campo magnetico de imanes

Campo Magnético de Imanes

EL CAMPO MAGNÉTICO

El hecho de que las fuerzas magnéticas sean fuerzas de acción a distancia permite recurrir a la idea física de campo para describir la influencia de un imán o de un conjunto de imanes sobre el espacio que les rodea. Al igual que en el caso del campo eléctrico, se recurre a la noción de líneas de fuerza para representar la estructura del campo. En cada punto las líneas de fuerza del campo magnético indican la dirección en la que se orientará una pequeña brújula (considerada como un elemento de prueba) situada en tal punto. Así las limaduras de hierro espolvoreadas sobre un imán se orientan a lo largo de las líneas de fuerza del campo magnético correspondiente y el espectro magnético resultante proporciona una representación espacial del campo. Por convenio se admite que las líneas de fuerza salen del polo Norte y se dirigen al polo Sur.

La intensidad del campo magnético

Como sucede en otros campos de fuerza, el campo magnético queda definido matemáticamente si se conoce el valor que toma en cada punto una magnitud vectorial que recibe el nombre de intensidad de campo. La intensidad del campo magnético, a veces denominada inducción magnética, se representa por la letra b y es un vector tal que en cada punto coincide en dirección y sentido con los de la línea de fuerza magnética correspondiente. Las brújulas, al alinearse a lo largo de las líneas de fuerza del campo magnético, indican la dirección y el sentido de la intensidad del campo b.

La obtención de una expresión para b se deriva de la observación experimental de lo que le sucede a una carga q en movimiento en presencia de un campo magnético. Si la carga estuviera en reposo no se apreciaría ninguna fuerza mutua; sin embargo, si la carga q se mueve dentro del campo creado por un imán se observa cómo su trayectoria se curva, lo cual indica que una fuerza magnética Fm se está ejerciendo sobre ella. Del estudio experimental de este fenómeno se deduce que:

a) Fm es tanto mayor cuanto mayor es la magnitud de la carga q y su sentido depende del signo de la carga.

b) Fm es tanto mayor cuanto mayor es la velocidad v de la carga q.

c) Fm se hace máxima cuando la carga se mueve en una dirección perpendicular a las líneas de fuerza y resulta nula cuando se mueve paralelamente a ella.

d) la dirección de la fuerza magnética en un punto resulta perpendicular al plano definido por las líneas de fuerza a nivel de ese punto y por la dirección del movimiento de la carga q, o lo que es lo mismo, Fm es perpendicular al plano formado por los vectores b y v.

Las conclusiones experimentales a,b y e quedan resumidas en la expresión:

Fm = q.v.B.sen φ

donde B representa el módulo o magnitud de la intensidad del campo y φ el ángulo que forman los vectoresv y b. Dado que Fm, v y b pueden ser considerados como vectores, es necesario además reunir en una regla lo relativo a la relación entre sus direcciones y sentidos: el vector Fm es perpendicular al plano formado por los vectores v y b y su sentido coincide con el de avance de un tornillo que se hiciera girar en el sentido que va de v a b (por el camino más corto). Dicha regla, llamada del tornillo de Maxwell, es equivalente a lade la mano izquierda, según la cual las direcciones y sentidos de los vectores Fm,v y b vienen dados por los dedos pulgar, índice y corazón de la mano izquierda dispuestos en la forma que se muestra en la figura adjunta.

La ecuación anterior constituye una definición indirecta del módulo o magnitud de la intensidad del campo magnético, dado que a partir de ella se tiene:

B = Fm/q.v.sen φ

La dirección de b es precisamente aquélla en la que debería desplazarse q para que Fm fuera nula; es decir, la de las líneas de fuerza. La unidad del campo magnético en el SI es el tesla (T) y representa la intensidad que ha de tener un campo magnético para que una carga de 1 C, moviéndose en su interior a una velocidad de 1 m/s perpendicularmente a la dirección del campo, experimentase una fuerza magnética de 1 newton.

1 T = 1 N/1 C. 1 m/s

Aunque no pertenece al SI, con cierta frecuencia se emplea el gauss (G): 1 T = 104 G

EL MOVIMIENTO DE PARTÍCULAS EN UN CAMPO MAGNÉTICO

Los campos eléctricos y magnéticos desvían ambos las trayectorias de las cargas en movimiento, pero lo hacen de modos diferentes. Una partícula cargada que se mueve en un campo eléctrico (como el producido entre las dos placas de un condensador plano dispuesto horizontalmente) sufre una fuerza eléctrica Fe en la misma dirección del campo E que curva su trayectoria. Si la partícula alcanza el espacio comprendido entre las dos placas según una dirección paralela, se desviará hacia la placa + si su carga es negativa y hacia la - en caso contrario, pero siempre en un plano vertical, es decir, perpendicular a ambas placas. Dicho plano es el definido por los vectores v y E.

