}DEi37.269i.2

%27L2676,L\qt5

El campo magnét¡co

Johannes G. Lang

MARCOMBO. S.A.

Título de Ia edición original en alemánDas magnetlsche Feld (PU 07)oor Johannes G. Lans'Si"*"n. Aktiengesellschaft, Berlín ¡Munich

O 1985 by Siemens Aktiengesellschaft, Berlín y Munich& MARCOMBO, S.A.

Gran Via de les Corts Catalanes, 59408007 Ba¡celona

Introducción

Lacorrienteeléctricavasiempfeacompañadadefenómenosmagnéticos.Esteefecto de la corriente

"r¿"t¡"u ¿"r"mpeña una función importante en casi todos

los aparatos y máquinas eléctricas'

El presente volumen del programa de enseñanza constituye una ayuda para

conocef oel campo magnético>'

Lamateriatratadaenestelibroseexponeendiversaslecciones.Enellassedescriben los múltiptes conceptos y lai relaciones que resultan de la genefa-

;ü;;;;""ción y la intensiñcación de un campo magnético'

En cada lección se plantea una pregunta que-el lector debe contestar' Al dorso

¿" ru n.¡" co.r"rponai"rrt" u ""du.inu

de ias lecciones encontrará, para control

propio, la resPuesta correcta'

Enelapéndicesedaunabreveexplicacióndelaterminologíautilizadaenestaobra.

No se permite la reproducción total o parcial deeste libro, ni el almacenamiento en un sistemade informática ni transmisión en cualquierforma o por cualquier medio, electrónico, mecánico,fotocopia, registro u otros métodos sin el permisoprevio y por escrito de los titulares del Copyright.

ISBN: 84-267-0588-X, MarcomboISBN: 3-80094807-9, Siemens AktiengesellschaftDepósito Legal: B; 29.190 - 1985Impreso en EspañaPrinted in SpainFotocomposición: Tecfa, S.A. Pedro IV, 160. 08005 Ba¡celonaImpresión: Grafesa, Nápoles, 249; 08013 Barcelona

Propiedades de los imanes Lección (L) IEntre los materiales ferromagnéticos que son atraídos por los imanes, figuranel hierro (acero o fundición de hierro), el níquel, el cobalto, determinadasaleaciones, como por ejemplo alnico (aluminio-níquel-cobalto), y óxidos mix-tos sinterizados (ferritas).

Mediante un tratamiento especial se pueden convertir las piezas de los mate-riales ferromagnéticos en imanes permanentes.

Los imanes más conocidos son los que tienen forma de barra o de herradura,así como las agujas de brújulas.

Todos los imanes tienen dos propiedades peculiares:

L. Atraen el hierro y lo retienen (efecto de fuerza).2. Si se pueden mover libremente, se sitúan en dirección norte-sur (efecto de

orientación).Este efecto de orientación, o direccional, se aplica en la brújula. Su aguja,colocada de modo que pueda girar, se orienta en el campo magnético de laTierra de tal forma que siempre la misma punta (por regla general, de colorazul) señala aproximadamente hacia el polo Norte geográfico. Esta parte dela aguja se denomina polo norte y, en consecuencia, el extremo opuesto recTbeel nombre de ...

Complete la frase

Picnse Si sabe la respuesta, escriba en su cuaderno (no en el libro) una R (respuesta)y el número de la lección correspondiente y, a continuación, la respuesta que crea opor-tuna. es decir: R 1..

Ahora es cuando debe comparar, para control propio, su respucsta con la solución co-rrecta R I

La respuesta escrita cn su cuaderno debiera scr análoga a la siguiente

RIPolo sur

Scguramente habrá razonado bicn y, por consiguicnte, cn su cuadcrno figurará la primcra rcspucstacorrccla Anote succsivamcntc del mismo modo las rcspucslas dc las lccciones siquienles

Polos magnéticos L2Si se introduce en un montón de limaduras de hierro un imán recto, éste lasatrae. En la siguiente figura se indica la distribución de las limaduras.

Los extremos del imán atraen gran cantidad de limaduras de hierro, mientrasque en el centro apenas hay. Los puntos de máxima atracción se denomln¿lnpolos del imán. En concordancia con su efecto de orientación, cada imán tieneun polo norte y otro sur-

Si se observa el comportamiento mutuo de dos imanes, se constata que suspolos ejercen fuerzas entre sí, como se indica en la figura siguiente.

Atracción

Repulsión

Enuncie, basándose en la figura anterior, la regla referente a la atrac-ción y repulsión de los polos de dos imanes y escríbala en su cua-derno.

S NS

S N N S

Imanes moleculares L3Si se divide por la mitad un imán recto, se forman nuevos polos opuestos en

el punto de separación, que anteriormente no existían. Cada uno de los dos

imanes parciales tiene un polo norte y otro sur.

Si se siguiese dividiendo el imán en partes cada vez más pequeñas, la partícula

menor que puede conseguirse por división ----es decir, la molécula- también

estaría magnetizada. A estas fracciones ínfimas se les ha dado el nombre de

imanes moleculares.

