tema 4

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TEMA 4

ELECTROMAGNETISMO

Conceptos básicos de electromagnetismo2

� Magnetismo: propiedad que poseen los imanes para atraer acierto elementos como el hierro u otros materialesferromagnéticos.

� Magnetita: material natural de color negro que posee lapropiedad de atraer objetos metálicos.

� Los imanes tienen dos polos magnéticos (polo norte y polo sur).

� Los polos magnéticos son indivisibles: al romper un imánobtenemos dos imanes con sus polos norte y sur cada uno.

� Característica de los imanes:

� Los polos del mismo signo (norte o sur) se repelen.

� Los polos del distinto signo (norte y sur) se atraen.

� Campos magnéticos: zonas próximas al imán donde seproducen los fenómenos magnéticos de atracción y repulsión.

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Líneas de fuerza3

� Líneas de fuerza: representación gráfica del campomagnético.

� Son líneas cerradas.

� Sentido de las líneas de fuerza de un imán:

� Fuera del imán: del polo norte al polo sur.

� Dentro del imán: del polo sur al polo norte.

Flujo magnético4

� Flujo magnético: cantidad de líneas de fuerza de un campo magnético.

�A mayor número de líneas de fuerza, mayor flujo magnético.

�A menor número de líneas de fuerza, menor flujo magnético.

� Representación del flujo magnético: Φ (fi).

� Unidad del flujo magnético en SI: weber (Wb).

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Inducción magnética5

� Inducción magnética (B): cantidad deflujo magnético por unidad de superficie.

� Inducción magnética (B): número delíneas de fuerza que pasanperpendicularmente por unidad desuperficie.

� También denominada densidad de flujomagnético.

� Unidad de la inducción magnética: tesla (T).

� Fórmula de la inducción magnética:

� Φ: flujo magnético (Wb).

� S: superficie (m2). SB

Φ=

Permeabilidad magnética6

� Permeabilidad magnética: capacidad de los materiales deincrementar las líneas de fuerza de un campo magnéticocuando están dentro del campo.

� Tipos de permeabilidad:

� Permeabilidad absoluta (µ):

� B: inducción magnética (T).

� H: intensidad de campo magnético (A·vuelta/m).

� N: número de vueltas.

� I: Intensidad de corriente (A).

� L: longitud (m).

� Permeabilidad relativa (µr): permeabilidad de unmaterial respecto de las características magnéticas del aireo del vacío (µo).

� Permeabilidad del aire o vacío (µo): valor constante.

H

B=µ

L

INH

·=

o

r

µ

µµ =

mHo

/10·47−= πµ

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Propiedades magnéticas de la materia7

� Clasificación de los materiales desde el punto de vista magnético:

� Materiales ferromagnéticos: materiales fuertemente atraídos por el campo magnético.

� Fuerza de atracción muy intensa.

� Materiales paramagnéticos: materiales atraídos por el campo magnético.

� Fuerza de atracción de 1ooo a 1oooooo veces menor que los ferromagnéticos.

� Materiales diamagnéticos: materiales débilmente atraídos por el campo magnético.

� El comportamiento magnético de los materiales se basa en:

� La estructura interna de la materia.

� La circulación de los electrones en sus órbitas.

� El movimiento del electrón sobre su propio eje (simula una corriente y un campo magnético).

El electromagnetismo8

� Hace 2 siglos, se consideraba que la electricidad y el magnetismo notenían relación.

� En 1819, el físico y químico Oersted comprobó la relación entre lacorriente eléctrica y el magnetismo.

� Experimento de Oersted:

� Hacer pasar una corriente eléctrica por un conductor y aproximarlo auna brújula.

� La brújula cambia de dirección al aproximar el conductor.

� Conclusión del experimento de Oersted:

� Aparición de un campo magnético asociado a la corriente eléctricaque circula por el conductor.

� Demostración de la relación entre la corriente eléctrica y elmagnetismo.

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Campo magnético creado por un conductor9

� Las líneas de fuerza del campo magnético creado porun conductor son circulares y concéntricas alconductor.

� El campo magnético es perpendicular al campoeléctrico en cada punto.

� El campo eléctrico en el conductor determina ladirección de desplazamiento de la corriente eléctrica.

� Las cargas eléctricas o electrones en movimientocrean un campo magnético a su alrededor.

