia, el número total de escobillas ha de ser igual al número de polos de la máquina.

En cuanto a su posición, será coincidente con las líneas neutras de los polos.

[editar] Sentido de giro

El sentido de giro de un motor de corriente continua depende del sentido relativo de las corrientes circulantes por los devanados inductor e inducido.

La inversión del sentido de giro del motor de corriente continua se consigue invirtiendo el sentido del campo magnético o de la corriente del inducido.

Si se permuta la polaridad en ambos bobinados, el eje del motor gira en el mismo sentido.

Los cambios de polaridad de los bobinados, tanto en el inductor como en el inducido se realizarán en la caja de bornes de la máquina, y además el ciclo combinado producido por el rotor produce la fmm (fuerza magnetomotriz).

El sentido de giro lo podemos determinar con la regla de la mano derecha, la cual nos va a mostrar el sentido de la fuerza. La regla de la mano derecha es de la siguiente manera: el pulgar nos muestra hacia donde va la corriente, el dedo índice apunta en la dirección en la cual se dirige el flujo del campo magnético, y el dedo medio hacia donde va dirigida la fuerza resultante y por lo tanto el sentido de giro.

[editar] Reversibilidad

Los motores y los generadores de corriente continua están constituidos esencialmente por los mismos elementos, diferenciándose únicamente en la forma de utilización.

Por reversibilidad entre el motor y el generador se entiende que si se hace girar al rotor, se produce en el devanado inducido una fuerza electromotriz capaz de transformarse en energía en el circuito de carga.

En cambio, si se aplica una tensión continua al devanado inducido del generador a través del colector de delgas, el comportamiento de la máquina ahora es de motor, capaz de transformar la fuerza contraelectromotriz en energía mecánica.

En ambos casos el inducido está sometido a la acción del campo inductor principal.

MATERIALES MAGNÉTICOS

EN ALGUNOS materiales, a los que llamaremos materiales magnéticos, se observa que sus átomos o iones se comportan como

si fuesen pequeños imanes que interactúan entre sí.24 En estos casos se dice que los átomos tienen un momento magnético diferente de cero, el cual se caracteriza por su magnitud y la dirección en la que está orientado. En lo sucesivo, a estos pequeños imanes los denominaremos espines magnéticos o simplemente espines.

Pero no todos estos materiales se comportan de la misma manera, debido a que sus propiedades magnéticas dependen de dos factores. Éstos son: la magnitud de sus espines individuales, y la orientación relativa de éstos: Si los espines no tuviesen ninguna interacción, ya sea entre ellos o con sus alrededores, entonces cada uno de ellos podría apuntar en cualquier dirección, puesto que no tendría preferencia alguna. Sin embargo, éste no es en general el caso: la orientación que tomará cada uno de ellos dependerá del balance de varios factores que pueden resumirse en factores internos y externos.

Como su nombre lo indica, los factores internos dependen de las características intrínsecas de cada material, esto es, del tipo de interacciones entre los espines. Por otro lado, los factores externos son los que están relacionados con el ambiente, es decir, que dependen de la interacción del sistema con sus alrededores. Como ejemplo de factores externos tenemos la posible existencia de un campo magnético producido por una fuente ajena al material, y por otro lado, de manera muy importante, la temperatura ambiental, ya que el medio ambiente funciona como una fuente de calor y agitación para el material.

Un ejemplo típico de un material magnético, que todos conocemos, es el de los imanes permanentes. En este caso, una gran parte de los espines está alineada permanentemente en la misma dirección relativa. Y aunque el campo producido por cada uno estos espines es muy pequeño, al sumarse sus contribuciones individuales se produce un campo magnético que puede observarse macroscópicamente.

En el otro extremo tenemos los materiales paramagnéticos. En estos materiales los espines apuntan en direcciones totalmente azarosas, por lo que las contribuciones de los espines individuales tienden a anularse. Como consecuencia, a nivel macroscópico no se observa un campo magnético resultante. Sin embargo, existen localmente pequeños campos magnéticos producidos por los espines, y un pequeño "imán de prueba" sentirá las variaciones de este campo a lo largo del material.

INTERACCIONES ENTRE LOS ESPINES

Las interacciones entre los espines son originadas por mecanismos diversos, algunos de los cuales no son del todo conocidos. Sin embargo, para nuestra discusión, únicamente es pertinente conocer el efecto de dichas interacciones, sin importar las causas que las

originan. Lo que sí es necesario señalar es que debido a un principio muy general de la naturaleza, la orientación final de los espines será aquella en donde la energía libre del sistema sea mínima. Para explicar a qué nos referimos, haremos una analogía entre un par de espines microscópicos y dos imanes permanentes. Esta analogía nos permitirá hacernos una idea acerca de lo que sucede a nivel molecular.

