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• Jhezy Andron Andron

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UT02.- Magnetismo y Electromagnetismo Explicamos de una manera sencilla y fácil de entender, que es el campo magnético, como se origina y como esta compuesto un imán. Todos temas necesarios para abordar en la segunda parte al electromagnetismo, con una buena base de conocimientos.  o o o o o o

1. Magnetismo 1.1. Magnitudes Magnéticas 1.2. Materiales ferromagnéticos,paramagnéticos y diamagnéticos 1.3. Permeabilidad magnética 1.4. Cálculo de circuitos magnéticos 1.5. Curva de Magnetización y ciclo de histeresis 1.6. Experimentos magnetismo

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2. Electromagnetismo (I) 2.1. Experimento de Oersted 2.2. Ley de Faraday

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3. Ley de Lenz

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4. Corrientes de Foucault

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5. La Autoinducción 5.1. Ejemplos de Autoinducción

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6. Fuerza electromotriz inducida_El Generador

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7. Fuerza electromagnética_El motor

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8. Para saber más

1. Magnetismo MAGNENETISMO Visualiza el siguiente vídeo: https://www.youtube.com/watch? v=IG3SWnYLCjI&feature=emb_title

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1.1. Magnitudes Magnéticas https://www.youtube.com/watch?time_continue=1&v=BrRAvXCYPac&feature=emb_title https://www.youtube.com/watch?time_continue=1&v=IxlAwqRNCVM&feature=emb_title Reproducción Vídeo Reproducción Vídeo

En estos 2 vídeos, se explica el comportamiento de los materiales a las lineas de campo magnético o inducción magnética(B) y el flujo magnético(Φ), que representa las líneas de campo magnético que atraviesan la unidad de superficie, Φ=BS, donde S=superficie en m2 Las unidades son T(Teslas) para B y Wb(Weber) para el Φ. Otra magnitud es la intensidad de campo magnético(H), viene determinada por B=μH, donde μ, es la permeabilidad magnética y caracteriza al material. 1.2. Materiales ferromagnéticos,paramagnéticos y diamagnéticos

Materiales ferromagnéticos, son los materiales magnéticos, cuya permeabilidad magnética relativa es superior a 1 y presenta gran cantidad de líneas de fuerza. https://www.youtube.com/watch?time_continue=1&v=tvr8e9WEbak&feature=emb_title

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. Materiales paramagnéticos,  materiales o medios cuya permeabilidad magnética relativa es similar a la del vacío o igual a 1, tienden a alinearse paralelamente a un campo magnético pero con pocas lineas de fuerza https://www.youtube.com/watch?v=53Gr-NzksSk&feature=emb_title

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. Materiales diamagneticos, los materiales que consiste en repeler los campos magnéticos, cuya permeabilidad magnética relativa es inferior a 1. 1.3. Permeabilidad magnética

Permeabilidad magnética. https://www.youtube.com/watch? time_continue=2&v=jlT-gA4KvYI&feature=emb_title Reproducción Vídeo

En física se denomina permeabilidad magnética a la capacid ad de una sustancia o medio para atraer y hacer pasar a través de sí los campos magnéticos, la cual está dada p or la relación entre la intensidad de campo magnético existente y la inducción magnética que aparece en  el interior de dicho material. La magnitud así definida, el grado de magnetización de un ma terial 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.La intensidad de campo magnético nos indica lo intenso que es el campo magnético H= (N*I) / L   donde N= numero de espiras , I= Intensidad en A(amperios) y L=longitud de la bobina en metros La permeabilidad del vacío, conocida también como consta nte magnética, se representa mediante el símbolo μ0 y se define como:

  donde N es el número de espiras y A son amperios, también puede venir como H / m , H=Henrios es la unidad de inductancia magnética  Para comparar entre sí los materiales, se entiende la permeabi lidad 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 m agnética relativa en:  ferromagnéticos, cuyo valor de permeabilidad magnética  relativa es muy superior a 1.  paramagnéticos o no magnéticos, cuya permeabilidad rel ativa es aproximadamente 1 (se comportan como elvacío ).  diamagnéticos, de permeabilidad magnética relativa infe rior a 1.

1.4. Cálculo de circuitos magnéticos

Para poder determinar las características de un electroiman, debemos manejar las curvas de magnetización de distintas sustancias ferromagnéticas.