� El sentido de las líneas de fuerza del campomagnético viene dado por la regla de la mano derechao regla del sacacorchos:

� El pulgar indica el sentido de la corriente eléctrica.

� El resto de los dedos indica el sentido del campomagnético.

Campo magnético creado por una bobina10

� Bobina o solenoide: conjunto de espirascolocadas paralelamente.

� Las bobinas están compuestas por una omás capas de hilo conductor (cobre)recubierto por una capa de esmalte paraevitar el contacto eléctrico entre losconductores y producir un cortocircuito.

� El campo magnético de una bobina es lasuma del campo magnético producido porlas espiras de la bobina.

� La bobina basa su funcionamiento en losfenómenos magnéticos y eléctricos.

� Al circular una corriente por las espiras deuna bobina se crea un campo magnético.

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Ley de Faraday. Inducción electromagnética11

� Inducción electromagnética: generación de unacorriente eléctrica a partir de un campo magnético variable.

� La inducción electromagnética fue descubierta por MichaelFaraday y Joseph Henry.

� Experimento de Joseph Henry:

� Colocar un conductor de un circuito eléctrico dentro deun campo magnético.

� Si el flujo a través del circuito es variable en el tiempo.

� Se produce una corriente en el circuito.

� La corriente produce una fuerza electromotriz inducida.

� El valor de la fuerza electromotriz inducida depende dela variación del flujo del campo magnético con el tiempo.

� El signo negativo indica el sentido de la corrienteinducida.

tV

Φ−=


� Experimento de Michael Faraday:

� Dos bobinas colocadas cerca, pero sin tocarse.

� Una bobina tiene conectada una batería.

� La otra bobina tiene conectada un galvanómetro.

� Si la bobina se conectada de forma intermitente a labatería, el galvanómetro detectaba corriente.

� Al conectar o desconectar la batería, el galvanómetrodetectaba corriente.

� Si la bobina estaba conectada a la bateríaindefinidamente, el galvanómetro no detectaba corriente.

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� Conclusiones del experimento de Michael Faraday:

� La variación del flujo magnético producido en labobina se produce en la conexión y en ladesconexión de la batería.

� La variación de flujo en la bobina produce unacorriente eléctrica en la otra bobina, detectada porel galvanómetro.

� Ley de Faraday:

� La variación de flujo magnético induce corrienteeléctrica en un circuito cortado por las líneas defuerza del campo magnético.

Compatibilidad electromagnética: inmunidad y emisividad

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� Compatibilidad electromagnética (CEM o EMC): ramade las telecomunicaciones encargada de las interferenciasentre equipos eléctricos y electrónicos.

� Compatibilidad electromagnética (CEM o EMC):capacidad de un aparato, equipo o sistema para funcionar sinprovocar perturbaciones electromagnéticas sobre los objetosde su entorno.

� Inmunidad o susceptibilidad electromagnética:capacidad de un dispositivo para operar adecuadamente sinsufrir interferencias electromagnéticas de otros dispositivos.

� Emisiones electromagnéticas: interferencias creadas porun dispositivo que pueden afectar a otros dispositivos de suentorno.

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El coeficiente de autoinducción y las bobinas*

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� El campo magnético creado por una bobina conectada a un generador puede inducir una corriente eléctrica en otra bobina próxima.

� Fuerza electromotriz de autoinducción: fuerza electromotriz generada por el campo magnético de la propia bobina.

� Una bobina recorrida por una corriente eléctrica variable, genera un campo magnético variable.

� El campo magnético variable genera una fuerza electromotriz en la propia bobina.

� Autoinducción: inducción magnética producida por una corriente variable en su propio circuito.

� La variación de flujo magnético en una bobina provoca la inducción de corriente eléctrica en la propia bobina.

El coeficiente de autoinducción16

� Inductancia o coeficiente de autoinducción (L): relaciónentre el flujo magnético () y la intensidad de la corriente eléctrica(I) en una bobina o inductor.

� La unidad de la inductancia: henrio (H).

� Otras unidades de medida:

� Milihenrio (mH) = 0,001 H

� Microhenrio (µH) = 0,000001 H

� Fórmula de la inductancia:

� N: número de espiras de la bobina.

� I: intensidad de corriente eléctrica (A).

� Φ: flujo magnético (Wb).

