CURSO GRATUITO DE ELECTRICIDAD INDUSTRIAL Y AUTOMATISMOS TEMA 5 APLICACIONES DEL ELECTROMAGNETISMO




La relación entre la electricidad y el magnetismo tiene muchas aplicaciones interesantes: instrumentos de medida (galvanómetro, polímetro), transformadores, motores eléctricos...

Instrumentos de medida
El principio básico de funcionamiento de estos aparatos es muy sencillo. Están formados por una o varias espiras que llevan acoplada una aguja imantada. La espira está inmersa en el 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 una espira. En este caso, como la espira está inmersa en el campo magnético creado por el imán, gira, y la aguja imantada se desplaza sobre una escala. Si la corriente eléctrica es mayor, el desplazamiento de la aguja imantada será más acusado.


El dispositivo anterior constituye un galvanómetro. Luego, según cuál sea la magnitud que se pretende medir, se colocará una resistencia en serie (para funcionamiento como voltímetro) o en paralelo (para funcionamiento como amperímetro) y se situará en el circuito convenientemente: en paralelo para voltímetro y en serie para amperímetro.

La resistencia interna del galvanómetro ha de ser pequeña cuando funciona como amperímetro, mientras que cuando finciona como voltímetro la resistencia interna del galvanómetro ha de ser lo más grande posible. 

Esto es para no alterar la medida que queremos registrar, por el hecho de introducir en el circuito eléctrico un elemento más. Cuando hace de voltímetro, la gran resistencia interna en serie, con el aparato en paralelo, hace que la mayor parte de la intensidad siga circulando por donde lo hacía en el circuito antes de colocar el galvanómetro. Cuando hace de amperímetro, la pequeña resistencia interna en paralelo, con el galvanómetro en serie con el resto del circuito, no supone obstáculo para que la corriente circule por donde lo hacía. Hay que recordar que la corriente siempre busca el camino de menor resistencia.


También hay dispositivos, llamados polímetros, que pueden medir distintas magnitudes. En ellos existe una palanca o selector para elegir el tipo de magnitud que queremos medir: intensidad de corriente o diferencia de potencial.


El transformador eléctrico

Los circuitos electrónicos suelen utilizar tensión continua, con valores comprendidos entre 3 y 25 V, para lo cual basta conectar a los mismos baterías o pilas que proporcionen dicho tipo de tensión.
La mayoría de los aparatos electrónicos disponen a menudo de la posibilidad de ser enchufados a las tomas de corriente alterna cuyo valor eficaz es de 230 V. Esto significa que se necesita un dispositivo que reduzca este último valor a una magnitud de tensión inferior, semejante a la que nos proporcionaría una pila o batería.
El dispositivo encargado de esta conversión en los valores de la tensión es el transformador. Su funcionamiento se basa en las propiedades que presentan las bobinas.

El transformador de tensión eléctrica consta de un núcleo ferromagnético, constituido por chapas de hierro que forman un bloque compacto, en el que se enrollan dos bobinas o devanados independientes.







  • Una de las bobinas es el devanado primario del transformador, que se conecta a la tensión alterna de la red eléctrica. Al pasar la corriente por el devanado formado por multitud de espiras de cable, se genera un campo magnético alrededor del núcleo de hierro.
  • El devanado secundario del transformador se enrolla también en el mismo núcleo de hierro y capta el campo magnético. Dicho campo magnético es variable, pues ha sido creado por una corriente alterna, y dará lugar a la generación de corrientes inducidas en las espiras que forman el devanado secundario.