Por consiguiente, todos los materiales magnéticos están constituldos a base de

dichos imanes moleculares. Mientras los materiales no están imantados, los

imanes moleculares se encuentran en desorden, por 1o que no se exteriorizaefecto magnético alguno. Este se consigue aproximando un imán permanente

que magnetiza el material. Entonces se ordenan los imanes moleculares. ljnnúmero cadavez mayor de polos norte señalan en el mismo sentido, y el ma-

terial se vuelve magnético.

R2Los polos de distinto nombre (es decir el polo norte

Los polos de igual nombre (es decir, dos polos norte

y et sur) se atraen.

o dos sur) se repelen.

NS

S N S N

.-

¿,Qué proceso provoca la imantación en el material'J

Salu¡?ción m¡gnétic¡ y nágnetismo ¡emenente L 4

Cuanto nayor s€a el núnerc de imanes nolecülares orientados en un matenal'

tanto más intenso será su efecto m¡gnético. Si están o¡denados todos los ima_

nes ¡noleculares, es ¡mposible increnent¡r dicho efecto magnético En tal caso'

el mat rizl está magnéticM$te satw¿.to.Después de imartado, el aerc cons€Na bastante bien sus prcpi€dades ma8_

néticás. Sóto un porcentaj€ redúido de los imanes moleculares vu€lve a una

posición desordenada después de suprinir el electo magnetizante. La mayor

parte de los inanes noleculares pe¡manec€ o¡ientada debido al rozam¡e¡to

intemo. t¡s materiales que tienen esta propiedad se deññiaan ñagnética

Mateñal* Mp¿ticomente ál¿¡¡dd son aquellos qüe pie¡den la mayor parte

de su nagnelismo al supimir el €fecto nagnetizdte. El rczáÍi€nto inte¡no

e¡ dichos mat€.ial€s es débill los imanes moleculdes se pued€n ordenar @n

facilidad, p€ro también vuelven fácilmentc al estado de desorden Un material

magnéticam€nte blando es, Por €j€mplo, la chapa masnética. La Propiedadindicada hace que 106 material€s dagnéticamente bl¡ndos sean aproP¡ados, en-

R 3 tre otros fircs' para su empleo en transformadores'

El m¿gnetismo que queda etr un naterial después de su imantación se deno-

La imantación provoca la orientación de los inanes notecutares hacia un polo miña nagretismo rcMrcnte o remanencia. Mediaite vib¡aciones fuertes o ca-

norte común y un polo suf, tanbién común. lentamiento int€nso se pueden desofdenar, en parte o po¡ completo, los imanes

nol€culares en los matenales magnéticamente du¡os v blandos.

f--'l JDe oué forma se pueden debilitar las propiedades magnéticasde un

Llll imán p€rmanenter

lt, I I

R4El magnetismo de un imán permanente se pierde, parcialmente o por com-pleto, por vibraciones fuertes o calentamiento intenso.

El campo magnético L5El espacio en que actúan fuerzas magnéticas se denomina campo magnético.Este se forma, por ejemplo, entre los extremos de un imán recto o entre los

brazos de un imán en forma de herradura.

Al igual que los campos eléctricos, también es posible visualizar los magnéti-cos*. Si por encima de un imán se coloca un papel tensado en un marco y se

esparcen sobre él limaduras de hierro, éstas se ordenan, como consecuenciade la fuerza que actúa sobre ellas, formando líneas. Por este motivo, se hablade las líneas de fuerza o del campo magnético. Hay que imaginarse el espacio

alrededor del imán atravesado por líneas de fuerza.

En la figura se muestra la disposición de las limaduras de hierro en el campomaenético de un imán recto.

* Véase el volumen <El campo eléctrico" de esta misma colección

¿Cómo se representa el campo magnético alrededor de un imánrecto?

l2

-

l-t

R5El espacio alrededor del imán se considera atravesado por líneas de fuerza.

Flujo magnético L6Si se dibuja el resultado del experimento realizado con limaduras de hierro ydescrito en la lección 5, se obtiene la figura siguiente:

Las líneas a trazos indican el recorrido de las líneas de fuerza. Basta con di-bujar algunas de ellas para representar el campo magnético.

Las líneas de fuerza no sólo existen fuera del imán, sino que también recorrensu interior. De ello se deduce la siguiente regla:

Las líneas de fuerza de un campo magnético son cerradas.

Todas las líneas de fuerza de un campo constituyen el flujo magnético.

¿De qué hecho, indicado en una lección anterior, puede deducirseque también tiene que haber líneas de fuerza en el interior de unimán?

l.s

Prueba parcial I

Las preguntas de las pruebas parciales se refieren a la parte precedente del

Iibro. Si no sabe contestar correctamente a todas las preguntas de las pruebas

parciales, repase las materias correspondientes.

I ¿De qué forma se exterioriza el efecto de la fuerza de un imán?

2 ¿Cómo se explica la saturación de los materiales ferrornagnéticos?

