Maquinas-electricas 4e693n

INDICE INTRODUCCION .................................................................................................................................. 2 GENERALIDADES CAMPO MAGNETICO ............................................................................................. 3 Historia ................................................................................................................................................ 3 ACCIONES DE UN CAMPO MAGNÉTICO ............................................................................................. 4 Fuerza magnética sobre un conductor .............................................................................................. 5 El motor eléctrico de corriente continua ........................................................................................... 7 COCLUSIONES ................................................................................................................................... 11 BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................................... 11 ANEXOS ............................................................................................................................................. 12

1

INTRODUCCION El magnetismo es uno de los aspectos del electromagnetismo, que es una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza. Las fuerzas magnéticas son producidas por el movimiento de partículas cargadas, como por ejemplo electrones, lo que indica la estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo. El marco que enlaza ambas fuerzas, es el tema de este curso, se denomina teoría electromagnética. La manifestación más conocida del magnetismo es la fuerza de atracción o repulsión que actúa entre los materiales magnéticos como el hierro. Sin embargo, en toda la materia se pueden observar efectos más sutiles del magnetismo. Recientemente, estos efectos han proporcionado claves importantes para comprender la estructura atómica de la materia.

2

GENERALIDADES CAMPO MAGNETICO Las primeras observaciones que se hicieron sobre el magnetismo son muy antiguas. Se piensa que fueron los griegos los primeros en observar dichos fenómenos en una ciudad del Asia, llamada Magnesia. Encontraron que en esa región existían ciertas piedras que eran capaz de atraer pequeños trozos de hierro. En la actualidad se sabe que estas piedras están constituidas por óxido de hierro llamado "Magnetita", y se les denomina imanes naturales. De manera que el término magnetismo se usó para describir las propiedades que tienen éstas piedras en honor a la ciudad en donde fueron encontradas.

Historia Si bien algunos materiales magnéticos han sido conocidos desde la antigüedad, como por ejemplo el poder de atracción que la magnetita ejerce sobre el hierro, no fue sino hasta el siglo XIX cuando la relación entre la electricidad y el magnetismo quedó plasmada, pasando ambos campos de ser diferenciados a formar el cuerpo de lo que se conoce como electromagnetismo. Antes de 1820, el único magnetismo conocido era el del hierro. Esto cambió con un profesor de ciencias poco conocido de la Universidad de Copenhague, Dinamarca, Hans Christian Oersted. En 1820 Oersted preparó en su casa una demostración científica a sus amigos y estudiantes. Planeó demostrar el calentamiento de un hilo por una corriente eléctrica y también llevar a cabo demostraciones sobre el magnetismo, para lo cual dispuso de una aguja de brújula montada sobre una peana de madera. Mientras llevaba a cabo su demostración eléctrica, Oersted notó para su sorpresa que cada vez que se conectaba la corriente eléctrica, se movía la aguja de la brújula. Se calló y finalizó las demostraciones, pero en los meses sucesivos trabajó duro intentando explicarse el nuevo fenómeno.¡Pero no pudo! La aguja no era ni atraída ni repelida por la corriente. En vez de eso tendía

3

a quedarse en ángulo recto. Hoy sabemos que esto es una prueba fehaciente de la relación intrínseca entre el campo magnético y el campo eléctrico plasmada en las ecuaciones de Maxwell. Como ejemplo para ver la naturaleza un poco distinta del campo magnético basta considerar el intento de separar el polo de un imán. Aunque rompamos un imán por la mitad éste "reproduce" sus dos polos. Si ahora volvemos a partir otra vez en dos, nuevamente tendremos cada trozo con dos polos norte y sur diferenciados. En magnetismo no se han observado los monopolos magnéticos.

ACCIONES DE UN CAMPO MAGNÉTICO

A) El campo magnético B actúa sobre otras cargas en movimiento por medio de fuerzas magnéticas dadas por Fm =q[v x B] [1] y dependiendo de las orientaciones entre la velocidad y el campo y de los valores de este último las partículas describen diferentes curvas. Así ante un campo magnético uniforme y v ⊥ B entonces la partícula describe una circunferencia de radio r que tiene por valor 𝑅=

𝑚𝑣 𝑞𝐵

y lo hace a una velocidad de giro fija de valor 𝑤 =

𝑞 𝐵 𝑚

. Cuando no se dan estas las

premisas anteriores la curva descrita son helicoides con diferentes pasos y radios. B) el campo magnético B actúa sobre los conductores que llevan corriente I, con una fuerza que es mayor cuanto más largo sea el conductor. Así tenemos que para conductores rectilíneos 𝐹𝑚 = 𝐼𝐼𝑥𝐵 C) el campo magnético B actúa sobre espiras recorridas por corrientes (si son pequeñas se les suele llamar dipolos magnéticos que se caracterizan por una magnitud llamada momento magnético 𝑚 ⃗⃗ = 𝐼𝑆), con un par de fuerzas cuyo momento esτ =× = mxB tal que 𝑟 = 𝑚𝐵𝑠𝑖𝑛𝜃 que hace que el m tienda a orientarse paralelamente al campo B donde se logra una energía de posición(potencial) Um que se expresa del mismo modo que en el dipolo eléctrico 𝑈𝑚 = −𝑚𝐵 cos 𝜃

4

Fuerza magnética sobre un conductor

Supón que un alambre conductor de cobre se coloca entre los polos de un imán, es decir, el conductor se sumerge en el campo magnético del imán, Fig. 1 (a), donde la posición del alambre está representada por la línea punteada AB. Si no hay corriente en el alambre de cobre, se observa que el campo magnético no ejerce ninguna acción sobre ese conductor.