Si se aplica una tensión eléctrica V1 al primario, que dispone de un número de vueltas o espiras N1 y se induce una tensión V2 en el secundario, cuyo número de espiras es de N2, se cumple la siguiente relación:
V 1 N 1 = V 2 N 2 → V 2 = V 1 · N 2 N 1
La expresión N2/N1 es conocida como relación de transformación.
  • Si el primario dispone de un número de vueltas mayor que el secundario, la relación de transformación toma un valor menor que 1, lo que da lugar a un transformador reductor, es decir, se inducirá en el secundario una tensión menor que la que se capta en el primario.
  • Por otra parte, un transformador elevador será aquel que disponga de un número de vueltas en el secundario mayor que en el primario, lo que da lugar a una relación de transformación de valor mayor que la unidad.
En general, los transformadores que usamos en casa son reductores: el voltaje de salida es menor que el de entrada (230 V). Además de transformadores, también son rectificadores, pues la corriente que se suministra en los enchufes de casa es alterna, mientras que la que se necesita para la mayoría de los pequeños electrodomésticos que requieren transformador es continua.
El motor eléctrico

Si colocamos una espira rectangular por la que circula una corriente eléctrica en el interior de un campo magnético uniforme, la espira experimentará un giro. Si la espira se conecta a un eje, podremos convertir la energía eléctrica que circula por la espira en energía mecánica. Precisamente esta es la base de los motores eléctricos, aunque en lugar de emplear una espira utilizaremos una bobina, ya que así el efecto resultante será mucho mayor.






Los motores eléctricos son las piezas clave que permiten el desplazamiento de una máquina eléctrica. Por ejemplo, en un tren eléctrico, en una batidora, en un exprimidor, en un ventilador... Los ejemplos son inagotables.
Pero también se emplean motores eléctricos en otras máquinas cuyo objetivo principal no es el movimiento. Así, en un ordenador debe existir un motor eléctrico que permita el movimiento de la bandeja para extraer los discos compactos.
Aunque existen distintos tipos de motores en función de la potencia eléctrica que se necesite, un motor típico tiene los siguientes componentes:

  • Una bobina (generalmente de cobre) arrollada en torno a un trozo de hierro (núcleo de hierro).
  • Un imán necesario para producir el giro cuando pasa la corriente eléctrica por la bobina.
  • Una armadura que soporta el imán.
  • Delgas y escobillas que completan el circuito eléctrico.







3.10 Fuerza electromotriz inducida
La fuerza electromotriz(FEM) es toda causa capaz de mantener una diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito abierto o de producir una corriente eléctrica en un circuito cerrado. Es una característica de cada generador eléctrico. Con carácter general puede explicarse por la existencia de un campo electromotor E   cuya circulación,  /s E ds  , define la fuerza electromotriz del generador.
Se define como el trabajo que el generador realiza para pasar por su interior la unidad de carga positiva del polo negativo al positivo, dividido por el valor en Culombios de dicha carga.
Esto se justifica en el hecho de que cuando circula esta unidad de carga por el circuito exterior al generador, desde el polo positivo al negativo, es necesario realizar un trabajo o consumo de energía (mecánica, química, etcétera) para transportarla por el interior desde un punto de menor potencial (el polo negativo al cual llega) a otro de mayor potencial (el polo positivo por el cual sale).
La FEM se mide en voltios, al igual que el potencial eléctrico.


Por lo que queda que:

P=R/A

Se relaciona con la diferencia de potencial V entre los bornes y la resistencia interna r del generador mediante la fórmula E=V+Ir (el producto Ir es la caída de potencial que se produce en el interior del generador a causa de la resistencia Óhmica que ofrece al paso de la corriente). 

La FEM de un generador coincide con la diferencia de potencial en circuito abierto.

La fuerza electromotriz de inducción (o inducida) en un circuito cerrado es igual a la variación del flujo de inducción \phi \,del campo magnético que lo atraviesa en la unidad de tiempo, lo que se expresa por la fórmula      Ley de Faraday). 

El signo - (Ley de Lenz) indica que el sentido de la FEM inducida es tal que se opone al descrito por la ley de Faraday  

COMUNICADO CURSO

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VIDEOS PRÁCTICOS DE POTENCIA, ENERGÍA Y ELECTROMAGNETISMO TEMA 3 Y 4


Tensión Corriente y Potencia Eléctrica explicado en videos



Voltaje Corriente y Resistencia



Ley de Ohm y Potencia Eléctrica



¿ Cómo medir Voltaje y Resistencia en un circuito paralelo ?