3 ¿por qué los materiales magnéticamente blandos no son apropiados para

imanes permanentes?

R6Del hecho de que al dividir un imán resultan nuevos imanes (véase la lección3), o de que un imán está formado por imanes moleculares.

17l6

t9

Respuestas a la prueba parcial I

El imán atrae y retiene el hieno u otros materiales fenomagnéticos. (L 1)

Un material magnético está saturado cuando todos sus imanes molecularesse encuentran debidamente ordenados. (L 4)

3 Lot imanes moleculares de estos materiales se pueden mover con facilidad,por lo que pierden de nuevo su magnetismo. (L 4)

I2

Densidad de flujo magnético L7Los campos magnéticos ejercen fuerzas (véase la lección 2) que son tanto másintensas cuanto mayor sea el número de líneas de fuerza que contiene el campocorrespondiente, es decir, cuanto más juntas estén dichas líneas de fuerza.

La fuerza que actúa entre dos imanes rectos alcanza su valor máximo en lospolos (repulsión o atracción), porque el flujo magnético tiene en ellos su den-sidad máxima.

La densidad del flujo magnético expresa el efecto del campo. También se de-nomina inducción magnética.

La densidad del flujo indica el valor de la intensidad del flujo magnético que

atraviesa perpendicularmente la unidad de superficie (cm2 o m2).

¿Cómo varía la densidad del flujo magnético en el exterior de unimán recto a medida que aumenta la distancia con respecto a los po-

los?

l8

-

21

R7La densidad del flujo magnético se reduce a medida que aumenta la distancia.

Corriente eléctrica y campo magnético L8Para que se forme un campo magnético no es indispensable la existencia de

materiales magnéticos. Al circular una corriente eléctrica por un conductor se

forma un campo magnético, sin que se precise para ello un material ferro-magnético. Esto se demuestra con un sencillo experimento:

Si se hace circular una corriente continua porun alambre tendido convenientemente en sen-

tido horizontal. en dirección norte-sur, Ia

aguja de una brújula situada en las proximi-dades del alambre se desviará de su posiciónde reposo mientras circule la corriente. Sobre

la aguja de la brújula actúa una fuerza a lolargo de todo el alambre. De elio se deduce:

En las proximidades de un conductor por el

que posa una corriente eléctrica se forma uncampo magnético.

Para visualizar el campo magnético que se es-

tablece alrededor de un conductor por el que

circula una corriente eléctrica. se precisa una

corriente continua de20 a 50 ampere. El con-ductor se hace pasar perpendicularmente a

través de un cartón, sobre el que se esparcen

de manera uniforme limaduras de hierro. En-tonces se conecta la corriente y se dan unosgolpes suaves sobre el cartón. Inmediata-mente se ordenan las limaduras de hierro. Enla figura adyacente se muestra el resultado delexperimento descrito, visto desde arriba.

¿Cuál es la forma o recorrido de las líneas de fuerza, según puede

apreciarse en la figura?

20

(5-,

tt'

, rt,

Distribución del campo alrededor de un conductor L9Las líneas de fuerza de un conductor recto por el que circula una corrienteeléctrica, son círculos cuyo centro común se encuentra en el conductor.

Como el campo magnético se extiende a lo largo de todo el conductor, hayque imaginarse las líneas de fuerza muy juntas, casi formando tubos alrededordel conductor. En todos los conductores por los que circula una corriente eléc-trica

-incluso líquidos y gases- se forman campos magnéticos.

La densidad del flujo magnético alcanza su valor máximo en la superficie delconductor y disminuye a medida que aumenta la distancia con respecto a éste,siendo indiferente que el alambre esté provisto de una envoltura aislante o no,pues en los materiales que no son magnéticos se forma el campo magnético deforma aproximadamente igual a como ocurre en el aire.

La figura muestra las líneas de fuerza sólo enun plano perpendicular al conductor por elque circula la corriente eléctrica. La separa-ción entre ellas, que se incrementa de dentroa fuera, representa la disminución de la den-sidad del flujo magnético a medida que au-menta la distancia con resoecto al conductor.

\R8Las líneas de fuerza son circulares y concéntricas alrededor del conductor.

¿Qué propiedad de las líneas de fuerza se deduce de la representa-

óiOn O"l cimpo magnético de un imán o de un conductor por el que

circula una corriente eléctrica?

tl 23

Sentido del campo magnético L10

Si se desplaza la aguja de una brújula en una órbita circular alrededor del

conductoi por el que circula una corriente eléctrica de intensidad suficiente,

dicha aguja se colocará siempre perpendicularmente al radio, indicando así el

sentido de las líneas de fuerza.

R9La representacióncerradas.

del campo magnético indica que las líneas de fuerza sonPor convenio se ha fijado q:ue el polo norte de

en el sentido de las líneas de fuerza.la aguja de una brújt.rla señala

¿Cómo se puede determinar el sentido de un campo magnetlco me-

diante la aguja de una brújula?