Si las dos placas del condensador se sustituyen por los dos polos de un imán de herradura, la partícula sufre una fuerza magnética Fm que según la regla de la mano izquierda es perpendicular a los vectores v yb. En este caso la trayectoria de la partícula cargada se desvía en el plano horizontal.

Campos magnéticos - El experimento de Oersted

Aun cuando los filósofos griegos presintieron que las fuerzas eléctricas y las magnéticas tenían un origen común, la experimentación desarrollada desde William Gilbert (1544-1603) en torno a este tipo de fenómenos no reveló ningún resultado que indicara que un cuerpo cargado en reposo es atraído o repelido por un imán. A pesar de su similitud, los fenómenos eléctricos parecían independientes de los fenómenos magnéticos. Esta era la opinión de los colegas de Oersted (1777-1851) y probablemente la suya propia hasta que un día de 1819, al finalizar una clase práctica en la Universidad de Copenhague, fue protagonista de un descubrimiento que lo haría famoso. Al acercar una aguja imantada a un hilo de platino por el que circulaba corriente advirtió, perplejo, que la aguja efectuaba una gran oscilación hasta situarse inmediatamente perpendicular al hilo. Al invertir el sentido de la corriente, la aguja invirtió también su orientación.

Este experimento, considerado por algunos como fortuito y por otros como intencionado, constituyó la primera demostración de la relación existente entre la electricidad y el magnetismo. Aunque las cargas eléctricas en reposo carecen de efectos magnéticos, las corrientes eléctricas, es decir, las cargas en movimiento, crean campos magnéticos y se comportan, por lo tanto, como imanes.

Campo magnético debido a una corriente rectilínea

La repetición de la experiencia de Hans Christian Oersted con la ayuda de limaduras de hierro dispuestas sobre una cartulina perpendicular al hilo conductor rectilíneo,pone de manifiesto una estructura de líneas de fuerza del campo magnético resultante, formando circunferencias concéntricas que rodean al hilo. Su sentido puede relacionarse con el convencional de la corriente sustituyendo las limaduras por pequeñas brújulas. En tal caso se observa que el polo norte de cada brújula -que apunta siempre en el sentido del vector intensidad de campo b - se corresponde con la indicación de los dedos restantes de la mano derecha semicerrada en torno a la corriente, cuando el pulgar apunta en el sentido de dicha corriente. Esta es laregla de la mano derecha que aparece representada en la figura adjunta y que permite relacionar el sentido de una corriente rectilínea con el sentido de las líneas de fuerza del campo magnético b creado por ella. Experiencias más detalladas indican que la intensidad del campo b depende de las características del medio que rodea a la corriente rectilínea, siendo tanto mayor cuando mayor es la intensidad de corriente I y cuanto menor es la distancia r al hilo conductor. Todo lo cual queda englobado en la ecuación:

B = μ .I/2.π.r

μ representa una constante característica del medio que recibe el nombre de permeabilidad magnética. En el vacío su valor es μ 0 = 4.π.10-7 T m/A.

Campo magnético debido a una espira circular

El estudio del espectro magnético debido a una corriente circular, completado con la información que sobre el sentido del campo creado ofrecen pequeñas brújulas, indica que las líneas de fuerza del campo se cierran en torno a cada porción de la espira como si ésta consistiera en la reunión de pequeños tramos rectilíneos. En conjunto, el espectro magnético resultante se parece mucho al de un imán recto con sus polos norte y sur. La cara norte de una corriente circular, considerada como un imán,es aquella de donde salen las líneas de fuerza y la cara sur aquella otra a donde llegan dichas líneas.