Código de Colores de las Resistencias Eléctricas





Programa Sencillo Circuitos Eléctricos



¿ Cómo se mide la energía Eléctrica ?



Fórmula para calcular el KW/h en un medidor



Cálculo del Consumo Eléctrico



Cálculo del coste de la energía eléctrica



Magnetismo y Electromagnetismo







Práctica de Circuitos:

CURSO GRATUITO DE ELECTRICIDAD INDUSTRIAL Y AUTOMATISMOS. SUBTEMA: SIMBOLOGÍA ELÉCTRICA

Se denomina Simbología Eléctrica a la representación gráfica que se realiza de cada elemento de un circuito o instalación eléctrica.
Los símbolos eléctricos se rigen por la UNE-EN-60617, que fue aprobada en 1996 y está en concordancia con la norma europea.

  • 60617-2 Elementos de símbolos, símbolos distintivos y otros símbolos de carácter general.
  • 60617-3 Conductores y dispositivos de conexión.
  • 60617-4 Componentes pasivos básicos.
  • 60617-5 Semiconductores y tubos catódicos.
  • 60617-6 Producción y transformación de la energía eléctrica
  • 60617-7 Aparatos y dispositivos de control y protección.
  • 60617-8 Instrumentos de medida, lámparas y dispositivos de señalización.
  • 60617-9 Telecomunicaciones. Conmutación y equipos.
  • 60617-10 Telecomunicaciones. Transmisión.
  • 60617-11 Esquemas y planos. Arquitectura y topografía.
  • 60617-12 Operadores lógicos.
  • 60617-13 Operadores analógicos.

Cada país tiene su propia organización encargada de armonizar las normas internacionales con las propias del país.

Ejemplo:

