Magnetism o Electromagnetism o

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<p>MAGNETISMO Y ELECTROMAGNETISMOUnidad 1 Magnetismo, electromagnetismo e induccin electromagntica.</p> <p>El magnetismo es un fenmeno fsico por el que los materiales ejercen fuerzas de atraccin o repulsin sobre otros materiales. El electromagnetismo resulta de la relacin que tiene el magnetismo y las cargas de la corriente elctrica.</p> <p>1</p> <p>QU ENCONTRAREMOS EN ESTE DOCUMENTO?</p> <p>Magnetismo ................................................................................................................................................. 3 Introduccin ............................................................................................................................................. 3 Los imanes................................................................................................................................................. 4 Polos de un imn .................................................................................................................................... 4 Brjula ......................................................................................................................................................... 5 Clases de imanes .................................................................................................................................... 5 Teora molecular de los imanes ........................................................................................................ 6 Campo magntico de un imn ......................................................................................................... 7 Electromagnetismo ................................................................................................................................... 9 Campo magntico creado por un conductor cuando es atravesado por una corriente elctrica................................................................................................................................... 9 Campo magntico un conductor en forma de anillo............................................................ 11 Campo magntico formado por una bobina ........................................................................... 12 Magnitudes magnticas ................................................................................................................... 12 Los electroimanes ................................................................................................................................... 16 Los electroimanes ............................................................................................................................... 16 Aplicaciones prcticas de los electroimanes ............................................................................ 18 Enlaces de inters ................................................................................................................................... 23 Dnde podemos encontrar ms informacin ......................................................................... 23</p> <p>2</p> <p>MagnetismoIntroduccin</p> <p>Para incorporarnos en el maravilloso mundo de las Mquinas Elctricas es fundamental conocer diferentes fenmenos naturales muy sencillos que hacen que funcionen muchos de los aparatos que ahora conocemos tanto en la industria como en el hogar. El magnetismo tiene que ver con fenmenos de atraccin y repulsin que se presentan con los imanes y con los materiales ferromagnticos, y el electromagnetismo con fenmenos magnticos que aparecen cuando los conductores y bobinas son recorridos por una corriente elctrica.</p> <p>El estudio de estas dos ciencias es importante, ya que aprovechando estos fenmenos se pueden construir electroimanes, transformadores, motores, generadores de electricidad como las dinamos y alternadores, altavoces, rels y contactores, cerraduras electromagnticas, cocinas de induccin, detectores de metales, electrovlvulas y un sin fn ms de aplicaciones.</p> <p>3</p> <p>Los imanes</p> <p>Si tomamos un imn e intentamos acercar diferentes objetos metlicos, podremos observar que ste atrae con fuerza slo aquellos objetos que sean de hierro o de acero. Este fenmeno tambin se da con el nquel y el cobalto. A estos materiales que son susceptibles de ser atrados por un imn se les conoce por el nombre de materiales ferromagnticos. Las aplicaciones de los imanes son muy variadas, ya que con ellos se pueden producir fuerzas mecnicas considerables. As, por ejemplo se pueden utilizar como separadores magnticos que separan materiales magnticos de no magnticos. Otras aplicaciones de los imanes son: pequeas, micrfonos, altavoces, aparatos de medida analgicos y pequeos motores elctricos de C.C.</p> <p>El magnetismo tiene que ver con fenmenos de atraccin y repulsin que se presentan con los imanes y con los materiales ferromgneticos.