)4 25

Sentido de la corriente L11

Si se observa bajo este supuesto la posición de la aguja de una brújula (según

la lección 8) alrededor de un conductor por el que circula una corriente eléc-

trica, se obtiene una relación entre el sentido de dicha corriente y el del campo

magnético.

Antes de analizar con más detalle esta relación, ha de tenerse en cuenta lo

siguiente:Al circular una corriente eléctrica se mueven electrones por el conductor. Ya

antes de descubrir la existencia de los electrones (alrededor del alo 1895), se

la corriente que circula del

fuente de e través del con-receptor, y I Polo negativo

r de retorno e la izquierda.)

Este <sentido convencional de la corriente> es el opuesto al del movimientofísico de los electrones.

Sent¡do convencionalde la corriente

+

Corrientede electrones

R10El poto norte de la aguja señala en el sentido del campo magnético. Fuente

deenergleléck¡cá

Lámpa-ra derncan-descencia

Lampa-ra deIncan-descencra

De ahora en adelante se utilizará el sentido convencional de la corriente

¿Qué posición adopta la aguja de una brújula situada entre los Polosde un imán de herradura dispuesta de modo que pueda moverse?

21J6

-

29

R11Laaguja adopta una posición tal que su polo norte señale hacia el polo sur derimán.

Indicación del sentido de la corriente Lr2Para caracterizar el sentido de circulación de la corriente en un dibujo, se uti-lizan dos símbolos: una cruz y un punto. Estos símbolos se derivan de unaflecha que señala en el sentido de la corriente.

Si se mira ¿n el sentido de circulación de la corriente. se ven las aletas deestabilización de la flecha, que se representan esquemáticamente mediante unacruz.

Si se mira enel sentido contrario al de circulación de la corriente, se ve la puntade fa flecha, que se representa mediante un punto.

En la figura siguiente se muestra la caracterización del sentido de la corriente,tomando como ejemplo dos conductores.

Corriente I

Corriente I

¿Cuál de las tres frases siguientes es correcta?

Las líneas de fuerza en los alrededores de un imán recto transcurren

del polo sur al norte,del polo norte al sur,en los dos sentidos, de un polo a otro.

a)b)c)

28

)

3

Prueba parcial2

¿Por qué es la densidad del flujo magnético (inducción magnética) unamagnitud importante para los campos magnéticos?

¿Se forman campos magnéticos también alrededor de conductores líquidosy gaseosos?

Las líneas de fuerza anulares se representan de tal modo que entre cadados anillos se supone que hay siempre el mismo número de ellas. Observela figura de Ia lección 13. ¿Deduce de ella que la densidad del flujo mag-nético

a) no varía,b) disminuye, oc) se incrementa,

a medida que aumenta la distancia respecto al conductor?

R12b) Las líneas de fuerza transcurren del polo norte al sur.

3l

L13Respuestas a la prueba Parcial2

Porque la densidad del flujo magnético expresa la intensidad de un campo

-ugnéti"o. Q 7)

Todo conductor por el que circula una corriente eléctrica, genera un campo

masnético. G 9)

3 b; disminuye. (L e)

Sentido de la corriente Y del campo

)

En la figura siguiente se muestra la relación que existe entre el sentido de

circulación de la corriente y el del campo magnético:

En lugar de la aguja de una brújula se ha dibujado en las líneas, de fuerza

anulaás una flecha, cuya punta indica el sentido de dichas líneas de fuetza.

si se mira en la dirección de circulación de Ia corriente, Ias líneas de

fuerza discurren alrededor del conductor en eI sentido de las agujas

del reloi.

Determine en la figura inferior el sentido de las Iíneas de fuerza y

transcriba el dibujo completo a su cuaderno'

¿'r\r'tI-/ i\/\.---l

-)L

33

3-s

R13

Regla del sacacorchos Lt4Para retener en la memoria la relación que existe entre el sentido de la co-

rriente y el del campo magnético, hay diversas reglas. Una de ellas es la <regla

del sacacorchos>.

Suponiendo que un sacacorchos se introduce en el conductor, avanzando enla dirección en que circula la corriente, su sentido de giro equivale al de laslíneas de fuerza.

¿Considera usted esencial el hecho de que en la figura corresPon-diente a la pregunta de la lección 13 sólo se hayan dibujado las líneasde fuerza anulares en un Dunto alrededor del conductor? Justifiquesu respuesta.

3.1

R14No; hay que imaginarse las líneas de fuerza muy juntas, distribuidas a todo lolargo del conductor, casi formando tubos.

Fuerzas entre los campos magnéticosde un imán y un conductor L15

El experimento descrito en la lección 2 muestra que los campos magnéticos de

imanes permanentes ejercen fuerzas entre sí. Sin embargo, también actúa una

fuerza cuando uno de los campos magnéticos se debe a un conductor por el

que circula una corriente eléctrica. Esto se pone de manifiesto en un experi-

mento sencillo:

En el campo magnético de un imán se introduce un conductor suspendido de

dos bandas metálicas finas.