Son las representaciones gráficas de los componentes de una instalación eléctrica que se usan para trasmitir un mensaje para identificar, calificar, instruir, mandar y advertir.
Ventajas
• Su empleo es universal.
• Ahorro de tiempo y dinero en el mantenimiento y reparación de instalaciones o equipos eléctricos a través de su interpretación de los componentes.
• Facilitar la interpretación de circuitos.
• Permite una comunicación universal entre las personas independientemente del idioma del país.
Características
• Debe ser lo más simple posible para facilitar su dibujo y evitar pérdida de tiempo en su representación.
• Debe ser claro y preciso.
• Debe indicar esquemáticamente el funcionamiento del aparato en un circuito.
• El nombre del símbolo debe ser preciso y claro. A continuación, se indica un listado de símbolos eléctricos para sistemas de control de máquinas eléctricas:
Normas electrotécnicas
Es un documento que simplifica, especifica, unifica un material, un producto, un ensayo, una unidad, una tecnología. Un documento que debe reunir un conjunto de propiedades intrínsecas para que su aceptación y utilización sea fácil y segura. Algo que, en síntesis, facilita la vida, estableciendo soluciones óptimas a todos los problemas que se repiten. Dentro de los esquemas de circuitos eléctricos, un aspecto muy importante de las normas es: ofrecer información suficiente, clara, sencilla, de criterios constantes y contrastada por personas competentes y responsables, que permita un rápido intercambio de información obteniendo una comprensión unívoca de concepto y terminología. Para llevar a buen puerto una actividad los técnicos se sirven entre otras cosas, de la información que les facilitan las normas que se publican por diversos organismos a nivel nacional e
Internacional, normas y organismos cuya proliferación es amplísima y cada vez con mayor exigencia de rigor.
NORMAS ANSI
El Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI, por sus siglas en inglés: American National Standards Institute) es una organización sin ánimo de lucro que supervisa el desarrollo de estándares para productos, servicios, procesos y sistemas en los Estados Unidos. ANSI es miembro de la Organización Internacional para la Estandarización (ISO) y de la Comisión electrotécnica Internacional (International Electrotechnical Commission, IEC). La organización también coordina estándares del país estadounidense con estándares internacionales, de tal modo que los productos de dicho país puedan usarse en todo el mundo. Por ejemplo, los estándares aseguran que la fabricación de objetos cotidianos, como pueden ser las cámaras fotográficas, se realice de tal forma que dichos objetos puedan usar complementos fabricados en cualquier parte del mundo por empresas ajenas al fabricante original. De éste modo, y siguiendo con el ejemplo de la cámara fotográfica, la gente puede comprar carretes para la misma independientemente del páis donde se encuentre y el proveedor del mismo.
Por otro lado, el sistema de exposición fotográfico ASA se convirtió en la base para el sistema ISO de velocidad de película (en inglés: film speed), el cual es ampliamente utilizado actualmente en todo el mundo.
Esta organización aprueba estándares que se obtienen como fruto del desarrollo de tentativas de estándares por parte de otras organizaciones, agencias gubernamentales, compañías y otras entidades. Estos estándares aseguran que las características y las prestaciones de los productos son consistentes, es decir, que la gente use dichos productos en los mismos términos y que esta categoría de productos se vea afectada por las mismas pruebas de validez y calidad.
ANSI acredita a organizaciones que realizan certificaciones de productos o de personal de acuerdo con los requisitos definidos en los estándares internacionales. Los programas de acreditación ANSI se rigen de acuerdo a directrices internacionales en cuanto a la verificación gubernamental y a la revisión de las validaciones
Historia
En 1918, cinco sociedades dedicadas al mundo de la ingeniería y tres agencias gubernamentales fundaron el Comité Estadounidense de Estándares para la Ingeniería (en inglés AESC: American Engineering Standards Committee). Este comité se convirtió más tarde en el año 1928 en la Asociación de Estándares Estadounidense (en inglés ASA: American Standards Association). En 1966, ASA sufrió una reorganización para convertirse en el Instituto de Estándares de los Estados Unidos de América (en inglés USASI: the United States of America Standards Institute). El nombre tal cual lo conocemos actualmente fue adoptado en 1969.
La sede de la organización está ubicada en Washington D.C.
Connotaciones de la palabra ANSI
En Microsoft Windows, la palabra ANSI hace referencia a las páginas de código ANSI de Windows. La mayoría de estos códigos tienen la misión de arreglar la anchura aunque existen algunas anchuras variables para lenguajes ideográficos. Algunos de estos códigos se acercan bastante a las series ISO_8859-1 provocando que muchos asuman de una forma equivocada que son idénticos.
El Arte ASCII, el cual es coloreado o animado a partir de unos códigos de control denominados secuencias X3.64 que se reciben en un terminal ANSI, está relacionado comúnmente con el arte ANSI. Este fue muy popular en los foros a lo largo de los 1980s y los 1990s.
NORMAS DIN
DIN es el acrónimo de Deutsches Institut für Normung ("Instituto Alemán de Normalización", en idioma alemán).
El DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (su marca empresarial es DIN), con sede en Berlín es el organismo nacional de normalización de Alemania. Elabora, en cooperación con el comercio, la industria, la ciencia, los consumidores e instituciones públicas, estándares técnicos (normas) para la racionalización y el aseguramiento de la calidad. El DIN representa los intereses alemanes en las organizaciones internacionales de normalización (ISO, CEI, etc.).
El DIN fue establecido el 22 de diciembre de 1917 como Normenausschuss der deutschen Industrie (NADI). El acrónimo DIN también ha sido interpretado como Deutsche Industrie Norm y Das Ist Norm.
A través de la metodología empleada en la elaboración de las normas se pretende garantizar que sus contenidos correspondan con el "estado de la ciencia".
La editorial Beuth-Verlag, relacionada con el DIN, se encarga de la venta y distribución de las normas editadas por el DIN y de las normas de otros organismos de normalización, tanto nacionales como extranjeros.
Una norma DIN de uso habitual es la DIN 476 que define los formatos (o tamaños) de papel y que ha sido adoptada por la mayoría de los organismos nacionales de normalización de Europa.
EVOLUCIÓN HISTÓRICA, NORMAS DIN E ISO

