ELECTROMAGNETISMO

GENERALIDADES

La corriente eléctrica genera un campo electromagnético en el espacio que la rodea. Sus fenómenos concuerdan plenamente con los fenómenos de los campos magnéticos naturales.

Para poder representar campos magnéticos, se introdujeron líneas de campo, del mismo modo que en los campos eléctricos. Siempre están dirigidas desde el polo norte al polo sur del campo magnético y nunca se tocan.

• Determinar la relación entre las corrientes eléctricas y los campos magnéticos.

• Comparar el magnetismo producido por corriente continua y alterna. Verifica la relación de transformación de un transformador. 

Objetivos

La sesión de hoy aporta al siguiente resultado del programa:

“Los estudiantes aplican conocimientos de matemática, ciencia y tecnología”.

ELECTROMAGNETISMOELECTROMAGNETISMO

Lic: John Alexander Flores TapiaLic: John Alexander Flores Tapia

INTRODUCCIÓN

• Es el efecto gracias al cual funcionan motores y generadores

•Los transformadores de potencia.

•Líneas de transmisión y sistemas de energía.

BOBINABOBINA CON NUCLEO DE

HIERRO

TRANSFORMADOR

TRANSFORMADOR BOBINADO PRIMARIO Y SECUNDARIO EN EL MISMO SENTIIDO

TRANSFORMADOR BOBINADO PRIMARIO Y SECUNDARIO EN DIFERENTE SENTIIDO

RELE

SIMBOLOS DE COMPONENTES ELECTROMAGNETICOS

MATERIALES FERROMAGNETICOS

Son aquellos que son susceptibles de ser atraídos por un imán: hierro, acero, Níquel y Cobalto.

POLOS DE UN IMAN

Son las zonas donde se produce mayor atracción. La zona donde no hay atracción se denomina línea neutra.

Clases de Imanes

Imanes Naturales

Imanes Artificiales

Son aquellos que se pueden encontrar en la naturaleza ejemplo: Magnetita Que posee ciertas propiedades magnéticas.

Los imanes artificiales son de gran utilidad para la construcción de núcleos para electroimanes, motores, generadores y transformadores. En estos casos se emplea la chapa de hierro aleada, por lo general, con silicio.

IMANES

• IMANES NATURALES Su nombre químico es Oxido

magnético de hierro (Fe3O4) o conocido también como oxido ferroso ferrico.

Poseen propiedades magnéticas sin la intervención del hombre.

Su magnetismo natural es originado por el movimiento electrónico rotacional.

Abundan en terrenos de antigua formación geológica (Suecia, Noruega).

IMANES

• IMANES ARTIFICIALESSon diseñados y controlados por el hombre.Su comportamiento es similar a los imanes naturales.El efecto magnético es originado por la circulación de corriente en un núcleo ferromagnético.

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IMANES

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Propiedades de los imanes naturales

• Sentido y trayectoria de las líneas magnéticas

CAMPO MAGNÉTICO DE UN IMÁN

Es el espacio, próximo al imán, en el cual son apreciables los fenómenos magnéticos originados por dicho imán.

el campo magnético adquiere su máxima intensidad en los polos, disminuyendo paulatinamente según nos alejemos de ellos.

En la figura se aprecian las líneas del campo magnético o líneas de fuerza.

TEORÍA MOLECULAR DE LOS IMANES

Si rompemos un imán en dos, las dos partes resultantes son dos imanes completos con sus polos correspondientes. Si volviésemos a romper unade estas partes obtendríamos otros dos nuevos imanes. Este proceso depuede repetir multitud de veces, hasta alcanzar lo que vendremos allamar molécula magnética.

Propiedades de los imanes naturales

• Naturaleza bipolar

Propiedades de los imanes naturales

• Interacción de líneas magnéticas

Repulsión de líneas magnéticasRepulsión de líneas magnéticas Siguen la mínima trayectoria Siguen la mínima trayectoria cerrada.cerrada.

ELECTROMAGNETISMO

Para conseguir campos más intensos se utilizan bobinas fabricadas con conductores eléctricos, que al ser recorridos por una corriente eléctrica desarrollan campos magnéticos, cuya intensidad depende, fundamentalmente, de la intensidad de la corriente y del número de espiras de la bobina.

CAMPO MANGÉTICO DE UN CONDUCTOR RECTO

Un conductor recto produce un campo magnético muy disperso y, por lo tanto, muy débil.

