Aplicaciones del electromgnetismo

- Un electroimán es una bobina o solenoide (un trozo de alambre enrollado por el que circula corriente), que actúa igual que un imán creando un polo Norte y un polo Sur. Si en el interior de la bobina colocamos un trozo de hierro obtenemos un campo magnético más intenso. El lado del imán donde salen las lineas de campo es el polo norte. Cuando cortamos la corriente eléctrica desaparece el campo magnético.

La principal ventaja de un electroimán sobre un imán permanente es que el campo magnético podemos variarlo controlando la cantidad de corriente eléctrica. Sin embargo, se necesita una fuente continua de energía eléctrica para mantener el campo magnético.

El electroiman tiene multitud de aplicaciones, en grúas para cargar chatarra, en separación de metales, en relés de circuitos eléctricos, en el timbre, en telégrafos,en los motores de arranque,…

- Un motor eléctrico es una máquina que produce movimiento a partir de una corriente eléctrica. Transforma la energía eléctrica en energía cinética.

Si colocamos una bobina rectangular por la que circula una corriente eléctrica en el interior de un campo magnético uniforme, la espira experimentará un giro debido a la aparición de un par de fuerzas. Si la espira se conecta a un eje, podremos convertir la energía eléctrica que circula por la espira en energía cinética.

Los motores eléctricos se utilizan para provocar desplazamientos: el tren eléctrico, un coche eléctrico, una batidora, un ventilador, …

- Un timbre eléctrico es un dispositivo consta de un circuito eléctrico compuesto por una pila o generador, un interruptor y un electroimán. El electroimán está unido a una pieza metálica llamada martillo, que golpea una campana pequeña.

Al cerrar el interruptor, la corriente circula por el  electroimán y este crea un campo magnético que atrae la armadura y hace que el martillo, que está  soldado a la armadura, golpee la campana produciendo un sonido.

Para conseguir que el martillo golpee la campana repetidamente mientras el interruptor esté cerrado, y no una sola vez, se sitúa un contacto eléctrico (tornillo) en la armadura que actúa como un interruptor. Así, cuando la armadura es atraída por el electroimán, se interrumpe el contacto, cesa la corriente en el electroimán y la armadura retrocede a su posición original. Allí vuelve a establecerse el contacto eléctrico, con lo que el electroimán vuelve a atraer a la armadura, y así sucesivamente. Golpeando el martillo repetidas veces a la campana.

- El tren de levitación magnética también conocido como Maglev, es un sistema de transporte ferroviario en el cual el tren levita sobre una via sustentado por campos magnéticos.

Este método tiene la ventaja de ser más rápido, silencioso y suave que los sistemas de transporte sobre ruedas. Ademas al ser menor el rozamiento ya que no existe contacto físico entre el raíl y el tren, este sistema ferroviario puede alcanzar velocidades  de hasta 600 km/h.

Como inconveniente destaca el alto coste de las líneas, lo que ha limitado su uso comercial.

- Un galvanómetro es un dispositivo formado por varias espiras que llevan acoplada una aguja imantada. La espira está en el interior de un campo magnético creado por un imán. Cuando el circuito está abierto, no pasa corriente por el aparato y la aguja imantada señala el cero de la escala. Cuando hay corriente eléctrica, las cargas recorren las espiras creando otro imán que  gira, y de esta manera la aguja imantada se desplaza sobre una escala. Si la corriente eléctrica es mayor, el desplazamiento de la aguja será mayor.

Si en el circuito lo colocamos es serie, mide la diferencia de potencial, actúa como voltímetro. Si lo colocamos en paralelo, mide la intensidad de corriente eléctrica, actúa como amperímetro.

- Un transformador eléctrico es un aparato que transforma la corriente alterna de 220 v a corriente continua comprendida entre los 3 V y los 25 V, que es la que utilizan la mayoría de los circuitos electrónicos. Normalmente funcionan con pilas o baterías, pero cuando los conectamos a la red necesitamos transformadores.

