Electromagnetismo

Si bien los imanes permanentes producen un campo magnético estático bueno y, a veces, muy fuerte, en algunas aplicaciones la fuerza de este campo magnético aún es demasiado débil o necesitamos poder controlar la cantidad de flujo magnético que está presente. Entonces, para producir un campo magnético mucho más fuerte y controlable, necesitamos usar electricidad.

Mediante el uso de bobinas de alambre envueltas o enrolladas alrededor de un material magnético blando, como un núcleo de hierro, podemos producir electroimanes muy fuertes para su uso en muchos tipos diferentes de aplicaciones eléctricas. Este uso de bobinas de alambre produce una relación entre la electricidad y el magnetismo que nos da otra forma de magnetismo llamada electromagnetismo.

El electromagnetismo se produce cuando una corriente eléctrica fluye a través de un conductor simple, como una longitud de alambre o cable, y cuando la corriente pasa por todo el conductor, se crea un campo magnético a lo largo de todo el conductor. El pequeño campo magnético creado alrededor del conductor tiene una dirección definida y los polos «Norte» y «Sur» producidos están determinados por la dirección de la corriente eléctrica que fluye a través del conductor.

Por tanto, es necesario establecer una relación entre la corriente que fluye a través del conductor y el campo magnético resultante producido a su alrededor por este flujo de corriente que nos permita definir la relación que existe entre Electricidad y Magnetismo en forma de Electromagnetismo.

Hemos establecido que cuando una corriente eléctrica fluye a través de un conductor se produce un campo electromagnético circular a su alrededor con las líneas magnéticas de flujo formando bucles completos que no se cruzan en toda la longitud del conductor.

La dirección de rotación de este campo magnético está gobernada por la dirección de la corriente que fluye a través del conductor, siendo el campo magnético correspondiente producido más fuerte cerca del centro del conductor portador de corriente. Esto se debe a que la longitud de la trayectoria de los bucles es mayor cuanto más se alejan del conductor, lo que da como resultado líneas de flujo más débiles, como se muestra a continuación.

Campo magnético alrededor de un conductor

Una forma sencilla de determinar la dirección del campo magnético alrededor del conductor es considerar atornillar un tornillo de madera ordinario en una hoja de papel. Cuando el tornillo entra en el papel, la acción de rotación es EN SENTIDO HORARIO y la única parte del tornillo que es visible sobre el papel es la cabeza del tornillo.

Si el tornillo para madera tiene un diseño de cabeza tipo pozidriv o philips, la cruz en la cabeza será visible y es esta cruz la que se usa para indicar que la corriente fluye «hacia» el papel y lejos del observador.

Asimismo, la acción de retirar el tornillo es la inversa, en sentido antihorario. Cuando la corriente entra desde la parte superior, deja la parte inferior del papel y la única parte del tornillo de madera que es visible desde abajo es la punta o la punta del tornillo y es este punto el que se utiliza para indicar que la corriente fluye «hacia fuera». de ”el papel y hacia el observador.

Luego, la acción física de atornillar el tornillo de madera hacia adentro y hacia afuera del papel indica la dirección de la corriente en el conductor y, por lo tanto, la dirección de rotación del campo electromagnético a su alrededor, como se muestra a continuación. Este concepto se conoce generalmente comola Acción de tornillo aderecha.

La acción del tornillo de la mano derecha

Un campo magnético implica la existencia de dos polos, un norte y un sur. La polaridad de un conductor portador de corriente se puede establecer dibujando las letras mayúsculas S y N y luego agregando puntas de flecha al extremo libre de las letras como se muestra arriba, dando una representación visual de la dirección del campo magnético.

Otro concepto más familiar que determina tanto la dirección del flujo de corriente como la dirección resultante del flujo magnético alrededor del conductor se llama «Regla de la mano izquierda».

Regla de la mano izquierda del electromagnetismo

La dirección reconocida de un campo magnético es de su polo norte a su polo sur. Esta dirección se puede deducir sosteniendo el conductor portador de corriente en su mano izquierda con el pulgar extendido apuntando en la dirección del flujo de electrones de negativo a positivo.