El grado de magnetización de un material en respuesta a un ca mpo 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.La intensidad de campo magnético nos indica lo intenso que es el campo magnético Para conseguir un electroiman con un valor de inducción B, nos vamos a la gráfica y determinamos H, con H   H= (N*I) / L ----> I =(H*L) /N  Con el valor de Intensidad obtenido, debemos configurar el electroiman con una fuente de tensión variable hasta que alcancemos en el amperímetro el valor calculado. Fuerza de atracción de un electroiman F= 40000B2*S F= Fuerza de atracción en Kp(Kilopondios) S= Superficie de contacto entre el nucleo y el hierro movil en m2

1.5. Curva de Magnetización y ciclo de histéresis https://www.youtube.com/watch? time_continue=2&v=BL4F-Afugio&feature=emb_title

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Curva de Magnetización. Cuando a un material ferromagnético se le somete a corriente continua, se va imantando y llega un punto que deja de hacerlo, este es el punto de saturación (punto a de la gráfica).  Ciclo de Histeresis. Cuando a un material ferromagnético se le somete a un campo variable (corriente alterna), se produce

un cambio de sentido desde el punto a=d, hasta el punto b=e de la gráfica y el material queda imantado (magnetismo remanente) al dejar de aplicarle Intensidad al circuito(H). En el punto c=f, se consigue eliminar la imantación del imán (campo coercitivo). Cuanto mayor sea el área de ciclo completo de histéresis, mayores perdidas y mayor calor. Los materiales ferromagnéticos están formados por multitud de pequeños imanen, al variar el campo magnético, mayor rozamiento se produce entre ellos y por tanto mayores pérdidas. En el experimento descrito en el vídeo, crea este campo variable intercambiando la polaridad de la pila y con un reostato en serie varia la Intensidad.

1.6. Experimentos magnetismo

Experimentos con imanes,  y otros elementos. https://www.youtube.com/watch?time_continue=1&v=TyN7_EL_qBg&feature=emb_title

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. Levitación magnética. Colocando un material diamagnético sobre un campo magnético. https://www.youtube.com/watch? v=vXAQivex6nM&feature=emb_title

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.

2. Electromagnetismo (I) ELECTROMAGNETISMO

- Analogía entre magnetismo y electromagnetismo. Comportamiento de un conductor, una espira y una bobina. Determinación de las polaridades. - Fuerza magnetomotriz y fuerza suspensiva. Aplicaciones en relés, timbres, contactores. Aparamenta de BT (Interruptor diferencial e Interruptor automático). Visualiza el siguiente vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=3D2E3kyCpkI&feature=emb_title Reproducción Vídeo

. En el vídeo se explica el comportamiento de un solenoide y  la Fuerza de atracción de un electroiman F= 40000B2*S F= Fuerza de atracción en Kp(Kilopondios) S= Superficie de contacto entre el nucleo y el hierro movil en m2 Inducción electromagnética. Experimentos. https://www.youtube.com/watch?time_continue=1&v=QjKy_myFHx4&feature=emb_title Reproducción Vídeo

. Se explica la ley de Faraday en la que un campo magnético variable origina una fuerza electromotriz inducida, el campo magnético variable puede ser su origen de: - Corriente alterna,en la que se basa el funcionamiento del transformador(máquina fija) - Corriente continua,para ello debe haber movimiento del campo magnético.

2.1. Experimento de Oersted

Experimento de Oersted. https://www.youtube.com/watch?time_continue=7&v=eawtABJG-y8&feature=emb_title Reproducción Vídeo

Como hacer un electroiman. Experimento de Oersted. https://www.youtube.com/watch?time_continue=2&v=TKBxf9rWX6A&feature=emb_title Reproducción Vídeo

2.2. Ley de Faraday

Visualiza el siguiente vídeo: https://www.youtube.com/watch? time_continue=6&v=PT9bh_BrX9M&feature=emb_title

Reproducción Vídeo

INDUCCIÓN MAGNÉTICA. - Ley de Faraday. Fuerza electromotriz inducida por dos causas: movimiento (C. Continua) y variación de U, I (C. Alterna).