El transformador consta de un núcleo formado por un bloque compacto de hierro o de ferrita, en el que se enrollan dos bobinas. Uno de los arrollamientos se conecta a la corriente alterna, llamado primario. Al pasar la corriente  por este primer arrollamiento,  genera un campo magnético alrededor del núcleo de hierro. Dicho campo magnético es variable, pues ha sido creado por una corriente alterna, y dará lugar a la generación de corrientes inducidas en el segundo arrollamiento, llamado secundario.

V1/V2 = N1/N2

El transformador puede utilizarse para elevar el voltaje (transformador elevador) o para reducirlo (transformador reductor).

En general, los transformadores que usamos en casa son reductores: el voltaje de salida es menor que el de entrada (220 V).

- Una dinamo o alternador es un generador eléctrico que hace la transformación contraria del motor eléctrico, transforma la energía cinética del movimiento, en energía eléctrica.

Si disponemos de un campo magnético variable, es decir, hacemos girar una espira de alambre de cobre  entre los dos polos de un imán, surge una corriente eléctrica. Esta es la principal fuente para generar electricidad.

La corriente continua es producida por una dinamo. Las espiras de hilo de cobre  se hacen girar entre los polos de un imán permanente. Cuando las espiras pasan junto al polo norte del imán, corta las líneas magnéticas que éste genera, induciéndose una corriente en las espiras. Si sigue girando cuando la espira pasa frente a la zona neutra, la corriente desaparece hasta que la espira se aproxima al polo sur, donde se vuelve a inducir una corriente de sentido contrario. Las espiras van sujetas al armazón y conectadas a un colector que se comporta como un conmutador y hace que la corriente tenga una única dirección.

La corriente alterna es generada por un alternador. Si hacemos girar las espiras de alambre de cobre por entre los polos de un imán, aparece una corriente eléctrica en la espira, que puede ser recogida por dos anillos de latón. Estos anillos están montados sobre el eje y aislados entre sí. Cada uno de estos anillos está conectado a un extremo de la espira. La corriente recogida, de esta forma, está cambiando constantemente de dirección: cada vez que el rotor gira media vuelta, el alambre positivo se convierte en negativo y viceversa, por este motivo esta corriente recibe el nombre de alterna.

La corriente alterna producida depende de la velocidad de rotación de la espira. En Europa la frecuencia de la corriente alterna es de 50 Hz.

Campo magnético terrestre

En 1600, William Gilbert descubrió que el planeta Tierra actuaba como un gran imán con el polo Sur magnético próximo al polo Norte geográfico, y, con el polo Norte magnético cerca del polo sur geográfico. Los polos del campo magnético generado no coinciden exactamente con los polos geográficos, están desviados unos 3º hacia el oeste si medimos desde Madrid. Este ángulo se denomina declinación magnética.

Aunque hay varias teorías se cree que el campo magnético terrestre es generado por el efecto dinamo. En el núcleo terrestre existen, un núcleo interno sólido formado principalmente por hierro y níquel, y  un núcleo externo que es líquido,  y que está formado por un  magma muy caliente de un material conductor.  Cuando el planeta gira, el magma también gira. Cuando un material conductor se desplaza por un campo magnético ya existente aparecen corrientes eléctricas inducidas  que crean una dinamo dando lugar a otro campo magnético.

El campo magnético terrestre ha variado a lo largo de la historia. Con el análisis de los estratos de las rocas que tiene hierro, midiendo su magnetización se ha comprobado que ha habido épocas en las que el campo magnético ha sido cero y otras en las que se han invertido los polos, el Note por el Sur. Durante los últimos cinco millones de años se ha invertido más de 20 veces. Puede darse una inversión cada 200 000 años.

El campo magnético terrestre es bastante débil, su intensidad en las proximidades del ecuador es del orden de 0,3 gauss (3.10-5 T) y va aumentando al acercarse a los polos donde su intensidad es de 0,7 gauss.

1 T = 10 000 gauss

La brújula es un instrumento que nos permite orientarnos sobre la superficie terrestre. Está formada por una aguja imantada que puede moverse y que la utilizamos porque determina el Norte geográfico, se orienta siempre en la dirección sur-Norte. El polo Norte de la aguja señala el polo Norte geográfico porque este, está cerca del polo Sur magnético. Hay que tener en cuenta que polos opuestos de dos imanes se atraen.