La posición de los dedos colocados a través y alrededor del conductor ahora apuntará en la dirección de las líneas de fuerza magnéticas generadas como se muestra.

Si la dirección del electrón que fluye a través del conductor se invierte, la mano izquierda deberá colocarse en el otro lado del conductor con el pulgar apuntando en la nueva dirección del flujo de corriente de electrones.

Además, a medida que la corriente se invierte, la dirección del campo magnético producido alrededor del conductor también se invertirá porque, como hemos dicho anteriormente, la dirección del campo magnético depende de la dirección del flujo de corriente.

Esta «regla de la mano izquierda» también se puede utilizar para determinar la dirección magnética de los polos en una bobina electromagnética. Esta vez, los dedos apuntan en la dirección del flujo de electrones de negativo a positivo, mientras que el pulgar extendido indica la dirección del polo norte. Hay una variación en esta regla llamada «regla de la mano derecha» que se basa en el llamado flujo de corriente convencional (de positivo a negativo).

Considere cuándo se dobla un solo trozo de alambre recto en forma de un solo bucle, como se muestra a continuación. Aunque la corriente eléctrica fluye en la misma dirección a lo largo de todo el cable conductor, fluirá en direcciones opuestas a través del papel. Esto se debe a que la corriente sale del papel por un lado y entra en el papel por el otro, por lo que se producen un campo en el sentido de las agujas del reloj y un campo en el sentido contrario a las agujas del reloj uno al lado del otro en la hoja de papel.

El espacio resultante entre estos dos conductores se convierte en un campo magnético «intensificado» con las líneas de fuerza extendiéndose de tal manera que asumen la forma de una barra magnética generando un polo norte y sur distintivo en el punto de intersección.

Electromagnetismo alrededor de un bucle

Líneas de fuerza alrededor del bucle

La corriente que fluye a través de los dos conductores paralelos del bucle está en direcciones opuestas, ya que la corriente a través del bucle sale por el lado izquierdo y regresa por el lado derecho. Esto da como resultado que el campo magnético alrededor de cada conductor dentro del bucle esté en la “MISMA” dirección entre sí.

Las líneas de fuerza resultantes generadas por la corriente que fluye a través del bucle se oponen entre sí en el espacio entre los dos conductores donde los dos polos iguales se encuentran, deformando así las líneas de fuerza alrededor de cada conductor como se muestra.

Sin embargo, la distorsión del flujo magnético entre los dos conductores da como resultado una intensidad del campo magnético en la unión central donde las líneas de fuerza se acercan entre sí. La interacción resultante entre los dos campos similares produce una fuerza mecánica entre los dos conductores cuando intentan repeler el uno del otro. En una máquina eléctrica, este repeler estos dos campos magnéticos produce movimiento.

Sin embargo, como los conductores no pueden moverse, los dos campos magnéticos se ayudan entre sí generando un polo norte y un polo sur a lo largo de esta línea de interacción. Esto da como resultado que el campo magnético sea más fuerte en el medio entre los dos conductores. La intensidad del campo magnético alrededor del conductor es proporcional a la distancia del conductor y a la cantidad de corriente que fluye a través de él.

El campo magnético generado alrededor de un tramo recto de cable conductor de corriente es muy débil incluso con una alta corriente que lo atraviesa. Sin embargo, si varios bucles del cable se enrollan juntos a lo largo del mismo eje produciendo una bobina de cable, el campo magnético resultante se volverá aún más concentrado y más fuerte que el de un solo bucle. Esto produce una bobina electromagnética más comúnmente llamada solenoide.

Entonces, cada tramo de cable tiene el efecto de electromagnetismo a su alrededor cuando una corriente eléctrica fluye a través de él. La dirección del campo magnético depende de la dirección del flujo de corriente. Podemos aumentar la fuerza del campo magnético generado formando la longitud del cable en una bobina y veremos este efecto con más detalle en el próximo tutorial.