Campos Magn©ticos debido a Corrientes El©ctricas

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  1. 1. Campos Magnticos debido a corrientes elctricas [Escriba aqu una descripcin breve del documento. Normalmente, una descripcin breve es un resumen corto del contenido del documento. Escriba aqu una descripcin breve del documento. Normalmente, una descripcin breve es un resumen corto del contenido del documento.]
  2. 2. Campos Magnticos debido a corrientes elctricas El campo magntico producido puede analizarse para su estudio como si se tratara del campo creado por un imn, de tal manera que sea posible obtener su espectro y observar sus defectos. El campo magntico es producido por la corriente elctrica que circula por un conductor; cuando la corriente elctrica esta fluyendo se produce un campo magntico pero cuando sta deja de fluir desaparece el campo; al dos campos interactuar se produce un movimiento en el objeto ya que estos despegan fuerzas que producen el mismo. Para determinar la expresin del campo magntico producido por una corriente se emplean dos leyes: la ley de Biot-Savart y la ley de Ampere. Una corriente que circula por un conductor genera un campo magntico alrededor del mismo. La direccin y el sentido del campo magntico alrededor de un conductor se determinan por la regla del tirabuzn. La misma consiste en imaginar un tirabuzn que avanza representando a la corriente. Para hacerlo debe moverse girando en un determinado sentido. Ese es el sentido del campo magntico alrededor del conductor. Un campo magntico tiene dos fuentes que lo originan. Una de ellas es una corriente elctrica de conduccin, que da lugar a un campo magntico esttico. Por otro lado una corriente de desplazamiento origina un campo magntico variante en el tiempo, incluso aunque aquella sea estacionaria. La relacin entre el campo magntico y una corriente elctrica est dada por la ley de Ampere. El caso ms general, que incluye a la corriente de desplazamiento, lo da la ley de Ampere-Maxwell.
  3. 3. Experimento de Oersted 1 forma Un conductor, por el que se hace circular la corriente y bajo el cual se sita una brjula. 2 forma Este segundo experimento es igual en todo el anterior, pero sustituyendo el puente y conductor un-filiar por una bobina al aire, colocando la brjula en el centro de la bobina, conseguimos aumentar el campo magntico, y los efectos son ms visibles. "Schweigger" con un experimento parecido descubri el "multiplicador" conducente a los aparatos de medida, lo que nos demuestra que los avances siguen un camino preparado y basado en las investigaciones precedentes. Si retrocedemos al tiempo, de aquel contexto, veremos a los investigadores manipulando innumerables veces, tanto la barra frotada como los imanes, la brjula y los conductores, con el afn de descubrir alguna relacin entre magnetismo y electricidad. Los fenmenos de la electricidad esttica, tenan analoga con los producidos por el magnetismo, pero no se haba podido hallar una interaccin entre ambas energas, o sea, que la electricidad produjera magnetismo o el magnetismo electricidad. La transmisin por conductores era un punto en comn entre las dos electricidades, pero haba que encontrar efectos magnticos en la nueva electricidad, con la esperanza de que fuera el nexo de unin entre magnetismo y electricidad. Cuando Oersted observo que la brjula se mova al circular una corriente por un conductor prximo a ella, no le fue fcil interpretarlo, poda ser este movimiento por la misma electricidad, y no por el magnetismo?, porque la electricidad tambin mueve la brjula cuando se le aproxima una carga esttica, por ejemplo, la de una barra frotada.
