Download Magnetismo - Liceo Industrial "Domingo Matte Pérez"

LICEO DOMINGO MATTE PEREZ
TERCER AÑO C DE FORMACIÓN DUAL
Profesor: Hernán
Cáceres Mejías
GUIA DE TRABAJO
MODULO: CIRCUITOS ELECTROTECNICOS BASICOS Y
MANTENIMIENTO DE LOS SISTEMAS DE CARGA Y ARRANQUE
MAGNETISMO Y ELECTROMAGENETISMO
UNIDAD. Sistema de carga del vehículo
Aprendizaje esperado. Aplica e interpreta las funciones de transformación
y generación de corriente eléctrica, asociadas a fenómenos electromagnéticos y
electroquímicos
INSTRUCCIONES GENERALES
1. Lea el apunte
2. Investigue en internet mayor información
3. Anote y desarrolle el cuestionario en Word
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Magnetismo
Origen del magnetismo
La mayor parte de los aparatos eléctricos dependen directa o indirectamente del
magnetismo, sin el, el mundo eléctrico que hoy conocemos no existiría. Actualmente hay
poquísimos aparatos eléctricos que no hagan uso del electromagnetismo.
Imanes naturales
El fenómeno del magnetismo fue descubierto por los chinos alrededor del 2637 AC. Los
imanes usados en sus brújulas primitivas se llamaban piedras guías. Actualmente
sabemos qué tales imanes eran pedazos de un mineral de hierro llamado magnetita.
Como la magnetita tiene propiedades magnéticas en su estado natural, se le clasifica
entre los imanes naturales. El otro imán es la tierra misma. Todos los demás imanes son
hechos por el hombre y se denominan imanes artificiales.
Campos magnéticos
Todo imán tiene dos puntos opuestos que atraen con mayor facilidad pedacitos de hierro.
Estos puntos se denominan polos del imán: el polo norte y el polo sur. De la misma
manera que las cargas eléctricas del mismo signo se repelen y que las cargas de signos
contrarios se atraen, los polos magnéticos del mismo signo se repelen y los de signo
distintos se atraen.
Es evidente que un imán atrae un trocito de hierro a causa de alguna fuerza que existe
alrededor del imán. Esta fuerza se llama campo magnético. Aunque a simple vista es
invisible, se puede demostrar la fuerza que existe espolvoreando limaduras de hierro
sobre una hoja de vidrio o papel colocada sobre un imán con forma de barra como se
muestra en la figura a. Si se le dan golpecitos suave a la hoja, las limaduras se moverán
para dar un diseño específico que describe las líneas del campo de fuerza alrededor del
imán. El campo esta formado por líneas de fuerzas que parecen salir del imán por el polo
norte, recorre el aire que rodea el imán y entran a este por el polo sur para formar una
trayectoria o circuito cerrado de fuerza. Cuanto mas fuerte sea el imán, mayor será el
número de líneas de fuerza y el área cubierta por el campo.
A fin de visualizar el campo magnético sin las limaduras de hierro, en la figura b se
demuestra el campo como líneas de fuerza. La dirección de las líneas fuera del imán
muestra la trayectoria que siguen en dicho campo, se repelen por el polo norte del imán y
atraídas por el polo sur.
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Flujo magnético
La totalidad del grupo de líneas del campo magnético que salen del polo norte de un imán
se llama flujo magnético. El símbolo del flujo magnético es la letra griega minúscula
(phi).
La unidad Si del flujo magnético es el Weber (Wb). Un weber es igual a 1 X 10 elevado a
8 líneas de campo magnético. Como el weber es grande para los campos comunes, se
usa el microweber (u Wb; 1u Wb = 1 X 10 elevado a la menos 6).
Ejemplo 1. Si un flujo magnético
tiene 3000 líneas, encuéntrese el número de
microweber. Conviértase el número de líneas en microweber.
Densidad de flujo magnético B
La densidad de flujo magnético es el flujo magnético por unida de área de una sedición
perpendicular a la dirección del flujo. La ecuación de la densidad de flujo magnético es:
En la cual
B = densidad de flujo magnético en tesla (T)
= Flujo magnético en Wb
A = área en metros cuadrados (m2)
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Vemos que la unidad SI de B es el Weber por metro cuadrado (Wb/m2). Un Weber por
metro cuadrado se llama un tesla.