Aplicaciones de Faraday Visualiza el siguiente vídeo:  https://www.youtube.com/watch?time_continue=6&v=PT9bh_BrX9M&feature=emb_title Rep En este vídeo se explica la aplicación de los fenómenos de electromagnetismo en la generación de electricidad. Además en el minuto 10 del vídeo, con un experimento muy interesante no explica como de produce una corriente alterna en una bobina al estar sometido a un campo magnético variable. 

3. Ley de Lenz Visualiza el siguiente vídeo: https://www.youtube.com/watch? time_continue=2&v=JmUSL2hNvmk&feature=emb_title Reproducción Vídeo

- Ley de Lenz.Corrientes inducidas.

4. Corrientes de Foucault Visualiza el siguiente vídeo: https://www.youtube.com/watch? v=dGQocyE333o&feature=emb_title Reproducción Vídeo

Pérdidas de foucault. Aplicación en las máquinas eléctricas (tansformadores..).Para evitar estas corrientes se colocan una serie de chapas solapadas, con el objeto de reducir las pérdidas.

Aplicaciones - En los trenes de alta velocidad la evacuación del calor generado en los discos plantea problemas; la potencia de frenado es tan elevada que los discos no resistirían los calentamientos correspondientes. En este caso se logra el frenado induciendo corrientes de Foucault directamente sobre los raíles, que tienen tiempo de enfriarse entre el paso de un tren y otro.

Las cocinas vitrocerámicas de inducción son dispositivos que también se basan en las corrientes de Foucault. El calor se crea directamente en el metal de la cazuela, que debe ser de acero u otro material ferromagnético. Su funcionamiento es sencillo: se coloca una bobina debajo de la placa vitrocerámica que crea un campo magnético oscilante; al poner una cazuela o sartén encima, el flujo magnético oscilante genera una corriente inducida que calienta el recipiente. Este sistema es muy seguro, ya que sólo calienta si hay recipiente, además es rápido, de fácil limpieza y su rendimiendo es muy bueno (se calienta sólo el recipiente con la comida). En la imagen de la derecha puedes observar la bobina de una cocina de inducción y en la de la izquierda un esquema

5. La Autoinducción Visualiza el siguiente vídeo: https:// www.youtube.com/watch? time_continue=1&v=08K8oXa9Qa8&feature=emb_title Reproducción Vídeo

5.1. Ejemplos de Autoinducción

Visualiza el siguiente vídeo: https://www.youtube.com/watch? time_continue=3&v=30mDvela0YY&feature=emb_title Reproducción Vídeo

6. Fuerza electromotriz inducida_El Generador   Fuerza Electromotriz Inducida  La fem inducida en un conductor rectilíneo de longitud L que se mueve a una velocidad V, cuya dirección forma un  ángulo a con la dirección del campo magnético de inducción uniforme B, en cuyo interior se mueve cortando  sus líneas de fuerza, tiene por valor:  E = B L V sen a Si las tres magnitudes son perpendiculares, entonces el valor de la fem es:  

Esta fórmula también se puede poner en la forma:

Se genera una fem E mientras el conductor se mueve, cortando las líneas de fuerza del campo magnético: E=BLV

    Si los conductores activos forman parte de una espira que giran en el interior de un campo magnético tendríamos un generador elemental de CC:

Estudio Energético del Generador Elemental 

Fuente asociada : tuveras.

7. Fuerza electromagnética_El motor Fuerza Electromagnética     La fuerza sobre un conductor rectilíneo de longitud L por el que circula una corriente I, cuya dirección forma un  ángulo acon la dirección del campo magnético de inducción uniforme B, en cuyo interior se encuentra, tiene por valor:  F= I L B sen a Si las tres magnitudes son perpendiculares, entonces el valor de la fuerza electromagnética es:  

 

Esta fuerza desarrolla un trabajo de valor:

  El conductor se mueve a causa de una fuerza F cuando por él circula una intensidad I: F=ILB

    Si los conductores activos forman parte de una espira el interior de un campo magnético, por el que circula una corriente, tendríamos un motor elemental de CC:

  Estudio Energético del Motor Elemental   

Fuente consultada: tuveras

8. Para saber más RECURSOS - Aplicación de electromagnetismo en PHET. - Simuladores de electromagnetismo. - Endesa educa. - Vídeos de magnetismo y electromagnetismo en GALILEI. - WEB con información de electromagnetismo.