 Sus principios son paralelos a la humanidad. Basta recordar que ya en las civilizaciones caldea y egipcia, se habían tipificado los tamaños de ladrillos y piedras, según unos módulos de dimensiones previamente establecidos. Pero la normalización con base sistemática y científica nace a finales del siglo XIX, con la Revolución Industrial en los países altamente industrializados, ante la necesidad de producir más y mejor. Pero el impulso definitivo llegó con la primera Guerra Mundial (1914-1918). Ante la necesidad de abastecer a los ejércitos y reparar los armamentos, fue necesario utilizar la industria privada, a la que se le exigía unas especificaciones de intercambiabilidad y ajustes precisos.
NORMAS DIN
Fue en este momento, concretamente el 22 de Diciembre de 1917, cuando los ingenieros alemanes Naubaus y Hellmich, constituyen el primer organismo dedicado a la normalización:

NADI - Normen-Ausschuss der Deutschen Industrie - Comité de Normalización de la Industria Alemana.

Este organismo comenzó a emitir normas bajo las siglas:

DIN que significaban Deustcher Industrie Normen (Normas de la Industria Alemania).

En 1926 el NADI cambio su denominación por:

DNA - Deutsches Normen-Ausschuss - Comité de Normas Alemanas que si bien siguió emitiendo normas bajos las siglas DIN, estas pasaron a significar "Das Ist Norm" - Esto es normaY más recientemente, en 1975, cambio su denominación por:
DIN - Deutsches Institut für Normung - Instituto Alemán de Normalización

Rápidamente comenzaron a surgir otros comités nacionales en los países industrializados, así en el año 1918 se constituyó en Francia el AFNOR - Asociación Francesa de Normalización. En 1919 en Inglaterra se constituyó la organización privada BSI - British Standards Institution.
NORMAS IEC
La Comisión Electrotécnica Internacional (CEI o IEC, por sus siglas del idioma inglés International Electrotechnical Commission) es una organización de normalización en los campos eléctrico, electrónico y tecnologías relacionadas. Numerosas normas se desarrollan conjuntamente con la ISO (normas ISO/IEC).
La CEI, fundada en 1906 y cuyo primer presidente fue Lord Kelvin, tenía su sede en Londres hasta que en 1948 se trasladó a Ginebra. Integrada por los organismos nacionales de normalización, en las áreas indicadas, de los países miembros, en 2003 pertenecían a la CEI más de 60 países.
A la CEI se le debe el desarrollo y difusión de los estándares para algunas unidades de medida, particularmente el gauss, hercio y weber; así como la primera propuesta de un sistema de unidades estándar, el sistema Giorgi, que con el tiempo se convertiría en el sistema internacional de unidades.
En 1938, el organismo publicó el primer diccionario internacional (International Electrotechnical Vocabulary) con el propósito de unificar la terminología eléctrica, esfuerzo que se ha mantenido durante el transcurso del tiempo, siendo el Vocabulario Electrotécnico Internacional un importante referente para las empresas del sector.

COMITÉS DE NORMALIZACIÓN IMPLICADOS EN ESTAS NORMAS: 
CEI o IEC (International Electrotechnical Commission), Comité Internacional Electrotécnico. Se estableció en 1906 para elaborar normas internacionales con el objetivo de promover la calidad, la aptitud para la función, la seguridad, la reproducibilidad, la compatibilidad con los aspectos medioambientales de los materiales, los productos y los sistemas eléctricos y electrónicos. En la actualidad, forman parte de IEC, 51 comités nacionales. CEN (Comité Europeo de Normalización). 
Normas Europeas (EN). Creado en 1961 para el desarrollo de tareas de normalización en el ámbito europeo para favorecer los intercambios de productos y servicios, está compuesto por los organismos de normalización de los quince Estados miembros de la Unión Europea (AENOR por España) y tres países miembros de la Asociación Europea de Libre Cambio (AELC/EFTA). 