Materiales magnéticos
Los materiales magnéticos son aquellos que pueden ser atraídos por un imán y que, a su
vez, pueden ser magnetizados. El hierro y el acero son los materiales magnéticos más
comunes. Los imanes permanentes se hacen con materiales magnéticos duros, como el
acero al cobalto, que conservan su magnetismo al retirárseles el campo. Un imán
temporal es el que no tiene la capacidad de conservarse magnetizado al retirársele el
campo magnetizador.
La permeabilidad magnética se refiere a la capacidad que tiene un material magnético
de concentrar el flujo magnético.
Cualquier material que se magnetice fácilmente tiene una permeabilidad elevada. La
medida de la permeabilidad de los materiales con referencia a la del aire o el vació se
llama permeabilidad relativa. El símbolo de la permeabilidad relativa es u (mu), en el que
el subíndice r indica relativa u, no tiene unidades porque es el cociente de dos densidades
de flujo, así que las unidades se cancelan.
La clasificación de los materiales como magnéticos o no magnéticos se basa en las
intensas propiedades magnéticas del hierro. Sin embargo, como los materiales
débilmente magnéticos pueden tener importancia en algunas aplicaciones, la clasificación
incluye tres grupos:
1. Materiales ferromagnéticos: Éstos incluyen al hierro, acero, niquel, cobalto y
aleaciones comerciales como el alnico y permalloy. Las ferritas son materiales
magnéticos que tienen las mismas propiedades ferromagnéticas que el hierro. Una
ferrita es un material cerámico. La permeabilidad de las ferritas se encuentran en la
región de 50 a 3000. Una aplicación común de las ferritas es su empleo como núcleo
en los centros de devanado de los transformadores de radiofrecuencia (RF).
2. Materiales paramagnéticos: En éstos se incluyen el aluminio, platino, manganeso y
cromo. Su permeabilidad relativa es ligeramente mayor que 1.
3. Materiales diamagnéticos: En éstos se encuentran el bismuto, antimonio, cobre,
zinc, mercurio, oro y plata. Su permeabilidad relativa es mayor que 1.
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Electromagnetismo
En 1819 el científico danés Oersted descubrió una relación entre el magnetismo y la
corriente eléctrica. Encontró que una corriente eléctrica que circula por un conductor
produce un campo magnético alrededor de éste. Las limaduras de hierro de la figura 9-2
a, forman anillos concéntricos alrededor del conductor, revelando la presencia del campo
magnético al circular corriente por el alambre. Cada sección del alambre tiene en su
alrededor este campo de fuerza en un plano perpendicular al alambre (Fig. 9-2 b). La
intensidad del campo magnético alrededor de un conductor depende de la corriente que
pasa por éste. Una corriente grande producirá solo unas cuantas líneas cerca del alambre
(Fig. 9-3).
Polaridad del campo magnético de un conductor
La regla de la mano derecha es un medio fácil de determinar la relación entre el flujo de
corriente en un conductor (alambre) y la dirección de las líneas de fuerzas magnética
alrededor de él. Tómese el alambre portador de al corriente con la mano derecha,
extendiendo el pulgar a lo largo del alambre y los otros cuatro dedos a su alrededor. Si el
pulgar apunta en la dirección de la corriente en el alambre, los otros dedos estarán
apuntando en la dirección de las líneas de fuerza alrededor del conductor (Fig. 9-4).
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Suma y resta de los campos magnéticos
La figura 9-5 muestra los campos magnéticos de los conductores paralelos con corriente
en direcciones opuestas. La cruz en el centro del campo del conductor de la figura 9-5 a
simboliza la cola de una flecha, que indica que la corriente entra en el papel. (Piénsese en
las plumas de la cola de una flecha que se aleja del observador).
El punto (Fig. 9-5 b), simboliza la corriente que sale del papel. (En este caso, la punta de
la flecha apuntando hacia el observador). Aplicando la regla de la mano derecha se
determina la dirección del campo en el sentido de las manecillas del reloj (Fig. 9-5 a) y el
campo del conductor en la dirección contraria a las manecillas del reloj (Fig. 9-5 b). Como
las líneas magnéticas entre los conductores están en la misma dirección, los campos se
suman y producen un campo resultante mas intenso. En el interior de los conductores los
dos campos tienen direcciones opuestas y tienden a cancelarse.