La relación entre la polaridad magnética de una espira y el sentido de la corriente que circula por ella la establece la regla de la mano derecha de la que se deriva esta otra: una cara es norte cuando un observador situado frente a ella ve circular la corriente (convencional) de derecha a izquierda y es sur en el caso contrario. La experimentación sobre los factores que influyen en el valor de la intensidad de campo B en el interior de la espira muestra que éste depende de las propiedades del medio que rodea la espira (reflejadas en su permeabilidad magnética μ), de la intensidad de corriente I y del valor del radio R de la espira, en la forma dada por la siguiente ecuación:

B = μ .I/2.R

Campo magnético debido a un solenoide

Un solenoide es, en esencia, un conjunto de espiras iguales y paralelas dispuestas a lo largo de una determinada longitud que son recorridas por la misma intensidad de corriente. Su forma es semejante a la del alambre espiral de un bloc. El espectro magnético del campo creado por un solenoide se parece más aún al de un imán recto que el debido a una sola espira. La regla que permite relacionar la polaridad magnética del solenoide como imán con el sentido convencional de la corriente que circula por él es la misma que la aplicada en el caso de una sola espira. El estudio experimental de la intensidad del campo magnético b debido a un solenoide en un punto cualquiera de su interior pone de manifiesto que una mayor proximidad entre las espiras produce un campo magnético más intenso, lo cual se refleja en la expresión de B a través del cociente N/ L,siendo N el número de espiras y L la longitud del solenoide. Dicha expresión viene dada por la ecuación:

B = μ .I.N/l

N/l: representa el número de espiras por unidad de longitud, siendo su valor tanto mayor cuanto más apretadas están las espiras en el solenoide.

El hecho de que B dependa del valor de μ, y por tanto de las características del medio, sugiere la posibilidad de introducir en el interior del solenoide una barra de material de elevado y conseguir así un campo magnético más intenso con la misma intensidad de corriente I. Este es precisamente el fundamento delelectroimán, en el cual una barra de hierro introducida en el hueco del solenoide aumenta la intensidad del campo magnético varios miles de veces con respecto al valor que tendría en ausencia de tal material. Los timbres, los teléfonos, las dinamos y muchos otros dispositivos eléctricos y electromecánicos utilizan electroimanes como componentes. Sus características de imanes temporales, que actúan sólo en presencia de corriente, amplía el número de sus posibles aplicaciones.

Ejemplo de campo magnético debido a corrientes eléctricas: Se trata de calcular la intensidad del campo magnético B creado por una corriente de 4 A de intensidad en cada uno de los siguientes casos: a) a 4 cm de un hilo conductor rectilíneo e indefinido; b) en el centro de una bobina formada por 20 espiras circulares de 10 cm de diámetro; c) en cualquier punto del interior de un solenoide de 2 cm de diámetro y de longitud indefinida que posee 40 espiras por cada centímetro de longitud (Tómese μ 0 = 4.π.107 T m/A).

a) El campo magnético B debido a una corriente rectilíneo indefinida en un punto que dista r de dicha corriente, viene dado por la expresión

B = μ 0.l/2.π.r

Sustituyendo los datos del enunciado y recordando que todas las magnitudes se han de expresar en unidades SI, resulta:

B = 4.π.107 T.(m/A).4 A/2.π.4.10² m = 2.105 T

b) El campo B debido a una bobina formada por N espiras de igual radio R en su centro geométrico será igual a N veces el campo debido a una sola, es decir:

B = μ 0.l.N/2.R = 20.4.π.107 T.(m/A).4 A/10.10² m = 3,2.π.104 T

c) En cualquier punto del interior de un solenoide el campo magnético es homogéneo, es decir, toma el mismo valor B = μ 0.I.N/l. Aún cuando no se conozca la longitud, para calcular B basta conocer el número de espiras por unidad de longitud, que en este caso es N/l =4.10² espiras/m. sustituyendo, resulta:

B = 4.π.107.4.40.10² = 6,4.π.10³ T

electromagnetismo

ELECTROMAGNETISMO

Esta rama de la física estudia los fenómenos eléctricos y magnéticos, que están estrechamente relacionados. El electromagnetismo inicialmente se estudiaba de manera separada: por un lado los fenómenos eléctricos y por otro los magnéticos, hasta que Oersted, casi de manera casual, descubrió que están interconectados.

Quien unió estas ideas y las sintetizó en un pequeño conjunto de ecuaciones fue Maxwell y en su honor dichas leyes se conocen como Leyes de Maxwell. Éstas describen por completo el campo electromagnético en función de un campo eléctrico y un campo magnético.

 Las ecuaciones de Maxwell son un conjunto de cuatro ,que describen por completo los fenomenos electromagneticos. La gran contribución de Maxwell fue reunir en estas ecuaciones largos años de resultados experimentales, debidos a Coulom ,  Faraday, Ampere y otros, introduciendo los conceptos de campo y corriente de desplazamiento, y unificando los campos eléctricos y magnéticos en un solo concepto.