CENELEC (Comité Europeo de Normalización Electrotécnica). Comenzó sus actividades de normalización en el campo electrónico y electrotécnico en 1959. Está compuesto por los organismos de normalización de los quince Estados miembros de la Unión Europea (AENOR por España) y tres países miembros de la Asociación Europea de Libre Cambio (AELC/EFTA). AENOR, es responsable de adoptar como normas UNE (Normas Españolas) todas las normas Europeas que se elaboren en el seno de CEN y CENELEC, y de su posterior difusión, distribución, promoción y comercialización, con el objetivo de colaborar en la consecución del Mercado Interior eliminando las barreras técnicas creadas por la existencia de normas diferentes en los distintos Estados miembros de la Unión Europea

SIMBOLOGÍA ELÉCTRICA. NORMAS ANSI Y DIN 
COMPONENTES DE SALIDA
'S�mbolos y esquemas el�ctricos normalizados'
'S�mbolos y esquemas el�ctricos normalizados'


En próximos subtemas veremos  más simbología. 




CURSO GRATUITO DE ELECTRICIDAD INDUSTRIAL Y AUTOMATISMOS. TEMA 4: MAGNETISMO Y ELECTROMAGNETISMO

Campo magnético

Un campo magnético es una descripción matemática de la influencia magnética de las corrientes eléctricas y de los materiales magnéticos. El campo magnético en cualquier punto está especificado por dos valores, la dirección y la magnitud; de tal forma que es un campo vectorial. Específicamente, el campo magnético es un vector axial, como lo son los momentos mecánicos y los campos rotacionales. El campo magnético es más comúnmente definido en términos de la fuerza de Lorentz ejercida en cargas eléctricas. Campo magnético puede referirse a dos separados pero muy relacionados símbolos B y H.
Los campos magnéticos son producidos por cualquier carga eléctrica en movimiento y el momento magnético intrínseco de las partículas elementales asociadas con una propiedad cuántica fundamental, su espin. En la relatividad especial, campos eléctricos y magnéticos son dos aspectos interrelacionados de un objeto, llamado el tensor electromagnético. Las fuerzas magnéticas dan información sobre la carga que lleva un material a través del efecto Hall. La interacción de los campos magnéticos en dispositivos eléctricos tales como transformadores es estudiada en la disciplina de circuitos magnéticos.

EXTRA AVANZADO EN MAGNETISMO:

Fuerza de Lorentz
Artículo principal: Fuerza de Lorentz.


Entre las definiciones de campo magnético se encuentra la dada por la fuerza de Lorentz. Esto sería el efecto generado por una corriente eléctrica o un imán, sobre una región del espacio en la que una carga eléctrica puntual de valor (q), que se desplaza a una velocidad V, experimenta los efectos de una fuerza que es perpendicular y proporcional tanto a la velocidad (v) como al campo (B). Así, dicha carga percibirá una fuerza descrita con la siguiente ecuación.


donde F es la fuerza magnética, v es la velocidad y B el campo magnético, también llamado inducción magnética y densidad de flujo magnético. (Nótese que tanto F como v y B son magnitudes vectoriales y el producto vectorial tiene como resultante un vector perpendicular tanto a v como a B). El módulo de la fuerza resultante será




La existencia de un campo magnético se pone de relieve gracias a la propiedad (la cual la podemos localizar en el espacio) de orientar un magnetómetro (laminilla de acero imantado que puede girar libremente). La aguja de una brújula, que evidencia la existencia del campo magnético terrestre puede ser considerada un magnetómetro.
Historial
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 ella. En vez de eso tendía 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 existen los monopolos magnéticos.
Nombre
El nombre de campo magnético o intensidad del campo magnético se aplica a dos magnitudes:
  • La excitación magnética o campo H es la primera de ellas, desde el punto de vista histórico, y se representa con H.
  • La inducción magnética o campo B, que en la actualidad se considera el auténtico campo magnético, y se representa con B.
Desde un punto de vista físico, ambos son equivalentes en el vacío, salvo en una constante de proporcionalidad (permeabilidad) que depende del sistema de unidades: 1 en el sistema de Gauss, 