MAGNETIZACIÓN

• CAMPO MAGNÉTICO DE UN CONDUCTOR

MAGNETIZACIÓN

• Sentido del campo magnético de un conductor

Regla de la mano Regla de la mano derecha o regla del tornilloderecha o regla del tornillo

CAMPO MAGNÉTICO EN UNA ESPIRA

La forma de conseguir que el campo magnético sea más fuerte es disponiendo el conductor en forma de espira o anillo. El sentido de las líneas de fuerza de una parte del conductor se suma a la del otro, formando un campo magnético mucho más intenso en el centro de la espira

MAGNETIZACIÓN

• Campo magnético de una espira

Una espira es un conductor recto curvadoUna espira es un conductor recto curvado

CAMPO MAGNÉTICO DE UNA BOBINA

En una bobina, el campo magnético de cada espira se suma al de la siguiente, concentrándose éste en el centro de la misma. El campo resultante es uniforme en el centro de la espira y mucho más intenso que en el exterior

MAGNETIZACIÓN

• Campo magnético de una bobina

II N espiras

BOBINA

II N espiras

BOBINA

El campo magnético se la resultante de la composición o suma El campo magnético se la resultante de la composición o suma de los campos magnéticos de cada espirade los campos magnéticos de cada espira

MAGNETIZACIÓN

• Campo magnético de una bobina

El campo magnético presenta un norte y sur en forma similar a El campo magnético presenta un norte y sur en forma similar a un imán natural.un imán natural.

MAGNETIZACIÓN

• Polaridad de una bobina

Se aplica la regla de la mano derecha o también la regla del Se aplica la regla de la mano derecha o también la regla del tornillotornillo

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IMANES

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MAGNITUDES MAGNÉTICAS

1.- FLUJO MAGNÉTICO (Φ)El campo magnético se representa a través de las líneas de fuerza. A lacantidad de estas líneas se le denomina flujo magnético.

2.- INDUCCIÓN MAGNÉTICA O DENSIDAD DE FLUJO MAGNÉTICO (B)

cantidad de líneas de campo que atraviesa perpendicularmente la unidad de superficie (S).

¿Cuál es la inducción magnética existente en la cara plana del polo de un imán recto de 12cm2 de superficie cuando es atravesado por un flujo magnético de 0,006 Wb?

Ejemplo:

FUERZA MAGNETOMOTRIZ (FMM)

es la capacidad que posee la bobina de generar líneas de campo en un circuito magnético. La fuerza magnetomotriz aumenta con la intensidad de la corriente que fluye por la bobina y con el número de espiras de la misma.

INTENSIDAD DE CAMPO NAGNÉTICO (H)

Nos indica lo intenso que es el campo magnético. La intensidad de campoen una bobina depende de la fuerza magnetomotriz

Ejemplo: Calcular la intensidad del campo en el interior de la bobina de la figura El número de espiras de la misma es de 300 y la corriente 10 A.

Solución:Primero determinamos la línea media por donde se van a establecer las líneas de campo. Para ello observamos las dimensiones del núcleo de labobina:

L = 16 + 16 + 16 +16 = 64 cm = 0,64 m

H = N * I / L = 300 * 10 / 0,64 = 4 687,5 A - v / m

H = 4 687,5 A - v / m

RELUCTANCIA (R)

La reluctancia de un material nos indica si éste deja pasar las líneas de campo en mayor o menor grado. Los materiales no ferromagnéticos, como el aire, poseen una reluctancia muy elevada.

Símbolo de la reluctancia = R

Unidad de la reluctancia = Ampere – vuelta / weber

Fórmula: R = FMM / Φ

EJEMPLO : Calcular la reluctancia que posee el núcleo de un electroimán si al hacer circular 5A por la bobina de 1 000 espiras se ha establecido un flujo de 5mWb.

SoluciónN = 1 000 espirasI = 5 AFMM = N * I = 1 000 * 5 = 5 000 A vR = FMM / Φ = 5 000 / 0,005 = 1 000 000R = 1 000 000 A v / Wb (respuesta)

CURVA DE MAGNETIZACIÓN

Cuando un material se somete a la acción de un campo magnético creciente H, la inducción magnética B que aparece en la misma también aumenta en una relación determinada. Por lo general, esta relación (B – H) no es constante, por lo que es de gran utilidad conocer la curva de magnetización que representa el valor de la inducción en función de la intensidad de campo en cada material.

