11/19/2012
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ZACATEPEC
ENSAYO
ELECTROMAGNETISMO
INGENIERÍA ELECTROMECÁNIC ELECTROMECÁNICA A | GRUPO KB
INTRODUCCIÓN En nuestros días vivimos rodeados de una gran cantidad de aparatos que se d esarrollan gracias a la aplicación de las leyes del electromagnetismo. Estos aparatos facilitan crucialmente la forma de vivir de la humanidad. Por ejemplo, qui en se imagina que en la lectura de un disco compacto está involucrado el electromagnetismo para l a construcción del láser, o que para hacer andar un motor eléctrico base de miles de tecnologías, también se requiere el electromagnetismo. Por tales razones en el siguiente trabajo se presenta algunas explicaciones básicas de manera muy sencilla, de estos procesos electromagnéticos y cómo fue que se descubrieron.
DESARROLLO El Electromagnetismo es la parte de la física que se encarga del estudio de los fen ómenos eléctricos y magnéticos. En épocas anteriores se pensaba que los fenómenos eléctricos y magnéticos eran independientes pero a principios del siglo XIX se i nicio la búsqueda de una posible relación entre ellos. Fue hasta 1820, cuando Hans Christian Oersted observó que una corriente eléctrica desviaba la aguja de una brújula cercana y lo q ue hizo fue lo siguiente: Colocó un alambre por el que circulaba corriente eléctrica encima de una brújula y observó que l a aguja se desviaba hacia el oeste. En seguida, colocó este alambre debajo de l a brújula y vio que la aguja también se desviaba pero ahora hacia el este. Con esto él concluyó que sí existía una relación entre magnetismo y electricidad. Después, André-Marie Ampere encontró el verdadero efecto que tenía la corriente eléctrica sobre la aguja imantada al neutralizar el efecto magnético o t errestre: ésta siempre se alinea en una dirección perpendicular en la dirección de la corriente eléctrica. A partir de sus experimentos Ampere encontró cómo calcular la fuerza entre dos conductores de electricidad que tuvieran posiciones y formas arbitrarias. Ampere llegó a la conclusión de que todos los fenómenos magnéticos tienen su origen en el movimiento de cargas eléctricas. Fue hasta 1831 cuando Faraday descubrió que se producen corrientes eléctricas sólo cuando el campo magnético cambia y si este no cambia no hay ninguna producción de electricidad por magnetismo.
CAMPO MAGNÉTICO DEBIDO A UNA CORRIENTE Después de que Oersted hiciera su descubrimiento Jean Baptiste Y Félix Savart, a partir de sus experimentos llegaron a una expresión matemática que permite determinar la densidad del flujo magnético en cualquier punto del espacio que rodea a la corriente que produce el campo magnético.
CAMPO MAGNÉTICO ALREDEDOR DE UN CONDUCTOR LARGO Y RECTO Se trata de que si una corriente eléctrica pequeña circula a través de un conductor largo y recto se origina un campo magnético débil alrededor de él, y se aumenta la corriente, el campo magnético se incrementará. La forma tomada por las limaduras será la de las ondas magnéticas del conductor.
CAMPO MAGNÉTICO EN EL CENTRO DE UNA ESPIRA Una espira es un alambre que se ha curvado para darle dicha forma. Si l os extremos de la espira se conectan a una pila y circula una corriente eléctrica por ella aparece un campo magnético. La espira actúa como si tuviera un polo norte en una cara y un polo sur en la otra cara.
CAMPO MAGNÉTICO EN EL INTERIOR DE UN SOLENOIDE Cuando se enrolla un alambre en espiral como un resorte, se crea un solenoide. Si una corriente eléctrica pasa a través del solenoide cada espira produce un campo magnético. Juntas las espiras proporcionan un campo magnético combinado similar al campo magnético que existe en torno a un imán de barra. Es decir el solenoide se comporta como si tuviese un polo norte en uno de los extremos y un polo sur en el otro. Para un solenoide de una longitud determinada la densidad de flujo magnético se puede incrementar si se aumenta la intensidad de corriente eléctrica y el número de vueltas o espiras. Los solenoides enrollados sobre núcleos de hierro se usan como electroimanes en timbres y otros dispositivos.
INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Las cargas eléctricas en reposto generan campos eléctricos y las cargas eléctricas en movimiento generan campos magnéticos. Experimentos hechos por Faraday y Henry descubrieron que una corriente eléctrica podía inducirse en un circuito mediante un campo magnético variable. Este fenómeno recibe el nombre de inducción electromagnética. La comprensión de este fenómeno ha permitido construir generadores y transformadores para producir y distribuir la energía eléctrica. El experimento que hizo Faraday para descubrir el fenómeno de inducción electromagnética fue este (esquema abajo): Enrolló un alambre conductor en forma cilíndrica (bobina A) y conectó sus extremos a un galvanómetro G. Enseguida enrolló otro alambre conductor encima de la bobina A. Los extremos de esta segunda bobina los conectó a una batería mediante un i nterruptor C. AI cerrar y abrir el interruptor C empezaba a pasar una corriente eléctrica a lo l argo de la bobina B. Este campo magnético cruza la bobina A, y empezaba a ci rcular una corriente eléctrica que se detectaba por el galvanómetro. Con este experimento Faraday descubrió que se producen corrientes eléctricas sólo cuando el campo magnético cambia, sí éste es constante no hay ni nguna producción de corriente eléctrica por magnetismo.
APLICACIONES DEL ELECTROMAGNETISMO Electroimán: Se utiliza en los timbres, para separar latas y clavos en vertederos y en manipulación de planchas metálicas. Relé: Se utiliza en interruptores y conmutadores. Alternador: Máquina que sirve para generar corriente eléctrica. Dínamo: Se utilizan para obtener corriente continua en los carros. El transformador eléctrico: El transformador de tensión eléctrica consta de un núcleo ferromagnético, constituido por chapas de hierro que forman un bloque compacto, en el que se enrollan dos bobinas o devanados independientes. El motor eléctrico: Si colocamos una espira rectangular por la que circula una corriente eléctrica en el interior de un campo magnético uniforme, la espira experimentará un giro. Si la espira se conecta a un eje, podremos convertir la energía eléctrica que circula por l a espira en energía mecánica. Así es como funciona un motor eléctrico.
CONCLUSIÓN. La aplicación del electromagnetismo ha cambiado la forma de vivir del ser humano, ya que al inventar el generador eléctrico fue posible convertir la energía mecánica en l a energía eléctrica tan indispensable en estos días, se inventó el transformador con lo que fue posible transportar la energía eléctrica a grandes distancias con muy pocas pérdidas, también se construyó el motor eléctrico con el que fue posible transformar la energía eléctrica en energía mecánica en beneficio de una gran cantidad de p rocesos industriales, también los sistemas de comunicación a base de ondas electromagnéticas han acercado a los individuos de distintas regiones y permiten la comunicación de manera fácil, rápida y económica, y un sin número de aplicaciones en aparatos de nuevas tecnologías, ya sean de medicina, ocio, trabajo, etc. Podemos anexar también un dato curioso que nos dice que se está trabajando en la transmisión de energía eléctrica inalámbrica, que se descubrió quizá antes que la radio, la televisión, y el wi-fi por Nicola Tesla en 1891 idea patentada como “La bobina Tesla” , pero que por alguna u otra razón no ha sido aplicada a nivel global. Podemos concluir que el electromagnetismo usado en la tecnología ha afectado la vida cultural, científica, política y social de la humanidad, y tal vez hasta nos sería difícil imaginar la vida diaria sin estos avances por su penetración en todas las actividades diarias.