Ejemplos de ondas electromagnéticas son: 

•  Las señales de radio y televisión
•  Ondas de radio provenientes de la Galaxia
•  Microondas generadas en los hornos microondas
•  Radiación Infraroja provenientes de cuerpos a temperatura ambiente
•  La luz
•  La radiación Ultravioleta proveniente del Sol , de la cual la crema antisolar nos proteje la piel
•  Los Rayos X usados para tomar radiografías del cuerpo humano

magnetismo

Magnetismo

MAGNETISMO  

Magnetismo
 Existe en la naturaleza un mineral llamado magnetita o piedra imán que tiene la propiedad de atraer el hierro, el cobalto, el níquel y ciertas aleaciones de estos metales. Esta propiedad recibe el nombre de magnetismo.  
Los imanes:
Un imán es un material capaz de producir un campo magnético exterior y atraer el hierro (también puede atraer al cobalto y al níquel). Los imanes que manifiestan sus propiedades de forma permanente pueden ser naturales, como la magnetita (Fe3O4) o artificiales, obtenidos a partir de aleaciones de diferentes metales. Podemos decir que un imánpermanente es aquel que conserva el magnetismo después de haber sido imantado. Un imántemporal no conserva su magnetismo tras haber sido imantado.


En un imán la capacidad de atracción es mayor en sus extremos o polos. Estos polos se denominan norte y sur, debido a que tienden a orientarse según los polos geográficos de la Tierra, que es un gigantesco imán natural.

La región del espacio donde se pone de manifiesto la acción de un imán se llama campo magnético. Este campo se representa mediante líneas de fuerza, que son unas líneas imaginarias, cerradas, que van del polo norte al polo sur, por fuera del imán y en sentido contrario en el interior de éste; se representa con la letra B.
   
Desde hace tiempo es conocido que una corriente eléctrica genera un campo magnético a su alrededor. En el interior de la materia existen pequeñas corrientes cerradas debidas al movimiento de los electrones que contienen los átomos, cada una de ellas origina un microscópico imán o dipolo. Cuando estos pequeños imanes están orientados en todas direcciones sus efectos se anulan mutuamente y el material no presenta propiedades magnéticas; en cambio si todos los imanes se alinean actúan como un único imán y en ese caso decimos que la sustancia se ha magnetizado.

Imantar un material es ordenar sus imanes atómicos.      

                                                                          

En la figura derecha se observa en primer lugar un material sin imantar y debajo un material imantado.  
El magnetismo es producido por imanes naturales o artificiales. Además de su capacidad de atraer metales, tienen la propiedad de polaridad. Los imanes tienen dos polos magnéticos diferentes llamados Norte o Sur. Si enfrentamos los polos Sur de dos imanes estos se repelen, y si enfrentamos el polo sur de uno, con el polo norte de otro se atraen. Otra particularidad es que si los imanes se parten por la mitad, cada una de las partes tendrá los dos polos.
Cuando se pasa una piedra imán por un pedazo de hierro, éste adquiere a su vez la capacidad de atraer otros pedazos de hierro.
La atracción o repulsión entre dos polos magnéticos disminuye a medida que aumenta el cuadrado de la distancia entre ellos.
Campo magnético:
Se denomina campo magnético a la región del espacio en la que se manifiesta la acción de un imán.
Un campo magnético se representa mediante líneas de campo.
Un imán atrae pequeños trozos de limadura de hierro, níquel y cobalto, o sustancias compuestas a partir de estos metales (ferromagnéticos).
La imantación se transmite a distancia y por contacto directo. La región del espacio que rodea a un imán y en la que se manifiesta las fuerzas magnéticas se llama campo magnético.
Las líneas del campo magnético revelan la forma del campo. Las líneas de campo magnético emergen de un polo, rodean el imán y penetran por el otro polo.
Fuera del imán, el campo esta dirigido del polo norte al polo sur. La intensidad del campo es mayor donde están mas juntas las líneas (la intensidad es máxima en los polos).

El magnetismo esta muy relacionado con la electricidad. Una carga eléctrica esta rodeada de un campo eléctrico, y si se esta moviendo, también de un campo magnético. Esto se debe a las “distorsiones” que sufre el campo eléctrico al moverse la partícula.
El campo eléctrico es una consecuencia relativista del campo magnético. El movimiento de la carga produce un campo magnético.
En un imán de barra común, que al parecer esta inmóvil, esta compuesto de átomos cuyos electrones se encuentran en movimiento (girando sobre su orbita. Esta carga en movimiento constituye una minúscula corriente que produce un campo magnético. Todos los electrones en rotación son imanes diminutos.
UNA CARGA EN MOVIMIENTO PRODUCE UN CAMPO MAGNÉTICO
La brújula:
La brújula señala al norte magnético de la tierra, que no coincide con el norte geográfico, ya que conoce había explicado antes los polos opuestos se atraen y los similares se repelen, en el norte geográfico de la tierra se encuentra el polo sur magnéticamente hablando por lo que su opuesto (el norte en este caso) apunta lo contrario en una brújula.