Sentidoen que actÚala fuerza

Los dos tramos del conductor designados con los signos más (+) y menos (-)están unidos a los polos de una fuente de energía eléctrica. Tan pronto comocircula la corriente, actúan ambos campos magnéticos, y el conductor, quehasta ahora se encontraba en reposo. experimenta un desplazamiento repen-tino.

¿Qué efecto se ejerce sobre un conductor por el que circula una co-

rriente eléctrica en un campo magnético?

36 37

fuerza.

R15Sobre él actúa una

i

l

I

I

I

I

I

l

I

ii

Origen del efecto de la fuerza Lt6Para explicar el motivo por el que actúa dicha fuerza es preciso imaginarse el

campo magnético común, compuesto por el del conductor y el del imán

En las figuras de la izquierda y del centro se muestran los campos magnéticos

individuales, y en la de la derecha el <común>.

En este último se neutralizan total o parcialmente las líneas de fuerza del imán

y las del conductor, si discurren en senti or la

izquierda del conductor se debilita el ca co la

derecha). A la derecha del conductor las tie n-

tido que las del imán y, por tanto, se intensifica el campo magnético'

Sentidoen que actualafuerza

Campo magnéticocomún

Esta distribución desigual del campo magnético tiende a equilibrarse. Comolas líneas de fuerza intentan acortarse, el conductor móvil se desplaza de lazona con mayor intensidad del campo magnético hacia la del campo débil-

Este fenómeno se denomina efecto electrodinómico.

No olvide lo siguiente: (Jn conductor por el que circula una corriente eléctrica

es expulsado del campo magnético.

La fierza electrodinámica aumenta de forma proporcional a la densidad del

flujo magnético, a la intensidad de la corriente que circula por el conductor y

a la lonsitud eficaz de este último.

¿Qué dos posibilidades hay para que el conductor del experirnento

descrito en la lección 15 se mueva en sentido contrario?

39

4t

Regla de la mano izquierda L17

Para determinar el sentido en que actúa la fuerza se puede aplicar la <regla de

la mano izquierda>:

modo que las línea incidan

Ima de la mano Y tos (del

sentido de circulac I Pulgarindica la dirección del movimiento.

Movimiento Corriente Itlllrl

III

I

IR16Para que el conductor se mueva en sentido contrario

Intercambiar los polos norte y sur del imán, o biencorriente en el conductor.

hay dos posibilidades:

invertir el sentido de la

¿En qué sentido se desvía el conductor representado en la figura in-

i".loiUalo el efecto electrodinámico, según la "regla de la mano iz-

quierda>?

40

re

+-1

Fuerzas entre conductores portadores de corriente L18

Un efecto electrodinámico se establece también entre dos conductores por los

que circula la corriente eléctrica'

R17De acuerdo con la "regla de la mano izquierda", el conductor es expulsado delcampo magnético, es decir, se desvía hacia la derecha.

Cadaunadelasfigurasrepresentauncampomagnéticocomúnadosconduc-tores paralelos por los que pasa una corriente eléctrica'

si la corriente circula en sentidos opuestos, se intensifica el campo magnético

entre los conductores por discurrir las líneas de fuerza en el mismo sentido,

mientras que a la izquierda y a la derecha de los conductores se debilita el

campo deÉido "

qu" iu. líneas de fuerza discurren allí en sentidos opuestos.

Si la corriente circula ert el mismo sentido por ambos conductores, entre éstos

se debilita el campo magnético por discurrir las líneas de fuerza en sentidos

opuestos, mientrai que a"la izquiérda y a la,derecha de los conductores resulta

una intensificación dil campo áebido a que las líneas de fuerza tienen el mismo

sentido.

Como consecuencia de esta distribución desigual del campo magnético, resul-

tan fuerzas que actúan sobre los dos conductores'

¿Cómo se denominan las fuerzas que actúan entre conductores por

los que circula una corriente eléctrica?

.1')

I

R18Se denominan fuerzas electrodinámicas

Sentido de las fuerzas electrodinámicas Lt9Las fuerzas electrodinámicas son tanto mayores cuanto más alta sea la inten-sidad de la corriente que circula por cada uno de los conductores y cuanto másjuntos estén éstos. Por ello, es preciso sujetar bien las barras colectoras y los

devanados por los que circulan corrientes de alta intensidad, para que no se

deformen bajo la influencia de las fuerzas electrodinámicas.

Determine en las figuras de la lección 18 el sentido en que actúan las fuerzas

electrodinámicas, y complete las frases siguientes:

Si la corriente circula en el mismo sentido por dos conductores paralelos, éstos

Si la corriente circula en sentidos opuestos por dos conductores paralelos, éstos

Complete las dos frases anteriores y escríbalas en su cuaderno.

ti -15

Prueba parcial3

¿Cómo se llama la regla con la que se puede determinar el sentido en queactúa la fuerza sobre un conductor por el que circula una corriente eléctricaen un campo magnético?