I

NL

Φ=

·

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El coeficiente de autoinducción17

� El coeficiente de autoinducción depende de las dimensiones y los materiales de la bobina:

� µ: permeabilidad del núcleo de la bobina.

� N: número de espiras de la bobina.

� S: área transversal del núcleo.

� ℓ: longitud de la bobina.

l

SNL

··2µ

=

La bobina18

� Bobina: elemento con dos terminales que generaun flujo magnético al pasar una corriente eléctricapor ella.

� La bobina almacena energía en forma de campomagnético.

� Se usa en circuito electrónicos.

� La unidad de la bobina es el henrio (H).

� Símbolos de la bobina:

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Tipos de bobinas y aplicaciones19

� Los diversos tipos de bobinas se distingue por:

� El núcleo de las bobinas.

� El tipo de arrollamiento de las bobinas.

� Principal clasificación de las bobinas:

� Bobinas fijas.

� Bobinas variables.

� Bobina blindada: bobina encerrada en una cubiertametálica cilíndrica o cuadrada para limitar su flujomagnético.

� La bobinas blindadas pueden ser fijas o variables.

Bobinas fijas20

� Bobina fija: bobina de valor de inductancia fijo.

Bobina con núcleo de aire

El conductor se arrolla sobre un soporte y luego se retira.Tiene aspecto de muelle.Pueden tener tomas intermedias, que se consideran como 2 o más bobinas en serie sobre un mismo soporte.Se usan para frecuencias elevadas.

Bobina con núcleo sólido

Valores de inductancia más altos por su permeabilidad magnética elevada.El núcleo es de material ferromagnético(ferrita y ferroxcube)

Bobina de nido de abeja

Altos valores inductivos en un volumen mínimo debido a la forma de bobinado.Se usan en circuitos sintonizadores de aparatos de radio de onda media y larga.

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Bobinas fijas21

Bobina de ferrita

Bobinas arrolladas sobre un núcleo de ferrita.De forma cilíndrica.Aplicación en radio.Desde el punto de vista práctico, permite ser usada como antena, colocándola directamente en el receptor.

Bobina de núcleo toroidal

El flujo creado no se dispersa hacia el exterior debido a su forma.Crea un flujo magnético cerrado.Tienen un gran rendimiento y precisión.

Bobinas variables22

� Bobina variable: bobina cuyo valor de inductancia sepuede ajustar entre cero y un valor máximo.

� Símbolo de una bobina variable:

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Identificación de las bobinas comerciales23

� Las bobinas se identifican mediante un código decolores similar al de los resistores.

� La mayoría de las bobinas se fabrican expresamentepara el circuito en que se van a aplicar.

� Algunos fabricantes comercializan bobinas que seidentifican con el código de colores.

� El valor nominal de las bobinas se expresa enmilihenrios (mH).

Código de colores de las bobinas24

Color 1ª Cifra 2ª Cifra Multiplicador Tolerancia

Negro 0 0 x 1

Marrón 1 1 x 10 ± 1%

Rojo 2 2 x 100 ± 2%

Naranja 3 3 x 1000 ± 3%

Amarrillo 4 4 x 10000

Verde 5 5 x 100000

Azul 6 6 x 1000000

Violeta 7 7 x 10000000

Gris 8 8

Blanco 9 9

Oro x 0,1 ± 5%

Plata x 0,01 ± 10%

Ninguno ± 20%

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Asociación de bobinas25

� En un circuito pueden conectarse bobinas en serie,en paralelo o de forma mixta.

� Las asociaciones de bobinas tienen como objetivoconseguir un coeficiente de autoinducción Ldeterminado, que no se puede obtener con lasbobinas comerciales normalizadas.

Asociación de bobinas en serie26

� La conexión de bobinas en serie es igual que laconexión en serie de resistores.

� Inductancia equivalente (Leq) o total (LT)para una asociación serie: suma de lasinductancias de todas las bobinas.

Leq = L1 + L2 + L3

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Asociación de bobinas en paralelo27

� La conexión de bobinas en paraleloes igual que la conexión en paralelode resistores.

� Inductancia equivalente (Leq)o total (LT) para unaasociación paralelo: inversa dela suma de las inversa de lasinductancias de las bobinas.

� Cálculo de la inductancia total enuna asociación en paralelo de dosbobinas.

321

1111

LLLLT

++=

21

21·

LL

LLL

T

+=

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