PERMEABILIDAD MAGNÉTICA

Cuando se introduce en el núcleo de una bobina un material ferromagnético, se aprecia un aumento de líneas de fuerza en el campo magnético.

μr :poder de material ferromagnético para multiplicar las líneas de campo.

B0: inducción magnética producida por electroimán con núcleo de aire

B: a la inducción magnética

B = B0r

Permeabilidad absoluta (μ).

Ejercicio

• Determinar la permeabilidad absoluta y relativa que aparecerá en el núcleo de hierro de un electroimán si se ha medido un flujo electromagnético de 5 mWb.

N= 500 espiras, I=15 A, Longitud media del núcleo = 30 cm, superficie recta del núcleo 25 centímetros cuadrados

Solucion

Ejercicio

APLICACIONES PRÁCTICAS DE LOS ELECTROIMANES

a) Frenos magnéticos: Se aplican sobre todo en ascensores, montacargas y grúas. Las zapatas de frenado se abren mediante un electroimán cuando existe una situación normal, es decir, cuando hay tensión en la red.

b) Electroválvulas: La válvula abre o cierra el circuito hidráulico o neumático según sea o no alimentada la bobina del electroimán que lleva incorporado. La aplicación de las electroválvulas está muy extendida: lavadoras, automatización de fluidos, etc.

c) Timbres: Los timbres se utilizan para producir señales acústicas.

d) Relés y contactores; etc.

Se intenta restaurar el primitivo estado de desorden de los imanes elementales.

DESIMANTACIÓN

Esto se consigue haciendo pasar lentamente el objeto a través de una bobina por la que circula corriente alterna.

La intensidad del campo magnético cambia continuamente de dirección e intensidad. La longitud media de las líneas de campo crece, la intensidad de campo magnético y con él la imantación del hierro, decrece en ambas direcciones.

En los materiales magnéticamente duros debe repetirse este proceso varias veces hasta que la remanencia haya desaparecido totalmente.

PRINCIPIO DEL MOTOR

El principio básico del motor se reduce a la desviación de un conductor recorrido por la corriente en un campo magnético.

La fuerza F que entonces se produce es directamente proporcional al campo deexcitación B1, a la corriente del conductor y a la longitud activa L del conductor.

F = (B1) * ( I) * (L) * (Z)

F = la fuerza en N (Newton)B1 = la inducción magnética en Wb / m2I = la corriente en AL = la longitud del conductor en mz = el número de conductores

La longitud activa L es el tramo que el conductor recorre en el campo deexcitación homogéneo B1 – con un ángulo de 90º hacia el sentido de campo.

La relación de sentido del campo magnético, sentido de la corriente y sentido del movimiento se puede determinar con la regla de la mano izquierda. Dice:

3. El pulgar extendido da el sentido de la fuerza y, en consecuencia, el sentido de movimiento del conductor.

1. La mano izquierda abierta hay que mantenerla en el campo de excitación de forma tal que las líneas de campo provenientes del polo norte choquen en la

superficie interna de la mano.

2. Hay que girar la mano de modo que los dedos apunten en el sentido del flujo de corriente (sentido técnico de la corriente).

PRINCIPIO DEL GENERADOR

En un generador la energía mecánica es transformada en energía eléctrica. Si por ejemplo un conductor se mueve en un campo magnético de manera que corte las líneas de campo, entonces se induce (genera) en él una tensión durante el movimiento. Este proceso se denomina inducción del movimiento.

PRINCIPIO DEL GENERADOR

Regla del generador que también se denomina regla de la mano derecha.

1. La mano derecha abierta hay que mantenerla en el campo de excitación de forma tal que las líneas de campo provenientes del polo norte choquen en la superficie interna de la mano.

2. Hay que girar la mano de modo que el pulgar extendido apunte en el sentido del movimiento del conductor.

3. Los dedos extendidos dan el sentido de la corriente de inducción.

PRINCIPIO DEL TRANSFORMADOR

Por el bobinado primario se conecta la tensión de entrada y por el bobinado secundario obtenemos la tensión de salida. El mismo transformador puede funcionar como elevador (transformador reductor) o reductor (transformador elevador)

n :relación de transformación

GRACIAS