¿Qué sabe usted sobre el comportamiento de los polos de imanes del mismonombre y de nombres distintos?

¿En qué sentido actúa la fuerza ejercida sobre un conductor que se en-cuentra en un campo magnético y por el que circula la corriente eléctrica?a) En el sentido de circulación de la corriente.

b) En el sentido contrario al de la circulación de la corriente.

c) Perpendicularmente al sentido de flujo de la corriente.

2

3

R19... se aproximan.... se separan.

+h 11

Respuestas a la prueba parcial3

Regla de la mano izquierda. (L 11 ¡

Los polos de igual nombre se repelen y los de nombres distintos seatraen. (L 17)

3 Lu frr".ru actúa en sentido perpendicular al conductor por el que circula lacorriente (L 16)

I2

Campo magnético en una espira L20De lo anteriormente expuesto puede deducirse que alrededor de un conductor,

por el que circula una corriente eléctrica, se forma un campo magnético que

se extiende a todo lo largo del conductor.

Sin embargo, los campos magnéticos de este tipo no tienen la intensidad su-

ficiente para fines técnicos. Se pueden intensificar aumentando la intensidad

de la corriente que circula por el conductor.

Concentrando las líneas de fierza también se consigue intensificar el campo

magnético. Si se dobla el conductor formando una espira, en la superficie de

ésta se concentran las líneas de fuerza e intensifican en ella el campo magné-

tico, como se muestra en la siguiente figura.

Dibuje en su cuaderno la figura dela derecha, que representa uncorte transversal de una espira porla que pasa la corriente eléctrica-

A continuación, indique

a) mediante flechas, el sentido enque discurren las líneas defuerza dibujadas a trazos, y

b) el motivo por el que se inten-sifica el campo magnético en elinterior de la espira.

\I

l'o')\.t___r'

49

Campo magnético en una bobina L2lEn la siguiente figura se muestra el campo magnético de una bobina formada

por varias espiras de hilo conductor.

t

R20a) Si la corriente circula en el sentido indicado en la

figura, las líneas de fuerza salen de la superficrede la espira por el lado izquierdo, discurren al-rededor del conductor v vuelven a su ounto departida.

b) La intensificación del campo magnético se debea que las líneas de fuerza tienen el mismo sentidoen el interior de la esoira.

I

\I

I

II

Los campos magnéticos de las diversas espiras se suman, formando el campo

magnético total de la bobina.

Este es muy concentrado y rectilíneo en el interior de la bobina. Las distancias

entre las diversas líneas de fuerza son iguales. Fuera de la bobina, las líneas

de fuerza se separan y se cierran formando un arco más o menos grande al-

rededor de la bobina. Por consiguiente, en el interior de ésta la densidad del

flujo magnético es mucho mayor que fuera de ella. Además, el campo mag-

nético en el interior es homogéneo.

Para dibujar el campo magnético de una bobina se utiliza la representación

simplificada de la figura siguiente, siendo arbitrario el número de líneas de

fuerza.

--;l---l_--.

¿Quéformatieneelimáncuyaslíneasdefuerzacoincidenconlasde una bobina?

-51-50

Determinación de los polos de una bobina L22

Por consiguiente, el campo magnético de una bobina es similar al de un imán

recto. En este último, el punto de salida de las líneas de fuerza se consideracomo polo norte, y el de entrada como polo sur.

Los puntos de salida y de entrada de las líneas de fuerza de una bobina por laque circula una corriente eléctrica, es decir, los polos norte y sur, se puedendeterminar fácilmente mediante la regla de las aguias del reloi:

Si la corriente circula en el mismo sentido que las agujas del reloj se mira sobre

el polo sur de la bobina.

Si la corriente circula en el sentido contrario al de las agujas del reloj, se mirasobre el polo norte de la bobina.

R21Las líneas de fuerza de un imán rectode una bobina (véase la lección 6).

(en forma de barra) coinciden con las

Determine, en la bo-bina representada en

la figura de [a dere-cha, la posición delos polos norte y sur,y dibuje la figuracompleta en su cua-derno.

Armazónde la bobina

Arrollamiento

52-53

Unidad para el flujo magnético L23Las llneas de fuerza de una bobina por la que circula una corriente eléctricaconstituyen el flujo magnético, del mismo modo que las líneas de fuerza de unimán permanente que salen de un polo.

Como símbolo del flujo magnético se emplea Ia letra griega mayúscula <D (fi).

La unidad correspondiente en el sistema internacional (SI) es el weber (Wb).En lugar de la denominación weber se utiliza también la de volt segundo (Vs).

LWb=1VsUna unidad, actualmente en desuso, del flujo magnético es el maxwell (M).

Entre esta unidad antigua y las usuales en la actualidad existe la siguiente re-lación:

1Wb=lVs=ldMI M : 10-8 Vs = 10-8 Wb

K-22

54

Exprese en weber el flujo magnético Q de 4 ' 104 maxwell.