</p> <p>Polos de un imn</p> <p>Si depositamos una cantidad de limaduras de hierro sobre un imn recto como el de la Figura 1, podremos observar que aparece una mayor concentracin de stas en los extremos del imn. A su vez tambin se puede comprobar cmo esta concentracin disminuye hacia el centro, hasta desaparecer prcticamente en el centro. A las zonas donde se produce la mayor atraccin se las denomina polos magnticos. A la zona donde no hay atraccin se la denomina lnea neutra.</p> <p>Figura 1</p> <p>4</p> <p>Brjula</p> <p>Una brjula es una aguja imantada que puede girar libremente en su eje central (Figura 2). Si dejamos girar libremente a la aguja imantada de una brjula, sta se orientar siempre con un extremo hacia el polo norte terrestre y el otro hacia el sur. De aqu proviene el nombre de los polos de un imn. Al extremo de la aguja que se orienta hacia el norte geogrfico terrestre se le denomina polo norte, y al otro polo sur. (Figura 3).</p> <p>Figura 2</p> <p>Figura 3</p> <p>Dado que en los imanes, los polos del mismo nombre desarrollan fuerzas de repulsin y los de diferente nombre de atraccin, mediante una brjula ser fcil determinar los nombres de los polos. Para ello bastar con acercar la brjula a unos de los polos del imn y comprobar si existe atraccin o repulsin del polo norte de la misma.</p> <p>Clases de imanesEn la naturaleza se pueden encontrar imanes naturales, como la magnetita, que poseen ciertas propiedades magnticas. Ahora bien, si lo que deseamos es potenciar dichas propiedades se pueden fabricar imanes artificiales a partir de substancias ferromagnticas. A su vez los imanes artificiales, o substancias magnetizadas, dependiendo del tipo de substancia utilizada, una vez magnetizados pueden mantener durante largo tiempo sus propiedades magnticas (imanes permanentes) o slo cuando estn sometidos a la accin de un campo magntico (imanes temporales). Como ejemplo de imanes temporales tenemos al hierro puro y como imn permanente al acero.</p> <p>5</p> <p>Mediante una sencilla experiencia se puede comprobar cmo al acercar un trozo de acero (por ejemplo un destornillador) a un imn, queda magnetizado, aprecindose sus propiedades de atraccin aunque retiremos el imn de dicho trozo de acero. Sin embargo, si utilizamos un trozo de hierro para la experiencia (por ejemplo un clavo de hierro), ste manifiesta propiedades de atraccin hacia otros materiales slo cuando est bajo la accin del campo magntico del imn; una vez retirado el imn, dicho trozo de hierro pierde prcticamente todas las propiedades magnticas adquiridas. Para la construccin de imanes permanentes se utilizan aleaciones de: acerotungsteno, acero-cobalto, acero al titanio, hierro-nquel-aluminio-cobalto y otras ms. Los imanes temporales son de gran utilidad para la construccin de ncleos para electroimanes, motores, generadores y transformadores. En estos casos se emplea la chapa de hierro aleada, por lo general, con silicio.</p> <p>Teora molecular de los imanes</p> <p>Si rompemos un imn en dos, las dos partes resultantes son dos imanes completos con sus polos correspondientes. Si volvisemos a romper una de estas partes obtendramos otros dos nuevos imanes. Este proceso se puede repetir multitud de veces hasta alcanzar lo que vendremos a llamar molcula magntica.</p> <p>Segn esta teora, se puede suponer que: Un imn est compuesto de molculas magnticas perfectamente orientadas con los polos respectivos del imn (Figura 4). Un trozo de hierro sin imantar est compuesto de molculas magnticas totalmente desorientadas (Figura 5).</p> <p>Figura 4</p> <p>Figura 5</p> <p>6</p> <p>Gracias a esta teora tambin podremos entender ms fcilmente el comportamiento de los materiales magnticos utilizados para la elaboracin de imanes permanentes y artificiales. En el caso de los imanes permanentes, aparece una especie de rozamiento interno entre las molculas magnticas que dificulta el retorno al estado inicial una vez orientadas y magnetizadas. Al contrario, en los imanes temporales las molculas magnticas se ordenan y desordenan con facilidad, en funcin de la influencia ejercida por la accin de un campo magntico externo al mismo. Las propiedades magnticas de los imanes se ven alteradas por la temperatura, as por ejemplo, el hierro puro pierde totalmente su magnetismo por encima de los 769 C. Por otro lado, si golpeamos fuertemente un trozo de acero imantado se puede modificar sus propiedades magnticas. Esto es debido a que los golpes pueden cambiar el orden de las molculas magnticas.</p> <p>Campo magntico de un imnSe puede decir que el campo magntico es el espacio, prximo al imn, en el cual son apreciables los fenmenos magnticos originados por dicho imn. El campo magntico de un imn es ms intenso en unas partes que otras. As, por ejemplo, el campo magntico adquiere su mxima intensidad en los polos, disminuyendo paulatinamente segn nos alejamos de ellos. Para poder hacernos una idea del aspecto que tiene el campo magntico, o sea, de su espectro magntico, realiza la siguiente experiencia: Experiencia 1</p> <p>Se toma un imn sobre el que se coloca un lmina de plstico transparente y se espolvorea con limaduras de hierro, procurando que queden uniformemente repartidas por toda la superficie de la lmina de plstico transparente. Las limaduras de hierro se orientan sobre la misma dibujando la forma del campo magntico (Figura 6).