La tierra es un imán. Campo magnético terrestre.

generador, transformador y motor electricos

GENERADOR ELÉCTRICO

Cambian la energía mecánica en energía eléctrica.

componentes de un generador de corriente alterna

-estator

-rotor

-sistema de enfriamiento

-excitatriz

-conmutador

acción del generador

se le conoce también como INDUCCIÓN . el voltaje se puede inducir en un conductor que se encuentra dentro de un campo magnético, esto sucede cuando el flujo magnético se corta por el conductor. en algunos casos, se mueve al alambre; en otros, se mueve al campo, y aun en otros, ambos se mueven pero en distintas velocidades. este principio toma energía mecánica para producir el movimiento, este produce la electricidad del generador.

campos en el generador

para generar electricidad se debe empezar con un campo magnético principal, entonces, este campo se debe cortar por un conductor, el campo principal se puede producir por un imán permanente que puede ser parte del estator.

el campo principal puede ser un campo electromagnético en lugar de un imán permanente, la bobina que lo produce se le llama  EL DEVANADO DE CAMPO, o simplemente el campo.

el campo se puede devanar sobre el estator, o sobre el rotor. los conductores en los que se induce la electricidad, forman el devanado de armadura. en los generadores de corriente directa, el devanado de armadura esta sobre el rotor o parte giratoria; sin embargo los generadores de corriente alterna para ciertas aplicaciones, el devanado de armadura esta en la parte estacionarias (estator).

como trabajan los generadores

este es un generador elemental

en donde el campo magnético principal viene de un par de imanes permanentes. observece que la cara del polo norte se encuentre enfrente de la cara del polo sur, la forma curvada de los polos produce el campo mas intenso. la bobina de la armadura esta devanada sobre el rotor, cada extremo de esta bobina esta fijo a su propia banda metálica, estas bandas se llaman anillos rozantes y es donde aparece el voltaje generado.

para colectar el voltaje generado, se debe tener una trayectoria eléctrica de los anillos rozantes a los terminales del generador, esto se hace con pequeñas piezas metálicas o de carbón llamadas escobillas, que se encuentran fuertemente fijas a los anillos rozantes por medio de resortes, en la medida que la bobina gira, los conductores cortan el campo magnético, esto produce el voltaje inducido en la bobina. 

regla de la mano derecha para generadores

para determinar la polaridad de un generador se deben conocer primero dos condiciones:

1.-la dirección (norte a sur)del campo magnético.

2.-la dirección en la cual el conductor se esta moviendo y como corta el campo.

su procedimiento es: el dedo pulgar apunta hacia arriba, el indice hacia la izquierda y el dedo medio hacia el cuerpo.

el dedo indice indica la dirección del flujo magnético, el dedo pulgar apunta la dirección en que se mueve el conductor y el dedo medio indica la dirección del flujo de corriente.

operación básica del generador

consiste de una espira de alambre que se encuentra libre para girar en un campo magnético.

-la espira de alambre se le llama armadura.

-al campo magnético se le llama campo.

para calcular la potencia de un generador

la potencia mecánica se mide en watts (w) y la velocidad del rotor generalmente se mide en revoluciones por minuto (r.p.m.)

donde:

Pm= potencia mecánica en watts.

N= velocidad en revoluciones por minuto(rpm)

T=par en newton-metro

9.55=constante en el sistema métrico de medición.

si se le coooce la potencia y la velocidad, el par se puede calcular de la ecuación.

ejemplo:

un primo-motor acciona a un generador, el par aplicado del eje del generador es 4.07n-m. el generador se acciona a una velocidad de 1750r.p.m.

calcularla potencia mecánica.

resolvemos

TRANSFORMADOR ELÉCTRICO

Un transformador es una máquina estática de corriente alterno,  que permite variar alguna función de la corriente como el voltaje o la intensidad, manteniendo la frecuencia y la potencia, en el caso de un transformador ideal.

Para lograrlo, transforma la electricidad que le llega al devanado de entrada en magnetismo para volver a transformarla en electricidad, en las condiciones deseadas, en el devanado secundario.