Si tomamos dos imanes permanentes, observaremos que los extremos de uno y otro se atraen o se repelen, debido a que cada uno de ellos tiene dos tipos de polos magnéticos. Como consecuencia, si los ponemos en contacto veremos que tienden a alinearse de una cierta manera que resulta "natural" para ellos. Decimos entonces que los imanes han tomado su posición de mínima energía, o de equilibrio. Si ahora tratamos de girar uno de ellos 180°, veremos que necesitamos hacer un trabajo; esto es, dado que esta nueva posición es de energía mayor que la anterior, necesitaremos suministrar energía para lograr y mantener esta nueva posición, ya que en el momento en que dejemos de administrar esta energía extra, o sea, en cuanto dejemos de hacer fuerza para detener a los imanes y les permitamos girar libremente, éstos cambiarán de dirección y se alinearán de nueva cuenta en su antigua dirección, esto es, regresarán a su estado de mínima energía.

Algo similar sucede a nivel microscópico con los materiales a que nos hemos referido, únicamente que en vez de tener un par de imanes, tendremos un número del orden de 1023 pequeños imanes interactuando entre sí. Entonces, cada par de espines tratará localmente de orientarse de la forma más natural posible, es decir, de manera que la energía de ese par sea mínima. Como resultado de este proceso tenemos una gran diversidad de comportamientos en

los diferentes materiales magnéticos.25

PROPIEDADES DE LOS

MATERIALES MAGNÉTICOS

Los materiales se clasifican de la siguiente manera de acuerdo con sus propiedades magnéticas (véase la figura 42):

1) Diamagnéticos. Son aquellos materiales en los que sus átomos no tienen momento magnético resultante; debido a esto no pueden interactuar magnéticamente con otros materiales.

2) Paramagnéticos. Son materiales en los cuales los átomos sí tienen momento magnético. Sin embargo, en ausencia de un campo magnético externo los espines individuales apuntan en direcciones diversas, de manera que sus contribuciones individuales se anulan; como consecuencia, no se observa un campo magnético resultante. Si

se aplica un campo externo, entonces los espines se orientan ligeramente, dando como resultado una imantación en la dirección del campo aplicado. Todos los materiales magnéticos se comportan como paramagnetos cuando se encuentran a una temperatura alta;26

se dice entonces que se encuentran en su fase paramagnética. Este comportamiento se debe a que a temperaturas altas los factores externos dominan sobre los internos, por lo cual el tipo de interacciones entre los espines pierde importancia.

Figura 42. Diferentes tipos de materiales mágneticos. a) Paramagneto.

Los espines apuntan en direcciónes al azar, las cuales varían al paso del

tiempo. b) Ferromagnetos. Los espines tienen tendencia a alinearse en

una misma dirección. c) antiferromagnetos. Tendencia de los espines a

alinearse antiparalelamente a sus vecinos. d) Vidrios de espín. Los

espines apuntan en direcciones aparentemente al azar, pero fijas al paso

del tiempo. Para poder diferenciar entre los casos a) y b) necesitamos

observar ambos sistemas durante un largo tiempo.

3) Ferromagnéticos. En estos materiales las interacciones entre los espines son tales, que éstos tienden a alinearse paralelamente. Debido a esto, a temperaturas bajas, esto es, cuando los efectos internos son mucho más importantes que los externos, hay en estos materiales una orientación única con la cual se reduce a su valor mínimo la energía del material. Esta orientación corresponde a todos los espines que apuntan exactamente en la misma dirección.

4) Antiferromagnéticos. En estos materiales, las interacciones entre los espines tienden a alinearlos antiparalelamente. Como resultado, a bajas temperaturas y en ausencia de un campo magnético externo, habrá una configuración única de mínima energía. En este estado del sistema, todos los espines apuntan alternadamente hacia arriba y hacia abajo, y el material no exhibe magnetismo a nivel macroscópico.

5) Vidrios de espín. En este tipo de materiales encontramos que algunos pares de espines van a reducir su energía si se alinean paralelamente, mientras que otros lo van a hacer cuando sus posiciones sean antiparalelas. Dado que cada espín interactúa con muchos otros espines, algunos de "sus compañeros" le pueden "pedir" que se alinee en una dirección y otros en otra. Una consecuencia será que no todos los espines se puedan poner de acuerdo y que a temperaturas bajas no habrá una, sino muchas configuraciones diferentes que correspondan a estados de energía mínima. Para cada una de estas configuraciones tenemos que no todos los pares de espines contribuyen a reducir la energía libre; entonces se dice que los pares que no contribuyen se encuentran frustrados. Por consiguiente toda configuración de mínima energía contendrá muchos pares frustrados, diferentes en cada caso, ya que no será posible hacer que todos ellos contribuyan simultáneamente a reducir la energía del sistema.

Durante la década pasada y principios de ésta, los vidrios de espín atrajeron el interés de muchos científicos debido a que presentan propiedades para las cuales no se encontraba explicación.27 Actualmente se entiende bastante bien su comportamiento, y se sabe que la frustración desempeña un papel central en éste. Todo el trabajo de investigación realizado en este campo nos ha permitido entender otros problemas análogos, que tienen en común la presencia de frustración; éstos son los problemas complejos.

