1 electromagnetismo 2
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Electromagnetismo
Electromagnetismo
Las fuerzas magnéticas son producidas por el
movimiento de partículas cargadas, como electrones, lo
que indica la estrecha relación entre la electricidad y el
magnetismo.
La fuerza magnética es la parte de la fuerza
electromagnética total o fuerza de Lorentz que mide un
observador sobre una distribución de cargas en
movimiento.
Electromagnetismo
Campo Magnético creado por una corriente Eléctrica
La Corriente Eléctrica al circular por un conductor rectilíneo
crea un Campo Magnético, cuyas líneas de fuerza son
circunferencias concéntricas en cada plano perpendicular al
conductor, y su sentido es el que corresponde al giro de un
sacacorchos que avance en el sentido de la corriente.
Conductor
Campo
Magnético
Electromagnetismo
Si el conductor no es recto como la figura, el campo
magnético aumenta por que las líneas de fuerza se
concentran en el centro de la espira.
El campo magnético en el interior es perpendicular al
plano de la misma.
+ -I
N
S
Concentración de líneas de
fuerza y el sentido de éstas
Conductor
Líneas de
Fuerzas
Regla de la Mano
Derecha
Campo Magnético de una Espira
Electromagnetismo
Campo Magnético de una bobina
El campo magnético en el interior de la bobina, es
perpendicular al plano de las espiras y su sentido viene
dado según la regla de la mano derecha, dado el sentido
de la corriente.
S N
+ -I
Electromagnetismo
La inducción magnética es el número de Líneas de Fuerza
del Campo Magnético, por unidad de superficie
perpendicular a esas líneas.
En el sistema C.G.S.(sistema cegesimal de unidades), cada línea
representa una unidad de inducción.
La Inducción Magnética se representa por la letra B.
Inducción Magnética:
Unidades de Inducción Magnética:
En sistema S.I. de unidades de inducción es el tesla (T).
En sistema C.G.S. la unidad de inducción es el gaus (Gs).
La relación entre estas unidades es: 1 T = 104 Gs
Electromagnetismo
Inducción Magnética en el interior de un solenoide.
Una bobina, cuya longitud es mayor que su radio se llama:
solenoide.
La inducción magnética en el interior de un solenoide:
B = m ((n I) / L).B: Inducción (T)
n: Número de espiras
I: Intensidad de la bobina (A)
L: Longitud del solenoide (m)
m: Permeabilidad magnética del
material del interior del solenoide.
m0 = 4 π 10-7 = (12,56 / 107) (T*m / A)En el S.I. de unidades
en el vacío o en el aire.
Electromagnetismo
a) Un solenoide de 40 cm de longitud y 1600 vueltas arrolladas
sobre un núcleo de madera y circula por el la intensidad de
corriente de 10 A.
Calcular la inducción magnética en el interior del solenoide,
sabiendo que la permeabilidad de madera es igual a la del aire.
Ejercicios:
La inducción magnética en el núcleo:
B = m (n I / L) = (12,56 / 107) x ((1.600 x 10) / 0,4)) = 0,05 T
ElectromagnetismoEjercicios:
b) Sobre un anillo de madera cuyo diámetro medio es de 10 cm.
Se arrolla un devanado de 400 vueltas. Calcular B en un punto
de la circunferencia media del anillo si I en el devanado es de
0,5 A.
La longitud de la circunferencia media:
l = 2πr = π d = 3,14 x 10 =
B = m (n I / L) = (12,56 / 107) x ((400 x 0,5) / 0,314)) = 0,0008 T
31,4 cm
Electromagnetismo
El Flujo magnético a través de una superficie es el
número total de líneas de fuerza que atraviesan dicha
superficie. Se representa por la letra griega f.
Flujo Magnético
f (flujo) = B (inducción) x S (superficie)
S
En un campo magnético uniforme, el flujo a través de
una superficie perpendicular a las líneas de fuerza es el
producto de la Inducción por la superficie.
ElectromagnetismoUnidades de Flujo Magnético
En el sistema S.I. de unidades de flujo es el Weber (Wb)
En el sistema C.G.C. de unidades de flujo es Maxwell (Mx)
La relación entre estas unidades es la siguiente:
Ejercicio:
Sabiendo que B uniforme es de 1,2 T. Calcular el f que atraviesa un
cuadrado de 0,5 m. de lado, perpendicular a las líneas de fuerza del
campo magnético.
La superficie del cuadrado S = L2 = 0,52 = 0,25 m2
El Flujo Magnético a través del cuadrado f = B x S= 1,2 x 0,25 = 0,3 Wb.