</p> <p>Figura 6</p> <p>7</p> <p>Observa como hay ms limaduras concentradas en los extremos y que existen unas cadenas de limaduras formando unas lneas que van de un polo a otro. A estas cadenas se las conoce por el nombre de lneas de fuerza del campo magntico. Las lneas de campo se pueden dibujar tal como se muestra en la Figura 7. Las lneas de fuerza nicamente representan la forma del campo magntico. Ahora bien, por motivos de convencionalismos tericos, se les da un sentido de circulacin, de tal forma que se dice que las lneas de campo salen por el polo norte del imn, recorren el espacio exterior y entran por el polo sur. El sentido de circulacin de estas lneas por el interior del imn es del sur al norte.</p> <p>Figura 7 La visualizacin de las lneas de campo resulta muy interesante, ya que conociendo su direccin podemos determinar la polaridad de un determinado campo magntico. En la Figura 8 se puede observar como cuando acercamos dos imanes por sus polos iguales, las lneas de campo se repelen. Sin embargo, si acercamos dos imanes por sus polos opuestos (Figura 9), las lneas de campo se establecen en la misma direccin y se suman.</p> <p>(Se repelen) Figura 8</p> <p>(Se atraen) figura 9</p> <p>8</p> <p>ElectromagnetismoCampo magntico creado por un conductor cuando es atravesado por una corriente elctrica</p> <p>Los imanes producen un campo magntico considerable, pero para ciertas aplicaciones ste resulta todava muy dbil. Para conseguir campos ms intensos utilizaremos bobinas fabricadas con conductores elctricos, que al ser recorridos por una corriente elctrica desarrollan campos magnticos cuya intensidad depende fundamentalmente de la intensidad de la corriente y del nmero de espiras de la bobina. Si nosotros espolvoreamos limaduras de hierro sobre una hoja de papel que es atravesada por un conductor por donde circula una corriente elctrica (Figura 10), observaremos que las limaduras se orientan y forman un espectro magntico de forma circular (Figura 11).</p> <p>El electromagnetismo unifica los fenmenos elctricos y magnticos en una sola teora que relaciona el campo magntico, el campo elctrico y sus respectivas fuentes materiales (corriente, polarizacin elctrica y magntica).</p> <p>9</p> <p>Figura 10</p> <p>Figura 11</p> <p>Esto nos demuestra que cuando un conductor es atravesado por una corriente elctrica, a su alrededor aparece un campo magntico. Observando el espectro del campo magntico se puede apreciar que las lneas de fuerza toman la forma de crculos concntricos que se cierran a lo largo de todo el conductor. Si situamos varias agujas imantadas alrededor del conductor, podremos observar como su orientacin depende del sentido de la corriente. Para determinar el sentido de las lneas de fuerza de una forma sencilla, se aplica la regla de la mano derecha o de Maxwell que dice as: El sentido de las lneas de fuerza, concntricas al conductor, es el que indicara el giro de los dedos al abrazar el conductor, sealando con el pulgar el sentido en el que circula la corriente (Figura 12).</p> <p>Figura 12</p> <p>10</p> <p>La intensidad del campo magntico desarrollado por el conductor depende fundamentalmente de la intensidad de la corriente que fluye por el conductor. A ms intensidad de corriente ms intensidad de campo.</p> <p>Campo magntico un conductor en forma de anillo</p> <p>Un conductor recto produce un campo magntico muy disperso y, por tanto, muy dbil. La forma de conseguir que el campo magntico sea ms fuerte es disponiendo el conductor en forma de anillo. El sentido de las lneas de fuerza de una parte del conductor se suma a la del otro, formando un campo magntico mucho ms intenso en el centro de la espira (Figura 13). En la Figura 15.14 se puede apreciar el efecto de concentracin de las lneas de campo en el centro del anillo al que, como en otras ocasiones, se le ha realizado el espectro magntico con limaduras de hierro.</p> <p>Figura 13</p> <p>Figura 14</p> <p>11</p> <p>Campo magntico formado por una bobina</p> <p>En una bobina, el campo magntico de cada espira se suma al de la siguiente, concentrndose ste en el centro de la misma. El campo resultante es uniforme en el centro de la espira y mucho ms intenso que en el exterior. En los extremos de la bobina se forman los polos magnticos (Figura 15).</p> <p>Figura 15</p> <p>Para determinar el sentido de las lneas de fuerza se aplica igualmente la regla de la mano derecha, el polo norte estar situado en el extremo por donde salen las lneas de fuerza y el sur por donde entran.</p> <p>Magnitudes magnticas</p> <p>Al igual que para definir el comportamiento de un circuito elctrico utilizamos las magnitudes elctricas, para definir los campos electromagnticos utilizamos las magnitudes magnticas.</p> <p>Flujo magntico (): El campo magntico se representa a travs de las lneas de fuerza.</p> <p>12</p> <p>A la cantidad de estas lneas se le denomina flujo magntico. Se representa por la letra griega ; sus unidades son: El Weber (Wb) en el sistema internacional. El Maxvelio (Mx) en el sistema c.g.s.</p> <p>La relacin que existe entre ambas unidade...</p>

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