La importancia de los transformadores, se debe a que, gracias a ellos, ha sido posible el desarrollo de la industria eléctrica. Su utilización hizo posible la realización práctica y económica del transporte de energía eléctrica a grandes distancias.

Los transformadores están compuestos de diferentes elementos. Los componentes básicos son:

Núcleo: Este elemento está constituido por chapas de acero al silicio aisladas entre ellas. El núcleo de los transformadores está compuesto por las columnas, que es la parte donde se montan los devanados, y las culatas, que es la parte donde se realiza la unión entre las columnas. El núcleo se utiliza para conducir el flujo magnético, ya que es un gran conductor magnético.

Devanados: El devanado es un hilo de cobre enrollado a través del núcleo en uno de sus extremos y recubiertos por una capa aislante, que suele ser barniz. Está compuesto por dos bobinas, la primaria y la secundaria. La relación de vueltas del hilo de cobre entre el primario y el secundario nos indicará la relación de transformación. El nombre de primario y secundario es totalmente simbólico. Por definición allá donde apliquemos la tensión de entrada será el primario y donde obtengamos la tensión de salida será el secundario.

Esquema básico y funcionamiento del transformador:

Los transformadores se basan en la inducción electromagnética. Al aplicar una fuerza electromotriz en el devanado primario, es decir una tensión, se origina un flujo magnético en el núcleo de hierro. Este flujo viajará desde el devanado primario hasta el secundario. Con su movimiento originará una fuerza electromagnética en el devanado secundario.

Según la Ley de Lenz, necesitamos que la corriente sea alterna para que se produzca esta variación de flujo. En el caso de corriente continua el transformador no se puede utilizar.

La relación de transformación del transformador eléctrico

Una vez entendido el funcionamiento del transformador vamos a observar cuál es la relación de transformación de este elemento. 

Donde N p es el número de vueltas del devanado del primario, N s el número de vueltas del secundario, V p la tensión aplicada en el primario, V s la obtenida en el secundario, I s la intensidad que llega al primario, I p la generada por el secundario y r t la relación de transformación.

Como observamos en este ejemplo si queremos ampliar la tensión en el secundario tenemos que poner más vueltas en el secundario (N s), pasa lo contrario si queremos reducir la tensión del secundario.

Tipos de transformadores eléctricos   

Hay muchos tipos de transformadores pero todos están basados en los mismos principios básicos, Pueden clasificarse en dos  grandes grupos de tipos básicos: transformadores de potencia y de medida.

Transformadores de potencia

Los transformadores eléctricos de potencia sirven para variar los valores de tensión de un circuito de corriente alterna, manteniendo su potencia. Como ya se ha explicado anteriormente en este recurso, su funcionamiento se basa en el fenómeno de la inducción electromagnética.

Transformadores eléctricos elevadores

Los transformadores eléctricos elevadores tienen la capacidad de aumentar el voltaje de salida en relación al voltaje de entrada. En estos transformadores el número de espiras del devanado secundario es mayor al del devanado primario.

Transformadores eléctricos reductores

Los transformadores eléctricos reductores tienen la capacidad de disminuir el voltaje de salida en relación al voltaje de entrada. En estos transformadores el número de espiras del devanado primario es mayor al secundario.

Podemos observar que cualquier transformador elevador puede actuar como reductor, si lo conectamos al revés, del mismo modo que un transformador reductor puede convertirse en elevador.

Autotransformadores

Se utilizan cuando es necesario cambiar el valor de un voltaje, pero en cantidades muy pequeñas. La solución consiste en montar las bobinas de manera sumatoria. La tensión, en este caso, no se introduciría en el devanado primario para salir por el secundario, sino que entra por un punto intermedio de la única bobina existente.

Esta tensión de entrada (V p) únicamente recorre un determinado número de espiras (N p), mientras que la tensión de salida (V s) tiene que recorrer la totalidad de las espiras (N s).

Transformadores de potencia con derivación

Son transformadores de elevación o reducción, es decir, elevadores o reductores, con un número de espiras que puede variarse según la necesidad. Este número de espiras se puede modificar siempre y cuando el transformador no esté en marcha. Normalmente la diferencia entre valores es del 2,5% y sirve para poder ajustar el transformador a su puesto de trabajo.

Transformadores eléctricos de medida

Sirven para variar los valores de grandes tensiones o intensidades para poderlas medir sin peligro.

Transformadores eléctricos de intensidad

El transformador de intensidad toma una muestra de la corriente de la línea a través del devanado primario y lo reduce hasta un nivel seguro para medirlo. Su devanado secundario está enrollado alrededor de un anillo de material ferromagnético y su primario está formado por un único conductor, que pasa por dentro del anillo.