TÉRMINOS CIENTÍFICOS SOLENOIDE: Un solenoide se define como una bobina de alambre, normalmente con la forma de un cilindro largo, que al transportar una corriente se asemeja a un imán de modo que un núcleo móvil es atraído a la bobina cuando fluye una corriente. Una definición más sencilla es que un solenoide es una bobina y un núcleo de hierro móvil usados para convertir energía eléctrica en energía mecánica. Los solenoides han existido por décadas pero ahora varían en tamaño de menos de un cuarto de pulgada a más de 15 pulgadas de diámetro, con salidas de fuerza desde menos de una onza hasta una tonelada.
GALVANÓMETRO: Un galvanómetro es un aparato que se emplea para indicar el paso de pequeñas corrientes eléctricas por un circuito y para la medida precisa de su intensidad. Su funcionamiento se basa en fenómenos magnéticos. Es capaz de detectar la presencia de pequeñas corrientes en un circuito cerrado, y puede ser adaptado, mediante su calibración, para medir su magnitud. Su principio de operación (bobina móvil e i mán fijo) se conoce como mecanismo de D'Arsonval, en honor al científico que lo desarrolló.
FRECUENCIA: Numero de ciclos que completa una corriente alterna en cierto periodo, usualmente un segundo.
INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA: La inducción electromagnética es el fenómeno que origina la producción de una fuerza electromotriz (f.e.m. o voltaje) en un medio o cuerpo expuesto a un campo magnético variable, o bien en un medio móvil respecto a un campo magnético estático.
CONMUTADOR: Un conmutador es un interruptor eléctrico rotativo en ciertos tipos de motores eléctricos y generadores eléctricos que periódicamente cambia la dirección de la corriente entre el rotor y el circuito externo. En un motor, proporciona la energía a la mejor ubicación en el rotor, y en un generador, recibe la energía de forma similar.
ALTERNADOR: Un alternador es una máquina eléctrica, capaz de transformar energía mecánica en energía eléctrica, generando una corriente alterna mediante inducción electromagnética.
LIMADURA: Las limaduras de hierro son trozos de hierro muy pequeños que tienen el aspecto de un polvo oscuro brillante. Muy a menudo se utilizan en demostraciones científicas para mostrar la dirección de un campo magnético.
ESPIRA: En muchos dispositivos que utilizan una corriente para crear un campo magnético, tales como un electroimán o un transformador, el hilo que transporta la corriente está arrollado en forma de bobina formada por muchas espiras.
CAMPO MAGNÉTICO: Es un campo de fuerza creado como consecuencia del movimiento de cargas eléctricas (flujo de la electricidad). La fuerza (intensidad o corriente) de un campo magnético se mide en Gauss (G) o Tesla (T). El flujo decrece con la distancia a la fuente que provoca el campo. Los campos magnéticos suelen representarse mediante „líneas de campo magnético‟ o „líneas de fuerza‟. En cualquier punto, la dirección del campo magnético es igual a la dirección de las líneas de fuerza, y la intensidad del campo es inversamente proporcional al espacio entre las lí neas.
CONDUCTOR ELÉCTRICO: Es un material que ofrece poca resistencia al movimiento de carga eléctrica. Son materiales cuya resistencia al paso de la electricidad es muy baja. Los mejores conductores eléctricos son metales.
ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS: Son aquellas ondas que no necesitan un medio material para propagarse. Incluyen, entre otras, la luz visible y las ondas de radio, televisión y telefonía. Las ondas electromagnéticas se propagan mediante una oscilación de campos el éctricos y magnéticos. Los campos electromagnéticos al "excitar" los electrones de nuestra retina, nos comunican con el exterior y permiten que nuestro cerebro "construya" el escenario del mundo en que estamos.
ELECTROIMANES: Se denomina electroimán a un dispositivo formado por un núcleo de hierro dulce, en el que se ha arrollado, en forma de bobina, un hilo conductor recubierto de un material aislante tal como seda o barniz. Este dispositivo se comporta como un imán mientras se hace circular una corriente por la bobina, cesando el magnetismo al cesar la corriente. La función de un electroimán, es justamente, lo que señala su nombre. Un electroimán, es un imán, que funciona como tal en la medida que pase corriente por su bobina.
RELÉ O RELEVADOR: Es un dispositivo electromecánico. Funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes.