1 Wb. = 108 Mx.
ElectromagnetismoUnidades de Flujo Magnético
Ejercicio:
Sabiendo que B uniforme es de 1,2 T. Calcular el f que
atraviesa un cuadrado de 0,5 m. de lado, perpendicular a las
líneas de fuerza del campo magnético.
La superficie del cuadrado S = L2 = 0,52 =
El Flujo Magnético a través del cuadrado
0,25 m2
f = B x S= 1,2 x 0,25 = 0,3 Wb.
Electromagnetismo
Intensidad del Campo Magnético
La Intensidad del Campo Magnético es la relación entre
la Inducción Magnética y la permeabilidad del medio,
material en el que se ha establecido el campo.
Intensidad del Campo Magnético se representa por letra H.
H (intensidad del Campo) =B (inducción)
m (permeabilidad)
Electromagnetismo
Intensidad del Campo Magnético en interior de un solenoide
La Intensidad del Campo Magnético en interior de un
solenoide por el que circula una corriente son los
Amperios-Vuelta por unidad de longitud.
H =n I
l
H: Intensidad del Campo Magnético (A/m o Av/m)
n: Número de Espiras o vueltas.
I : Intensidad de la Corriente
l : Longitud.
ElectromagnetismoSustancias Ferromagnéticas
Sustancias que tienen una permeabilidad mayor que las
del vacío y dependientes de la inducción magnética
(hierro, cobalto, níquel y sus aleaciones con carbono y
otros metales).
Estas sustancias son fuertemente atraídas por un imán.
m = mr x m0
La permeabilidad de estas sustancias se calcula
multiplicando la permeabilidad del aire por un coeficiente
mr, dependiente de la inducción y del material, se
denomina permeabilidad relativa.
ElectromagnetismoEjercicio:
La intensidad de un campo magnético es de 12 A/m y la
permeabilidad relativa del acero, introducido en el campo es
de 3.000. Calcular la inducción magnética en este material.
m = mr x m0 = 3.000 (12,56 / 107) = 0,003768 (Tm / A)
La permeabilidad absoluta del acero para este campo:
La inducción magnética B = m H = 0.045 T0,003768 x 12 =
ElectromagnetismoTeoría molecular de los imanes
Hierro saturado
Hierro no Imanado
Se admite que las sustancias ferromagnéticas están constituidas
por moléculas magnéticas o imanes elementales.
Antes de haber sometido la sustancia a la acción de un campo
magnético exterior, los imanes moleculares están perfectamente
desorientados y, mediante un campo magnetizante exterior se
orientan, hasta que todos los imanes elementales están
orientados (estado de saturación magnética).
Al cesar el magnetizante exterior, los imanes moleculares
pueden desorientarse (caso del hierro dulce) perdiendo el
material sus propiedades magnéticas, o quedar orientados
(caso del acero), conservando sus propiedades magnéticas.
Electromagnetismo
Es la propiedad que presentan las sustancias ferromagnéticas de
conservar parte de su magnetismo, cuando, después de
imanadas se anula el campo magnético imanador.
Histéresis Magnética
Curva Inicial
HHmax
Fuerza coercitiva
-B
- Hmax- H0
Magnetismo Remanente
El valor de la Inducción Magnética que conserva la sustancia se
llama Magnetismo Permanente.
La Inten. del C. Magnético imanador, en sentido contrario al de la
1era imanación, en el cual se anula el M. Remanente, se llama
Fuerza Coercitiva.
ElectromagnetismoHistéresis Magnética
Curva Inicial
HHmax
Fuerza coercitiva
-B
- Hmax- H0
Magnetismo Remanente
El conjunto de valores de inducción magnética, que adquiere un
material ferromagnético en función de la intensidad de campo
magnético imanador alterno, se llama Ciclo de Histéresis.
Al describir la intensidad de campo H un ciclo completo,
partiendo de 0 hasta un valor Hmáx, para volver a 0 y alcanzar el
valor -Hmáx con regreso final al valor de partida 0, se realiza un;
ciclo de histéresis completo.
ElectromagnetismoPérdida de Potencia por Histéresis
El fenómeno de histéresis se considera debido al
rozamiento de los imanes moleculares de la sustancia
que giran para orientarse. Este rozamiento origina una
pérdida de potencia, que se manifiesta en forma de calor
y se denomina Pérdida por Histéresis.
La pérdida por histéresis, se produce en todos aquellos
casos en los que una sustancia ferromagnética está
sometida a una imanación alternativa.
La potencia perdida por histéresis es proporcional al área
del ciclo de histéresis y al volumen del material.