El anillo recoge una pequeña muestra del flujo magnético de la línea primaria, que induce una tensión y hace circular una corriente por la bobina secundaria.

• Transformador eléctrico potencial

Se trata de una máquina con undevanado primario de alta tensión y uno secundario de baja tensión. Su única misión es facilitar una muestra del primero que pueda ser medida por los diferentes aparatos.

 Posibles conexiones de un transformador trifásico con la fuente de alimentación

Transformadores trifásicos

Debido a que el transporte y generación de electricidad se realiza de forma trifásica, se han construido transformadores de estas características.

Hay dos maneras de construirlos: una es mediante tres transformadores monofásicos y la otra con tres bobinas sobre un núcleo común.

Esta última opción es mejor debido a que es más pequeño, más ligero, más económico y ligeramente más eficiente.

La conexión de este transformador puede ser:

Estrella-estrella

Estrella-triángulo

Triángulo-estrella

Triángulo-triángulo

Transformador ideal y transformador real

En un transformador ideal, la potencia que tenemos en la entrada es igual a la potencia que tenemos en la salida, esto quiere decir que:

Pero en la realidad, en los transformadores reales existen pequeñas pérdidas que se manifiestan en forma de calor. Estas pérdidas las causan los materiales que componen un transformador eléctrico.

En los conductores de los devanados existe una resistencia al paso del corriente que tiene relación con la resistividad del material del cual están compuestos. Además, existen efectos por dispersión de flujo magnético en los devanados. Finalmente, hay que considerar los posibles efectos por histéresis o las corrientes de Foucault en el núcleo del transformador.

Pérdidas en los transformadores reales

Las diferentes pérdidas que tiene un transformador real son:

Pérdidas en el cobre:  Debidas a la resistencia propia del cobre al paso de la corriente

Pérdidas por corrientes parásitas: Son producidas por la resistencia que presenta el núcleo ferro magnético al ser atravesado por el flujo magnético.

Pérdidas por histéresis: Son provocadas por la diferencia en el recorrido de las líneas de campo magnético cuando circulan en diferente sentido cada medio ciclo.

Pérdidas a causa de los flujos de dispersión en el primario y en el secundario: Estos flujos provocan una auto inductancia en las bobinas primarias y secundarias.

Aplicaciones de los transformadores

Los transformadores son elementos muy utilizados en la red eléctrica.

Una vez generada la electricidad en el generador de las centrales, y antes de enviarla a la red, se utilizan los transformadores elevadores para elevar la tensión y reducir así las pérdidas en el transporte producidas por el efecto Joule. Una vez transportada se utilizan los transformadores reductores para darle a esta electricidad unos valores con los que podamos trabajar.

Los transformadores también son usados por la mayoría de electrodomésticos y aparatos electrónicos, ya que estos trabajan, normalmente, a tensiones de un valor inferior al suministrado por la red  

Por último hacer mención a que uno de los elementos de seguridad eléctrica del hogar utiliza transformadores. Se trata del diferencial . Este dispositivo utiliza transformadores para comparar la intensidad que entra con la que sale del hogar. Si la diferencia entre estos es mayor a 10 mA desconecta el circuito evitando que podamos sufrir lesiones.

MOTOR ELÉCTRICO

Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica mediante interacciones electromagnéticas. Algunos motores eléctricos son reversibles, pueden transformar energía mecánica en eléctrica funcionando como generadores.

Pueden funcionar conectados a una red de suministro eléctrico o a baterías.

Los motores de corriente alterna y los de corriente continua se basan en el mismo principio de funcionamiento, el cual establece que si un conductor por el que circula una corriente eléctrica se encuentra dentro de la acción de un campo magnético, éste tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético.

El conductor tiende a funcionar como un electromán debido a la corriente eléctrica que circula por el mismo adquiriendo así propiedades magnéticas, que provocan, debido a la interacción con los polos ubicados en el estator, el movimiento circular que se observa en el rotor del motor.

Partiendo del hecho de que cuando pasa corriente por un conductor produce un campo magnético, además si lo ponemos dentro de la acción de un campo magnético potente, el producto de la interacción de ambos campos magnéticos hace que el conductor tienda a desplazarse produciendo así la energía mecánica. Dicha energía es comunicada al exterior mediante un dispositivo llamado flecha.