. Solo se diferencian en medios materiales con el fenómeno de la magnetización.
Uso
El campo H se ha considerado tradicionalmente el campo principal o intensidad de campo magnético, ya que se puede relacionar con unas cargas, masas o polos magnéticos por medio de una ley similar a la de Coulomb para la electricidad. Maxwell, por ejemplo, utilizó este enfoque, aunque aclarando que esas cargas eran ficticias. Con ello, no solo se parte de leyes similares en los campos eléctricos y magnéticos (incluyendo la posibilidad de definir un potencial escalar magnético), sino que en medios materiales, con la equiparación matemática de H con E, por un lado, y de B con D, por otro, se pueden establecer paralelismos útiles en las condiciones de contorno y las relaciones termodinámicas; las fórmulas correspondientes en el sistema electromagnético de Gauss son:


En electrotecnia no es raro que se conserve este punto de vista porque resulta práctico.
Con la llegada de las teorías del electrón de Lorentz y Poincaré, y de la relatividad de Einstein, quedó claro que estos paralelismos no se corresponden con la realidad física de los fenómenos, por lo que hoy es frecuente, sobre todo en física, que el nombre de campo magnético se aplique a B (por ejemplo, en los textos de Alonso-Finn y de Feynman).[1] En la formulación relativista del electromagnetismo, E no se agrupa con H para el tensor de intensidades, sino con B.
En 1944, F. Rasetti preparó un experimento para dilucidar cuál de los dos campos era el fundamental, es decir, aquel que actúa sobre una carga en movimiento, y el resultado fue que el campo magnético real era B y no H.[2]
Para caracterizar H y B se ha recurrido a varias distinciones. Así, H describe cuan intenso es el campo magnético en la región que afecta, mientras que B es la cantidad de flujo magnético por unidad de área que aparece en esa misma región. Otra distinción que se hace en ocasiones es que H se refiere al campo en función de sus fuentes (las corrientes eléctricas) y B al campo en función de sus efectos (fuerzas sobre las cargas).

Fuentes del campo magnético
Un campo magnético tiene dos fuentes que lo originan. Una de ellas es una corriente eléctrica de conducción, que da lugar a un campo magnético estático, si es constante. Por otro lado una corriente de desplazamiento origina un campo magnético variante en el tiempo, incluso aunque aquella sea estacionaria.
La relación entre el campo magnético y una corriente eléctrica está dada por la ley de Ampère. El caso más general, que incluye a la corriente de desplazamiento, lo da la ley de Ampère-Maxwell.



Campo magnético producido por una carga puntual
El campo magnético generado por una única carga en movimiento (no por una corriente eléctrica) se calcula a partir de la siguiente expresión:


Esta última expresión define un campo vectorial solenoidal, para distribuciones de cargas en movimiento la expresión es diferente, pero puede probarse que el campo magnético sigue siendo un campo solenoidal

Campo magnético producido por una distribución de cargas
La inexistencia de cargas magnéticas lleva a que el campo magnético es un campo solenoidal lo que lleva a que localmente puede ser derivado de un potencial vector , es decir:
                                               
A su vez este potencial vector puede ser relacionado con el vector densidad de corriente mediante la relación:

La ecuación anterior planteada sobre R3, con una distribución de cargas contenida en un conjunto compacto, la solución es expresable en forma de integral. Y el campo magnético de una distribución de carga viene dado por:

Inexistencia de cargas magnéticas aisladas
Cabe destacar que, a diferencia del campo eléctrico, en el campo magnético no se ha comprobado la existencia de monopolos magnéticos, sólo dipolos magnéticos, lo que significa que las líneas de campo magnético son cerradas, esto es, el número neto de líneas de campo que entran en una superficie es igual al número de líneas de campo que salen de la misma superficie. Un claro ejemplo de esta propiedad viene representado por las líneas de campo de un imán, donde se puede ver que el mismo número de líneas de campo que salen del polo norte vuelve a entrar por el polo sur, desde donde vuelven por el interior del imán hasta el norte.