55

57

R23<D:4.104M

= 4. 10a tvt. tO a ItM

:4.10-4Wb

Unidad para la densidad del flujo magnético L24Para un campo magnético homogéneo resulta fácil calcular la densidad delflujo magnético:

Densidad del flujo : Flujo magnético

Sección transversal del campo

oB:A

Para la densidad del flujo magnético se utiliza el símbolo B.

La unidad de la densidad del flujo es el tesla (T).

Itesla:lweber/m2

Antiguamente se utilizaba como unidad de la densidad del flujo magnético elgauss (G).

1G = 1 M/cm2

Entre las unidades antiguas y las actuales existe la siguiente relación:

lwb t08M Mt T: ^ "i : 104 ^'^- : 104GI m' 10" cm' cm'

Ejemplo de cálculo

Datos: Flujo magnético O : 4' 10 4 Wb

Sección transversal del campo magnético A = 8 cm2

Determinar: La densidad del flujo magnético, expresada en tesla yen gauss.

56

R24

Solución:oB:A

4 . 10-4 Wb

8 . 10-a m2

:0,57:0,5.IdG: 5000 G

58

Bobina con núcleo ferromagnético L25Mediante un núcleo de material ferromagnético se puede incrementar consr-derablemente el flujo magnético de una bobina sin necesidad de aumentar laintensidad de la corriente ni el número de espiras.

El motivo por el que aumenta el flujo magnético estriba en la orientación delos imanes moleculares en el material del núcleo, debida al campo magnéticode la bobina. Los imanes moleculares intensifican el campo magnético ya exis-tente, pudiéndose multiplicar el flujo magnético si se emplean materiales apro-piados para el núcleo.

El factor de incremento se denomina permeabilidad relativa. Su símbolo es ¡r,.

Ur expresa el factor en que aumenta el flujo magnético al introducir en la bo-bina un núcleo del material correspondiente, con relación a la bobina con nú-cleo de aire.

El valor numérico de ¡,r' depende de la clase de material. Para el aire u otrosmateriales no magnéticos tL : 1, mientras que para los materiales magnéticospuede alcanzar valores muy altos, como se indica en la tabla siguiente:

Material

Chapa magnéticaMetal Mu (aleación de Ni, Fe, Cu y Cr)Aleación f040 (de Ni, Fe, Cu y Mo)

50m - 800045 000

100 m0

El valor de ¡r" para los materiales magnéticos depende de la corriente de iman-tación.

Una bobina larga por la que circula una corriente continua genera,

sin núcleo de hierro, un flujo magnético de 50. 10-" Wb.

Al introducir un núcleo de hierro, el flujo magnético aumenta a

4 . 10 3 Wb, permaneciendo constante la intensidad de la corriente.

¿Cuál es la permeabilidad relativa de esta bobina?

R25

Solución: ¡r' Flujo magnético sin núcleo magnético

4. 10-3 wb50.10 "wb

6 : 8000

Estaspropiedadesmagnéticasdelosmaterialesferromagnéticosencuentrangran aplicación en la electrotecnia'

Deestosmaterialessefabricanlaspartesmagnéticasdelasmáquinaseléctri-cas. Dichas piezas son macizas o

"tián constituidas por cbapas apiladas'

Los transformadores trenen núcleos de chapas apiladas, mientras que los nú-

Jeos empleados en alta frecuencia se fabrican de polvo de hierro prensado cr

de ferritas (véase la lección 1)'

6l

Prueba final

Si ha trabajado bien hasta el momento, seguramente le resultará fácil encontrarla respuesta correcta a las preguntas siguientes. compare a continuación susrespuestas con las indicadas en la página 64.

I ¿Q"e materiales puede atraer un imán?a) Hierro (acero o fundición de hierro).b) Metales no férricos, por ejemplo, níquel, cobalto.c) Metaloides.

2 ¿En qué se distinguen los polos de un imán permanente?

3 ¿Cómo se representa el campo magnético que se forma alrededor de unimán recto?

4 Puru generar campos magnéticos,a) se necesitan siempre materiales ferromagnéticos,b) se puede prescindir de ellos?

5 ¿Hasta qué partícula mínima se puede dividir un material sin que pierdasus propiedades magnéticas?

6 Al insertar bolas de material ferromagnético en un conductor recto porel que circula una corriente eléctrica,a) ¿se intensifica el campo magnético por incrementarse el flujo debido

al material ferromagnético,b) permanece invariable?

7 ¿Qué se caracteriza con el sentido de una línea de fuerza?a) Su sentido de movimiento.b) Su sentido de orientación.

8 Si r" utiliza la .regla de la mano izquierda, para determinar el sentidoen que actúa la fuerza sobre un conductor por el que circula una corrienteeléctrica en un campo magnético, el dedo pulgar señalaa) el sentido de actuación de la fuerza,b) el sentido de flujo de la corriente,c) el sentido del campo magnético.¿Cuál de estas respuestas es correcta?

6l

r¡,.,

-

()3

9 Supóngase que sobre un núcleo común hay colocadas dos bobinas de igual

constitución que pueden desplazarse. Por ellas circulan en el mismo sen-

tido sendas corrientes de igual intensidad.