Clasificación de los motores eléctricos:

-Motor de Corriente Continua (CC): se utiliza en casos en los que es importante el poder regular continuamente la velocidad del motor. Este tipo de motor debe de tener en el rotor y el estátor el mismo número de polos y el mismo numero de carbones. Los motores de corriente directa pueden ser de tres tipos:

• Serie
• Paralelo
• Mixto

-Motor de Corriente Alterna (CA): son aquellos motores eléctricos que funcionan con corriente alterna.Un motor eléctrico convierte la energía eléctrica en fuerzas de giro por medio de la acción mutua de los campos magnéticos.

-Motores asíncronos y síncronos.

Los motores asíncronos (motores de inducción), basan su funcionamiento en el efecto que produce un campo magnético alterno aplicado a un inductor o estátor sobre un rotor con una serie de espiras sin ninguna conexión externa sobre el que se inducen unas corrientes por el mismo efecto de un transformador.

Por lo tanto, en este sistema solo se necesita una conexión a la alimentación, que corresponde al estátor, eliminándose, por lo tanto, el sistema de escobillas que se precisa en otros tipos de motores.

Los motores síncronos están constituidos por un inducido que suele ser fijo, formando por lo tanto el estátor sobre el que se aplica una corriente alterna y por un inductor o rotor formado por un imán o electroimán que contiene un cierto número de pares de polos magnéticos. El campo variable del estátor hace girar al rotor a una velocidad fija y constante de sincronismo que depende de la frecuencia alterna aplicada. De ello deriva su denominación de síncronos.

-Motores de colector.

El problema de la regulación de la velocidad en los motores de corriente alterna y la mejora del factor de potencia han sido resueltos de manera adecuada con los motores de corriente alterna de colector. Según el número de fases de las corrientes alternas para los que están concebidos los motores de colector se clasifican en monofásicos y polifásicos, siendo los primeros los más utilizados. Los motores monofásicos de colector más utilizados son los motores en serie y los motores de repulsión.

TIPOS DE IMANES

TIPOS DE IMANES

ALGUNOS MATERIALES TIENEN MUCHOS ÁTOMOS CON FUERZA MAGNÉTICA. ESTOS ÁTOMOS SE ALINEAN DE MANERA QUE TODOS SUS POLOS APUNTAN EN LA MISMA DIRECCIÓN.

EXISTEN DOS TIPOS DE IMANES:

IMANES PERMANENTES:

TIENEN LA PROPIEDAD DE RETENER SU MAGNETISMO INDEFINIDAMENTE SIN PRECISAR PARA ELLO LA EXCITACIÓN DE CORRIENTE ELÉCTRICA, Y ELECTRO IMANES,CUYO MAGNETISMO DEPENDE DE LA ACCIÓN MAGNÉTICA DE LAS CORRIENTES ELÉCTRICAS. LOS IMANES PERMANENTES ESTÁN FABRICADOS CON ACERO TEMPLADO Y SUS ALEACIONES, Y LOS ELECTRO IMANES CON HIERRO DULCE Y ACERO SUAVE, QUE POSEEN UNA GRAN SENSIBILIDAD A LAS VARIACIONES DEL EFECTO MAGNÉTICO DE LAS CORRIENTES ELÉCTRICAS.

 IMANES PERMANENTES

ELECTROIMANES

IMANES NATURALES:

ESTÁN FORMADOS POR UN MINERAL DE HIERRO CONOCIDO EN METALURGIA CON EL NOMBRE DE MAGNETITA O PIEDRA IMÁN.

ley de joule

Ley de Joule  

James Prescott Joule

James Prescott Joule. Físico Británico (24/12/1818-11/10/1889)
Nació el 24 de diciembre de 1818 en Salford, Lancashire (Gran Bretaña)
Reconocido sobre todo por su investigación en electricidad y termodinámica. En el transcurso de sus investigaciones sobre el calor desprendido en un circuito eléctrico, formuló la actualmente conocida como ley de joule que establece que la cantidad de calor producida en un conductor por el paso de una corriente eléctrica cada segundo, es proporcional a la resistencia del conductor y al cuadrado de la intensidad de corriente. Logró determinar la relación numérica entre la energía térmica y la mecánica, o el equivalente mecánico del calor.  La unidad de energía denominada julio se llama así en su honor; equivale a 1 vatio-segundo.
 La ley de Joule afirma que: el calor que produce una corriente eléctrica al circular por un conductor es directamente proporcional al cuadrado de la intensidad de la corriente, a la resistencia y al tiempo que dura circulando la corriente.

Algunos  aparatos eléctricos que se basan de la ley de Joule para generar calor como planchas, secadoras de cabello, parrillas eléctricas etc.

ejemplo ejercicio