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1 UTN – FRRO Prof. Ing Marcelo Raúl Borgetto FISICA II COMPLEMENTO DE ELECTROMAGNETISMO CIRCUITOS MAGNETICOS APLICACIONES EN EL AMBITO PROFESIONAL UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL FACULTAD REGIONAL ROSARIO DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BASICAS Autor: Ing. Marcelo Raúl Borgetto

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1 UTN – FRRO Prof. Ing Marcelo Raúl Borgetto

FISICA II

COMPLEMENTO DE

ELECTROMAGNETISMO

CIRCUITOS MAGNETICOS

APLICACIONES EN EL AMBITO PROFESIONAL

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL

FACULTAD REGIONAL ROSARIO

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BASICAS

Autor: Ing. Marcelo Raúl Borgetto

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2 UTN – FRRO Prof. Ing Marcelo Raúl Borgetto

Objetivo:

El complemento amplía la información fundamentalmente con ilustraciones, sobre temas, que según la

experiencia han sido de difícil o errónea interpretación por parte del alumnado y presenta una visión dirigida

a las aplicaciones en el ámbito profesional de la ingeniería.

Las ilustraciones se encuentran sintetizadas, por lo que para la completa interpretación de los temas es

necesario participar en la clase.

Se presenta la ilustración de dipolos magnéticos básicos y el campo magnético terrestre con la ilustración de los

ángulos de inclinación y declinación magnéticas.

Se ilustra el funcionamiento del ciclotrón utilizado para acelerar cargas y hacerlas colisionar con un blanco.

Aplicación entre otras para producir isótopos emisores de positrones, en la Radiofarmacia se producen los

radiofármacos uniendo estos isótopos, a moléculas que se metabolizan en el órgano o tejido a estudiar, estas

sustancias son los marcadores radiactivos detectados por la emisión de rayos gama, con un tiempo de vida del orden

de horas. Otra aplicación de las cargas desviadas por campos magnéticos es el magnetrón, usado en el horno de

microondas y radares. El tubo de crookes permite visualizar la desviación de electrones en movimiento dentro de un

campo magnético

Se fundamenta la causa de que un dipolo magnético inducido de un material paramagnético o ferromagnético

dentro de un campo magnético uniforme no es atraído por el inductor. Si el campo fuera uniforme, los vectores

serían todos horizontales. Para el ejemplo, en el dipolo (espira rectangular) debe haber una componente de B

vertical, que producen las fuerzas de atracción (rojas-línea entera), el campo horizontal provoca dos fuerzas

antagónicas verticales (verdes – línea de trazos) que se anulan

Se muestra en una imágen la aplicación del efecto hall en la construcción de la pinza amperométrica de CC. La

corriente en el conductor genera el campo B que atraviesa la pinza cerrada y también la placa, produciendo la

diferencia de potencial de hall que es proporcional a esa corriente continua Ix, según la ley de ampere. La corriente

necesaria I de la fuente propia circula por la placa. La tensión medida queda registrada en un display transformada

en la Ix. Es de hacer notar que este instrumento fue posible disponerlo masivamente, debido a la miniaturización de

la electrónica, ya que hasta hace poco las pinzas solo eran de CA utilizando la ley de Faraday. Se presenta la

deducción para calcular el campo de una bobina, sin la simplificación de considerar el campo uniforme dentro de ella

o que tenga longitud infinita.

Como aplicación de la ley de ampere a un toroide se demuestra la analogía del circuito eléctrico con el magnético.

Se presenta el cálculo para el núcleo de un transformador acorazado.

Se muestra la generación de corrientes parásitas o de foucault en un núcleo ferromagnético bobinado y alimentado

por CA. La forma de reducirlas, usando núcleo de láminas de hierro silicio con sus caras aisladas.

Para interpretar las causas del diamagnetismo, se fundamenta la orientación de los dipolos de estos materiales en

sentido contrario al de su inductor por lo que lo repelen en lugar de atraerlos. Esto se debe a que predomina a la

orientación por el campo externo de giro de los dipolos por el momento de torsión, otro fenómeno de alineación, tal

que el campo externo influye sobre cada dos orbitas opuestas variando la fuerza centrípeta de los electrones uno

en más y otro en menos, lo que resulta en un aumento de velocidad (de corriente equivalente) de uno y reducción

de la otra, tal que el momento de dipolo resultante y el campo es opuesto al inductor.