¿La frterua electromagnética hace que

a) las bobinas se atraigan.b) se repelan?

10 Urt"O tiene dos barras de hierro de igual apariencia. Sin otro medio a su

disposición, ¿cómo puede averiguar si son dos imanes?

1l ¿Significa el adjetivo .ferromagnético> que el material correspondientecontiene necesariamente hierro?

12 ¿Aumenta el flujo magnético de una bobinaa) si sólo se incrementa la intensidad de la corriente que fluye por ella,

ob) si sólo se eleva el número de espiras?

13 ¿aue se entiende por permeabilidad relativa de un material?

14 ¿aué unidad se emplea para el flujo magnético?

15 ¿aué ventaja ofrece el empleo de un núcleo ferromagnético en lo que

respecta al campo magnético de una bobina?

16 Un" bobina sin núcleo, por la que circula una corriente de intensidad1 : 0,1 A, crea un campo mag¡rético con una densidad de flujo de 50 ' 10 a

tesla y, utilizando un núcleo ferromagnético, una densidad de flujo de

1,2 tesla. Al triplicar la intensidad de la corriente aumenta Ia densidad

del flujo magnético en la bobina exenta de núcleo a un valor de 150' 10- a

tesla, es decir, en un 200 Vo, y en la bobina proüsta de núcleo a 1,5 tesla,

es decir, sólo en un25 Vo.

¿A qué se debe esta diferencia en el incremento de la densidad del flujomaenético?

Respuestas para la prueba final

I Lo. imanes atraen a todos los materiales ferromagnéticos. Los indicadosen a) y b) son ferromagnéticos; a este grupo pertenecen también las fe-rritas, aunque no son metales. (L 1)

2 to" polos se distinguen por ser los puntos de máxima fuerza de atracciónde materiales ferromasnéticos. (L 2)

3 El espacio que rodea el imán recto se considera atravesado por líneas de

fiierza. (L 4)

4 p. posible generar campos magnéticos sin emplear materialesferromagnéticos. (L 8)

5 Lu. partículas más pequenas son las moléculas, denominadas en este caso

imanes moleculares. (L 2)

aumenta el flujo magnético con respecto al(L 25)

magnético se utilizan las unidades: weber, volt segundo o(L 23)

15 vr"oi ar considerable-

ment de aumentar la

inten Q25)

16 rior bobina provista de núcleo se debe

ma lmo, que imPide que siga aumen-

del Q 4)

13 rt expresa el factor en que

alre.

14 Putu el flujomaxwell.

6

7

8

9

a) Se intensifica (con arreglo a la permeabilidad relativa). (L25)

b) Se caracteriza el sentido de orientación. (L 13)

a) El pulgar señala en la dirección en que actúa la fuerza. (L 17)

a) En el caso descrito quedan enfrentados los polos diferentes, por loque las bobinas se atraen (L 2, L22\

10 S" colocan las dos barras una junto a otra. Si se observa alguna repulsiónen una u otra posición, las barras son rmanes.

11 No; también hay materiales ferromagnéticos que no contienen hierro, ta-

les como el níquel y el cobalto. (L l)

12 ü y b). El flujo magnético de la bobina aumenta en ambos casos.(L 16)

6+

SSN NS

N

65

Apéndice

Definiciones

Aislantes

Aleación

Corriente alterna

Corriente continua

Dinámico

Electrones

Estabilización

Ferrita

Ferromagnético

Gauss

Homogéneo

Maxwell

Oxido

Permeabilidad

Remanencia

66

Materiales de conductibilidad eléctrica reducida onula (Lección tl)

Material formado por fusión de varios metales(Lección 1)

Corriente eléctrica con variación periódica desentido lLección 4)

Corriente eléctrica de sentido constante (Lec-ción 8)

En movimiento (Lección l6)

Partículas de electricidad de tamaño mínimo(Lección ll)

Establecimiento del equilibrio (Lección 12)

Palabra derivada de ferrum len latín : hierro)(Lección 1)

Magnético como el hierro (Lección 1)

Karl Friedrich Gauss (1777-1855), físico alemán(Lección 24)

Uniforme, en el mismo sentido (Lección 2l)

James C. Maxwell (1831-1879), físico inglés (Lec-ción 23)

Combinación de un elemento con oxígeno (Lec-ción 1)

Conductibilidad magnética (Lección 25)

Magnetismo remanente (palabra de origen latino)(Lección 4)

SI

Sinterizar

Tesla

Transformador

Weber

Abreviatura de <Systéme International d'Uni-tés> : Sistema Internacional de Unidades

Aglomerar materiales en estado pastoso a unatemperatura algo inferior a[ punto de fusión (Lec-ción 1)

Nicola Tesla (1856-1943), físico croata (Lec-ción 24)

Aparato para transformar energía eléctrica (Lec-ción 4)

Withelm Weber (1804-1891), físico alemán (Lec-ción 23)

n/

h'i