Electromagnetismo

Introducción al Electromagnetismo

Electromagnetismo 

Un paso extraordinario en el desarrollo del magnetismo fue el descubrimiento de que este fenómeno es reproducible en el laboratorio. Ello se debió a Hans Cristian Oersted, quien casi por azar descubrió que la corriente eléctrica ejerce acciones sobre una brújula. Se descubre entonces la manera de sustituir al imán por corrientes eléctricas para generar fuertes efectos magnéticos. Con este descubrimiento se establece una base importante para el desarrollo de la electrotecnia, sin la cual no podríamos gozar del confort de la tecnología del mundo moderno.

El magnetismo fue analizado muy seriamente por primera vez en Occidente por William Gilbert en su libro De Magnete, Magneticisque Corporibus et de Magno Magnete Tellure ( Sobre los imanes, los cuerpos magnéticos y el gran imán terrestre) y fue producido artificialmente por primera vez por Hans Cristian Oersted(1777-1851) al descubrir accidentalmente que una corriente eléctrica afectaba la orientación de una brújula, marcando así el comienzo de una nueva etapa tecnológica en occidente, cuyo desarrollo permitió cambiar a una forma de vida más confortable en el siglo XX y siguientes.

El hallazgo de Oersted fue divulgado y analizado por otros investigadores entre los que se encontraba André María Ampere, quien después de una charla dada por Dominique Arago en Paris, en dos semanas de experimentación culminó con un hallazgo importante sobre la fuerza magnética ejercida por la corriente de un alambre sobre la aguja de una Brújula : Si se apunta el dedo pulgar de la mano derecha en la dirección convencional de la corriente, una brújula apuntará su polo norte en la dirección de los dedos que se encogen alrededor del alambre en ese lugar tal como se muestra en la figura.

En el laboratorio se puede visualizar el efecto magnético de una corriente eléctrica para diferentes formas del alambre que lleva la corriente eléctrica, colocando limadura de hierro en el espacio cercano al alambre :

a)  Alambre Recto. Este es el caso descubierto por Oersted y analizado por Ampere; si se coloca limadura de hierro en un plano perpendicular al alambre se observa que las limaduras se disponen en circunferencias concéntricas con el alambre, cuando por éste pasa una corriente eléctrica como se muestra en la figura.

b) Solenoide. Este es un alambre enrollado en forma helicoidal, como los resortes, experiencia desarrollada por Arago descubriendo que el efecto magnético es más fuerte de esta manera.

c)  Anillo de corriente. Este es el caso de un solenoide con una sola vuelta.

Uno de los descubrimientos importantes hecho por Arago y Gay Lussac fue el incremento del poder magnético de un solenoide producido por la introducción de una barra de hierro en el interior del solenoide, dando lugar así a una de las aplicaciones más populares del magnetismo: el electroimán.

Corrientes inducidas

Existen varias maneras de producir corrientes eléctricas, una de ellas es por medio del movimiento relativo de un imán cerca de un circuito cerrado, otra es a través de campos magnéticos variables externos a un circuito cerrado y otra es por la variación del área de un circuito en presencia de un campo magnético externo. Estas tres formas son utilizadas para producir corrientes eléctricas sin que medie ninguna pila o batería que pueda producirla. Cada una de ellas será desarrollada en esta sección.

Corrientes inducidas por la variación de corriente en un circuito primario.
Un experimento fácil de realizar para producir corrientes eléctricas requiere de algunos dispositivos y equipos sencillos: alambre de cobre para bobinas, un galvanómetro y una pila.
Para realizar este experimento, se construyen dos bobinas de unas 50 vueltas cada una; a una de ellas se conecta un galvanómetro y a la otra se conecta una pila. Se puede observar que cuando se establece la corriente en la bobina que tiene la pila, en la otra se produce una pequeña corriente eléctrica que desaparece casi inmediatamente y que es detectada por el galvanómetro. 

Michel Faraday

Por otra parte cuando se desconecta la pila, se puede observar que el galvanómetro detecta otra corriente eléctrica, muy pequeña también, pero en sentido contrario a la del caso anterior y que también desaparece rápidamente. Tambien en este caso se denomina circuito primario al formado por la bobina donde está la pila y circuito secundario a la bobina donde se genera la corriente inducida. Este hecho fue observado por Michel Faraday y tuvo gran importancia para él, pues no era conocido para su época y fue el punto de partida para una serie de descubrimientos relacionados con las corrientes inducidas.

Corrientes inducidas a partir del magnetismo. Es este el segundo descubrimiento de Faraday sobre las corrientes inducidas. Se requiere un imán, una bobina como la del experimento anterior y un galvanómetro. Para realizar el experimento es necesario, en primer lugar, conectar el galvanómetro a la bobina o solenoide. En segundo lugar, se introduce el imán en la bobina realizando un movimiento de vaivén. Mientras el imán se mueve, el galvanómetro detecta la presencia de una corriente eléctrica alterna.

Si el imán se detiene, la corriente cesa. Es importante darse cuenta, que cuando uno de los polos del imán se acerca a la bobina, la corriente producida tiene un sentido y cuando este polo se aleja la corriente cambia de sentido. Si se invierte la polaridad del imán, los sentidos de las corrientes producidas se invierten. Farad ay descubre que el fenómeno inverso produce resultados análogos, es decir, el movimiento de una bobina frente a un imán fijo, también produce corrientes inducidas y a partir de este momento quedaron inventadas las máquinas inductoras o generadores de corriente alterna. 

Máquinas inductoras.
Una de ellas es el generador de corriente alterna, el cual consiste de una bobina que al girar alrededor de uno de sus ejes en presencia de un imán; genera una corriente de sentido alterno, es decir la corriente cambia de sentido y magnitud de manera alternativa al rotar.

Otra máquina inductora es el transformador, el cual consiste en un núcleo de hierro que atraviesa dos bobinas y se cierra sobre si mismo. Si en una de las bobinas se produce una corriente variable (circuito primario), en la otra (circuito secundario)se produce una corriente inducida cuando los extremos de la bobina se han conectado para cerrar el circuito.

Un transformador sirve para transmitir energía con una determinada rapidez, es decir con una potencia determinada, y según sea el diseño del circuito primario con relación al circuito secundario, puede aumentarse o disminuirse el voltaje de entrada. Cuando se aumenta el voltaje de salida con respecto al de entrada, se reduce la corriente en el circuito secundario y cuando se disminuye el voltaje de salida se produce un incremento de corriente en el circuito de salida.

La causa de las corrientes inducidas. Se basa en un concepto denominado flujo magnético, el cual pretende dar cuenta del número de líneas de fuerza que atraviesan un área específica del espacio. Según este concepto, si el flujo magnético varía, es decir, si varía en el tiempo el número de líneas de fuerza que atraviesa un área determinada del espacio, allí se generará una fuerza electromotriz y habrá una corriente inducida si existe un circuito cerrado en esa zona.

Esta afirmación se conoce como ley de inducción de Faraday . En la figura que se muestra el número de líneas de fuerza del imán está aumentando a través del circuito en la medida que el imán es acercado a la bobina.