  4. 4. Por este motivo tampoco hoy da podemos decir, est claro, que, en el experimento de Oersted, la aguja imantada se mueve reaccionando a fenmenos magnticos. La solucin vino de la observacin, la brjula se comporta de diferente manera, ante un campo de electricidad esttica, que ante un imn; puesto que cuando aproximamos la barra electrizada a la brjula, la atrae, sin diferenciar los polos magnticos de dicha brjula (lo mismo por el polo norte que por el sur que por el centro), a diferencia de lo que sucede cuando se le aproxima un imn, este atrae a la brjula, orientndola en sentido inverso de sus respectivas polaridades y al invertir el imn, la brjula gira 180, ofreciendo el otro polo. La brjula en el experimento de Oersted responde a este ltimo criterio, se orienta como influenciada por un campo magntico que se ha creado, y si invertimos los polos de la fuente de alimentacin, al cambiar con ello el sentido del campo magntico la brjula gira 180, quedaba claro por primera vez la relacin entre magnetismo y electricidad Posteriormente, se busc una respuesta de induccin elctrica por el magnetismo, creyendo en la reversibilidad del experimento de Oersted y con la esperanza de producir electricidad por el magnetismo, tampoco fue fcil, ya que cuando aquellos precursores del conocimiento actual aproximaban un imn a un conductor, la insignificante electricidad que se induca era inconmensurable. La solucin fue aumentar la cantidad de conductor que iba a ser influido por el campo magntico, empleando bobinas, para que los efectos fueran apreciables. Por ello se llam multiplicadores a las primeras bobinas diseadas con tal objeto. Regla de la mano derecha Primera ley de la mano derecha Si un cable conductor est en un campo magntico, se ejerce una fuerza sobre el cable de una magnitud dada por la siguiente frmula: F = iBLsen Donde: i = corriente que circula por el cable B = campo magntico L = longitud del cable = ngulo entre la direccin de la corriente y la direccin del campo magntico, como se muestra en la figura 1. Si por el cable circula una corriente (i) en el sentido que muestra el dedo pulgar en la figura y el campo magntico (B) tiene el sentido que muestra el dedo ndice, se ejercer sobre el cable que conduce la corriente (i) una fuerza (F) que tiene la direccin mostrada por el dedo medio. En el caso que existiesen N cables en presencia de un campo magntico, la fuerza magntica inducida ser la fuerza en un cable multiplicado por N. Por lo tanto la frmula ser: F = NiBLsen
  5. 5. Segunda ley de la mano derecha Cuando una corriente alterna o corriente continua viaja por un conductor (cable), genera a su alrededor un efecto no visible llamado campo electromagntico. Este campo forma unos crculos alrededor del cable como se muestra en la figura 2. Hay crculos cerca y lejos del cable en forma simultnea. El campo magntico es ms intenso cuanto ms cerca est del cable y esta intensidad disminuye conforme se aleja de l, hasta que su efecto es nulo. Se puede encontrar el sentido que tiene el flujo magntico si se conoce la direccin que tiene la corriente en el cable y se utiliza la Segunda ley de la mano derecha. En la imagen se puede ver cmo se obtiene el sentido del campo magntico con la ayuda de la segunda ley de la mano derecha Este efecto es muy fcil visualizar en corriente continua. La frmula para obtener el campo magntico en un conductor largo es: B = mI/(2 p d ) Donde: - B: campo magntico - - m: es la permeabilidad del aire - - I: corriente por el cable - p: Pi = 3.1416 - d: distancia desde el cable. Si existieran N cables juntos el campo magntico resultante sera: B = N m I/(2 p d) El campo magntico en el centro de una bobina de N espiras circulares es: B = N m I/(2R) Donde: R es el radio de la espira Nota: es importante mencionar que:
  6. 6. - Una corriente en un conductor genera un campo magntico. - Un campo magntico genera una corriente en un conductor. Sin embargo, las aplicaciones ms conocidas utilizan corriente alterna. Por ejemplo: - Las bobinas; donde la energa se almacena como campo magntico. - Los transformadores; donde la corriente alterna genera un campo magntico alterno en el bobinado primario, que induce en el bobinado secundario otro campo magntico que a su vez causa una corriente, que es la corriente alterna de salida del transformador. Aplicaciones La regla de la mano derecha, aparte de presentar un protocolo constante, tambin ofrece un prctico instrumento armnico aplicable en muchas reas, que incluye la manufactura. Muchas mquinas y procesos industriales observan este orden para ejes, vectores y movimientos axiales, incluye la Robtica, en sus 12 movimientos fundamentales se aplica esta regla. Ley de Ampere El flujo del campo magntico se define de manera anloga al flujo del campo elctrico. Flujo del campo magntico El flujo del campo magntico m a travs de una superficie se define: donde dS es un vector perpendicular a la superficie en cada punto.
  7. 7. Como las lneas del campo magntico son cerradas (no existen monopolos), el flujo a travs de cualquier superficie cerrada es nulo: Por tanto, al contrario de lo que ocurra con la ley de Gauss, el flujo del campo magntico no puede emplearse para calcular campos magnticos. Ley de Ampre La ley que nos permite calcular campos magnticos a partir de las corrientes elctricas es la Ley de Ampre. Fue descubierta por Andr - Marie Ampre en 1826 y se enuncia: La integral del primer miembro es la circulacin o integral de lnea del campo magntico a lo largo de una trayectoria cerrada, y: 0 es la permeabilidad del vaco dl es un vector tangente a la trayectoria elegida en cada punto IT es la corriente neta que atraviesa la superficie delimitada por la trayectoria, yser positiva o negativa segn el sentido con el que atraviese a la superficie.
  8. 8. Campo magntico creado por un hilo infinito Como aplicacin de la ley de Ampre, a continuacin se calcula el campo creado por un hilo infinito por el que circula una corriente I a una distancia r del mismo. Las lneas del campo magntico tendrn el sentido dado por la regla de la mano derecha para la expresin general del campo creado por una corriente, por lo que sus lneas de campo sern circunferencias centradas en el hilo, como se muestra en la parte izquierda de la siguiente figura. Para aplicar la ley de Ampre se utiliza por tanto una circunferencia centrada en el hilo de radio r. Los vector