Se presenta la fundamentación física de la magnetización y la relación entre H (intensidad de campo), B

inducción magnética y M (magnetización). A través de la aplicación la ley de ampere a un toroide surge el

hecho de que omitir la magnetización en la fórmula reduce el B de su valor medido. La inclusión de este

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efecto en la ley permite llegar a la relación entre los tres vectores y parámetros propios de cada material,

siendo extraordinaria la permeabilidad del material ferromagnético. Se hace notar que el valor de H no

depende de los materiales, solo de la intensidad de corriente.

Se presentan las definiciones de L y M en función de las características de materiales y geometría, de la

aptitud para generar flujo magnético y de generar fem inducida. Se deducen las expresiones para

determinar la inductancia equivalente serie y paralelo.

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CICLOTRON

MAGNETRON

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VISUALIZACION DE LA DESVIACIÓN DE UN HAZ DE ELECTRONES

DENTRO DE UN CAMPO MAGNETICO

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AUTOINDUCCION - INDUCTANCIA

l Ф

2

N. Ф = μ. N. A. i = L . i

l

ε L es el coeficiente de autoinducción

∆i/ ∆t o inductancia su unidad es el Henrio

L = N.Ф =[ Wb] = [Hy] La inductancia es la aptitud para generar

i [ A ] flujo para una dada intensidad

2

L = μ. N. A. La inductancia depende de las características mecánicas

l y del material (μ)

ε = -N . dФ = - μ. N . A. di

dt l dt

L = ε La inductancia es la aptitud para generar fem autoinducida

di para una dada velocidad de cambio de la intensidad

dt

INDUCTANCIA MUTUA

l

K = Ф12 ; Ф12 = K . Ф11

Ф11

N2. Ф12 = K. N2. μ. N1. A. i1 = M . i1

l

∆i

∆t

M es el coeficiente de inducción mutua o inductancia mutua, su unidad es el Henrio

M = N2.Ф12 =[ Wb] = [Hy] La inductancia mutua es la aptitud para generar flujo

i1 [ A ] en la bobina 2 para una dada intensidad en la bobina 1

M = K. N2. μ. N1. A. La inductancia mutua depende de las características

l mecánicas y del material (μ)

ε 2 = -N2 . dФ12 = - K. μ. N1 . N2. A. di1

dt l dt

M = ε 2 La inductancia mutua es la aptitud para generar fem inducida

di1 en la bobina 2 para una dada velocidad de cambio de la intensidad

dt de la bobina 1

2 2 2 2

M = k . μ. N1 . A . μ. N2 .A ; M = K √ L1 . L2

l l

N

BA

L

L

BA

Ф12Ф11

N1 N2

ε1 ε2

K

M

M

L1 L2

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INDUCTANCIA EQUIVALENTE DE UN CONJUNTO SERIE

SIN ACOPLAMIENTO MAGNÉTICO

será Lequiv al conjunto , si visto desde afuera del dipolo, para la misma di/dt le

corresponde la misma u

di/dt L1 L2 di/dt Lequiv serie

u1 u2

u u

u = u1 + u2 = L1 . di/dt + L2 . di/dt u = Lequiv s . di/dt (1)

u = (L1 + L2) . di/dt de (1) L1 + L2 se correspone con Lequiv serie

L1 + L2 = Lequiv serie Lequiv serie = Σ Li

INDUCTANCIA EQUIVALENTE DE UN CONJUNTO PARALELO

SIN ACOPLAMIENTO MAGNÉTICO

di1/dt L1

di/dt di/dt Lequiv paralelo

di1/dt L2

u u

di/dt = di1/ dt + di2/dt = u/L1 + u / L2 di/dt = u / Lequiv paralelo

di/dt = u ( 1/L1 + 1/L2) u = Lequiv paralelo . di/dt (2)

u 1 . di/dt de (2) 1 se corresponde con Lequiv paralelo

1 + 1 1 + 1

L1 L2 L1 L2

Lequiv paralelo 1 Lequiv paralelo 1

1 + 1 Σ 1

L1 L2 Li