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Campo magnético y polaridad de una bobina
Si un conductor recto se dobla dándole la forma de espira, se producen dos efectos.
Primero, las líneas del campo magnético son mas densas dentro de la espira, auque el
número total de líneas es el mismo que para el conductor recto. Segundo, todas las líneas
en el interior de la espira se suman por tener la misma dirección.
Una bobina de alambre conductor, se forma si hay más de una espira o vuelta. Para
determinar la polaridad magnética de una bobona, úsese la regla de la mano derecha. Si
la bobina se toma con la mano derecha y los dedos se doblan en la dirección en la que
circula la corriente en la bobina, el pulgar apunta al polo norte de esta.
La inserción de un núcleo de hierro en el interior de la bobina aumenta la densidad de
flujo. La polaridad del núcleo es la misma que la polaridad de la bobina. La polaridad
depende de la dirección del flujo de la corriente y de la dirección del devanado o arrollado.
El flujo de la corriente va del lado positivo de la fuente de voltaje, pasando por la bobina,
hasta la terminal negativa de la fuente (Fig. 9-7). El polo norte se identifica usando la regla
de la mano derecha.
Ejemplo 9-3
Determínese la polaridad magnética de los electroimanes ilustrados (Fig.
9-8) por medio de la regla de la mano derecha.
Las polaridades correctas se encierran en un círculo. Nótese que A tiene la misma
dirección del devanado y de la corriente que en la figura 9-7. En B, la polaridad de la
batería es opuesta a la de A para invertir la dirección de la corriente. En C, la dirección del
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devanado es contraria a la de A, mientras que en D es contraria a la de
B.
Aplicación de los electroimanes
Si se coloca una barra de hierro o de acero dulce en el campo magnético de una bobina
(Fig. 9-9), la barra se magnetizará. Si el campo magnético es suficientemente intenso, la
barra será atraída al interior de la bobina hasta que este mas o menos centrada en el
campo magnético.
Los electroimanes se emplean mucho
en los aparatos eléctricos. Unas de las
aplicaciones más simples y más común
es en un relé o relevador. Al cerrarse el
interruptor S en le circuito de un relé
(Fig. 9-10), fluye corriente en la bobina y
se produce un campo magnético
intenso a su alrededor. La barra de
hierro dulce en el circuito de la lámpara
es atraída hacia el extremo derecho del
electroimán y hace contacto con el
conductor en A. Por consiguiente, se
completa un camino para el paso de la corriente en el circuito de la lámpara L. Cuando se
abre el interruptor, cesa el flujo de corriente en el electroimán y el campo magnético
desaparece. En este momento deja de existir la fuerza de atracción de la barra de hierro
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dulce por el electroimán; por ello, la barra de hierro deja de hacer contacto, al jalarle el
resorte de acero al cual esta fijada. Esto hace que el contacto en A se abra y que el
circuito de la lámpara se interrumpa.
Cuestionario
123456-
¿Que es el campo magnético?
¿Cómo se puede visualizar un campo magnético a través de un iman?
¿Que es el flujo magnético?
¿A que es igual 1 weber?
Defina densidad de flujo magnético.
¿Con que letra o símbolo se representa :
• Densidad de flujo magnético en tesla
• Flujo magnético en Wb
7- ¿Cuáles son los materiales magnéticos?
8- ¿Qué es un imán temporal?
9- ¿Qué es la permeabilidad magnética?
10- Defina e indique ejemplos
- Materiales Ferromagnéticos.
- Materiales Paramagnéticos.
- Materiales Diamagnéticos.
11- ¿Cuál fue el descubrimiento del científico danés Oersted?
12- ¿De que depende la intensidad del campo magnético alrededor de un conductor?
13- ¿Para que sirve la regla de la mano derecha?
14- ¿Por qué las líneas del campo magnético son mas densas en una espira (Bobina)
que en un conductor?
15- ¿Qué sucede si colocamos un núcleo de hierro en el interior de la bobina?
16- Mencione 5 aplicaciones del electromagnetismo en el automóvil
17- Explique el funcionamiento de un rele usado en automovil
PROPUESTA DE EVALUACIÓN
1. Cuestionario.
Se evaluara:
-
Presentación
-
Dibujos y esquemas
9
Atentamente
Jefatura Técnica
10