Los vidrios espín serán el foco de nuestra atención debido a la propiedad de que su energía libre posee muchos mínimos. Por tanto, más adelante volveremos a tocar este tema para explicar con mayor detalle sus propiedades.

http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/088/html/sec_11.html

Motores de Corriente ContinuaEn general, los motores de corriente continua son similares en su construcción a los generadores. De hecho podrían describirse como generadores que funcionan al revés. Cuando la corriente pasa a través del rotor de un motor de corriente continua, se genera un par de fuerzas por la reacción magnética, y el rotor gira. La acción del conmutador y de las conexiones de las bobinas del campo de los motores son exactamente las mismas que usan los generadores. La revolución del rotor induce un voltaje en las bobinas de ésta. Este voltaje es opuesto en la dirección al voltaje exterior que se aplica a el rotor, y de ahí que se conozca como voltaje inducido o fuerza contraelectromotriz. Cuando el motor gira más rápido, el voltaje inducido aumenta hasta que es casi igual al aplicado. La corriente entonces es pequeña, y la velocidad del motor permanecerá constante siempre que el motor no esté bajo carga y tenga que realizar otro trabajo mecánico que no sea el requerido para mover el rotor.

Bajo carga, el rotor gira más lentamente, reduciendo el voltaje inducido y permitiendo que fluya una corriente mayor en el rotor. El motor puede así recibir más potencia eléctrica de la fuente, suministrándola y haciendo más trabajo mecánico.

Debido a que la velocidad de rotación controla el flujo de la corriente en el rotor, deben usarse aparatos especiales para arrancar los motores de corriente continua. Cuando el rotor está parada, ésta no tiene realmente resistencia, y si se aplica el voltaje de funcionamiento normal, se producirá una gran corriente, que podría dañar el conmutador y las bobinas del rotor. El medio normal de prevenir estos daños es el uso de una resistencia de encendido conectada en serie a el rotor, para disminuir la corriente antes de que el motor consiga desarrollar el voltaje inducido adecuado. Cuando el motor acelera, la resistencia se reduce gradualmente, tanto de forma manual como automática.

La velocidad a la que funciona un motor depende de la intensidad del campo magnético que actúa sobre el rotor, así como de la corriente de ésta. Cuanto más fuerte es el campo, más bajo es el grado de rotación necesario para generar un voltaje inducido lo bastante grande como para contrarrestar el voltaje aplicado. Por esta razón, la velocidad de los motores de corriente continua puede controlarse mediante la variación de la corriente del campo.

Ver esquema

Los carbones cierran el circuito de la fuente con las dos delgas y la espira conectada a ellas, de esta forma circula corriente por las espiras, como esto ocurre dentro de un campo magnético, aparecen fuerzas sobre las espiras y el rotor comienza a girar.

Como la espira gira dentro del campo lo hace cortando líneas de campo, lo mismo ocurre con las fuerzas, pero esto induce una fuerza electromotriz que se opone a la de la fuente y se denomina fuerza contra electromotriz (fcem) según la ley de Lenz.

V = f cem + I.Ri

Donde: V: tensión de la fuente.

fcem: fuerza contra electromotriz (E).

Ri: resistencia interna de la máquina (resistencia de las espira más resistencia de los carbones).

Multiplicando ambos términos por la corriente:

V.I = I.E + I ².Ri

Donde: V.I: Potencia absorbida.

I.E: Potencia mecánica.

I ².Ri: Potencia disipada en el cobre.

Si:

E = k.Φ.n

Donde:

Φ: Flujo del campo.

n: velocidad de giro (rpm)

Se tiene la fórmula principal de la máquina:

V = k.Φ.n + I ².R

De donde se deduce que para cualquier máquina de corriente continua disminuye el campo disminuyendo el número de vueltas.

n = (V - I.Ri).(k.Φ)

En cuanto a la potencia mecánica tenemos:

P mec = 1,027.T(kgm).n(rpm) = 0,104.T(Nm).n(rpm)

Donde la constante k depende de las unidades que se usen. Con respecto al torque (T) o cupla o par tenemos:

T = k´.P mecánica/n

T = k´.E.I/n

T = k´.k.Φ.n.I/n

T = k´.k.Φ.I

Finalmente:

T = k2.Φ.I

Para el momento del arranque de la máquina n = 0.

I = (V - k.Φ.n)/Ri

I = V/Ri

Como Ri es pequeña la corriente sería muy grande, por lo tanto se debe agregar una resistencia para el arranque lo suficientemente grande como para que la corriente este dentro de valores admisibles.

I = (V - k.Φ.n)/Ri

I arranque = V/(Ri + R arranque)

Esta resistencia es variable y su valor se reduce a medida que aumentan las vueltas del motor.

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