Sin embargo, si el alambre fuera conectado a una pila, de manera que se establezca una corriente continua, en el sentido mostrado en la Fig. 1 (a), inmediatamente el alambre sufrirá un desplazamiento hacia arriba. Eso indica que sobre él actuó una fuerza magnética (ejercida por el campo magnético) perpendicular al alambre y dirigida hacia arriba, como lo indica la Fig. 1.

Si el sentido de la corriente en el alambre fuera invertido, advertiremos que la fuerza magnética continuará actuando perpendicularmente al alambre, pero en sentido contrario al anterior dirigido hacia abajo como lo muestra la Fig. 1 (b).

También se observa que el sentido de la fuerza en el alambre estará invertido cuando se invierten las posiciones de los polos norte y sur del imán (se invierte el sentido de las líneas de inducción del campo magnético, que es la magnitud física que expresa el campo imanador producido por una corriente).

5

Fig. 1 Un alambre recorrido por una corriente, colocado en un campo magnético, sufre la acción de una fuerza magnética perpendicular al alambre.

Al analizar experimentos similares a los que acabamos de describir, los científicos llegaron a un resultado importante: cómo es que la fuerza magnética sólo aparece en el alambre cuando en él se establece una corriente eléctrica, y concluyeron que el campo magnético ejerce fuerzas sobre las cargas eléctricas cuando éstas están en movimiento (corriente eléctrica), pero no actúan sobre dichas cargas si están sin movimiento. Recordando lo estudiado en la sección anterior, podemos establecer el principio fundamental del electromagnetismo: Un campo magnético se genera debido a cargas eléctricas en movimiento, y ese campo solamente actúa sobre otras cargas eléctricas, ejerciendo fuerzas sobre ellas, si dichas cargas también están en movimiento.

6

El motor eléctrico de corriente continua

La fuerza magnética que estamos analizando se utiliza para hacer funcionar un gran número de aparatos eléctricos, como los medidores (amperímetros y voltímetros) e innumerables motores eléctricos de uso muy frecuente en nuestra vida (refrigeradores, taladros, licuadoras, bombas de agua, etc.). Aquí describiremos sólo el motor de corriente continua, como es el caso del motor de arranque de un automóvil, o el motor usado para dar movimiento a juguetes accionados con pilas.

Para entender cómo funciona un motor accionado por esa fuerza magnética, examinemos la Fig. 3, donde tenemos:



Un alambre doblado en forma de rectángulo, es decir, una espira rectangular ABCD.



Esa espira se coloca dentro de un campo magnético, creado por un imán (o un electroimán) entre sus polos.



La espira se conecta a una batería que le proporciona una corriente i.



Esa conexión se hace a través de un o móvil, constituido por dos piezas conductoras, denominadas escobillas (hechas por lo general de carbón), simplemente apoyadas en un dispositivo denominado conmutador que tiene forma semejante a un anillo cortado a la mitad, estando cada parte ligada a uno de los extremos de la espira (Fig. 3).

7

Fig. 3 Esquema de un motor muy simple de corriente continua, constituido por una sola espira.

Usando la “regla de la mano derecha”, podemos verificar que el lado AB de la espira (recorrido por la corriente de B hacia A) queda bajo la acción de una fuerza magnética F dirigida hacia arriba, como lo muestra la Fig. 3. Con la misma regla, vemos que sobre el lado CD actúa una fuerza magnética F dirigida hacia abajo. Es fácil percibir, entonces, que esas dos fuerzas harán girar la espira en el sentido mostrado en la figura.

Como el conmutador está sólo apoyado en escobillas (o móvil) y está sujeto a la espira, gira junto con ella. Después de que la espira efectúa media vuelta, el lado AB estará ocupando la posición CD y viceversa y, así, las fuerzas magnéticas continúan actuando sobre la espira, haciendo que ésta permanezca en rotación, en tanto sea alimentada por la corriente. 8

Fig. 4 Vista de frente de un motor, con varios conjuntos de espiras. Observa las escobillas E y E’ haciendo o con los segmentos del conmutador, unidos a las espiras que se encuentran en ese momento dentro del campo magnético.

Para aumentar la potencia del motor y hacer su rotación más uniforme, en lugar de una sola espira, se acostumbra usar un conjunto de espiras, como vemos en la Fig. 4 (vista de frente del motor). Observa en la Fig. 5, el motor de un taladro eléctrico donde es posible identificar cada una de las partes que acabamos de describir.

9

Fig. 5 Vista interna de un taladro eléctrico que muestra las partes más importantes del motor.

10

COCLUSIONES  La acción del campo magnético sirve mucho para las maquinas eléctricas como motores, generadores, transformadores, etc. es muy importante en la electricidad ya que depende del campo magnético sin la energía eléctrica no habría avances científicos, no habría modernización tecnológica ya que todo trabaja con electricidad tiene un papel importante en la civilización actual y futura 

El campo magnético es la base fundamental para la función de motores eléctricos por la fuerza magnética.



Los imanes tienen 2 polos, polo norte y sur. Alrededor de ellos está el campo magnético. La tierra actúa como un imán, porque tiene polo norte y sur.

BIBLIOGRAFIA  ELECTROSTATICA Y MAGNETISMO Lic. HUMBERTO LEYVA NAVEROS  FISICA III –REGULO A. SABRERA ALVARADO –WALTER PEREZ TERREL INTERNET https://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico http://www3.uah.es/mars/cem/Campos_Magneticos_09_10.pdf http://www.cursosinea.conevyt.org.mx/cursos/cnaturales_v2/interface/main/recursos/antologia/ cnant_2_18.htm https://es.slideshare.net/loretina/magnetismo-y-campo-magntico http://www.quimicaweb.net/grupo_trabajo_fyq3/tema9/index9.htm

11

ANEXOS

12

13

14