Ilustración de un campo magnético alrededor de un alambre a través del cual fluye corriente eléctrica.
Como se puede ver en el dibujo, independientemente de que la carga en movimiento sea positiva o negativa, en el punto A nunca aparece campo magnético; sin embargo, en los puntos B y C el campo magnético invierte su dirección dependiendo de si la carga es positiva o negativa. La dirección del campo magnético viene dado por la regla de la mano derecha, siendo las pautas las siguientes:
  • en primer lugar se imagina un vector qv, en la misma dirección de la trayectoria de la carga en movimiento. La dirección de este vector depende del signo de la carga, esto es, si la carga es positiva y se mueve hacia la derecha, el vector +qv estará orientado hacia la derecha. No obstante, si la carga es negativa y se mueve hacia la derecha, el vector es -qv va hacia la izquierda;
  • a continuación, vamos señalando con los cuatro dedos de la mano derecha (índice, medio, anular y meñique), desde el primer vector qv hasta el segundo vector Ur, por el camino más corto o, lo que es lo mismo, el camino que forme el ángulo menor entre los dos vectores. El pulgar extendido indicará en ese punto la dirección del campo magnético.
Energía almacenada en campos magnéticos

La energía es necesaria para generar un campo magnético, para trabajar contra el campo eléctrico que un campo magnético crea y para cambiar la magnetización de cualquier material dentro del campo magnético. Para los materiales no-dispersivos, se libera esta misma energía tanto cuando se destruye el campo magnético para poder modelar esta energía, como siendo almacenado en el campo magnético.

Para materiales lineales y no dispersivos (tales que
donde μ es independiente de la frecuencia), la densidad de energía es:


Si no hay materiales magnéticos alrededor, entonces el μ se puede substituir por μ0. La ecuación antedicha no se puede utilizar para los materiales no lineales, se utiliza una expresión más general dada abajo.
Generalmente la cantidad incremental de trabajo por el δW del volumen de unidad necesitado para causar un cambio pequeño del δB del campo magnético es: δW= H*δB

Una vez que la relación entre H y B se obtenga, esta ecuación se utiliza para determinar el trabajo necesitado para alcanzar un estado magnético dado. Para los materiales como los ferromagnéticos y superconductores el trabajo necesitado también dependerá de cómo se crea el campo magnético

Si no hay materiales magnéticos alrededor, entonces el μ se puede substituir por μ0. La ecuación antedicha no se puede utilizar para los materiales no lineales, se utiliza una expresión más general dada abajo.
Generalmente la cantidad incremental de trabajo por el δW del volumen de unidad necesitado para causar un cambio pequeño del δB del campo magnético es: δW= H*δB

Una vez que la relación entre H y B se obtenga, esta ecuación se utiliza para determinar el trabajo necesitado para alcanzar un estado magnético dado. Para los materiales como los ferromagnéticos y superconductores el trabajo necesitado también dependerá de cómo se crea el campo magnético.

Determinación del campo de inducción magnética B[









La figura muestra las relaciones entre los vectores. Se observa que:


* (a) la fuerza magnética se anula cuando ,  V tiende a 0 
(b) la fuerza magnética se anula si v es paralela o antiparalela a la dirección de B (en estos casos o bien 




*(c) si v es perpendicular a B                         la fuerza desviadora tiene su máximo valor, dado por: 



El campo magnético para cargas que se mueven a velocidades pequeñas comparadas con velocidad de la luz, puede representarse por un campo vectorial. Sea una carga eléctrica de prueba q_0en un punto P de una región del espacio moviéndose a una cierta velocidad arbitraria v respecto a un cierto observador que no detecte campo eléctrico. Si el observador detecta una deflexión de la trayectoria de la partícula entonces en esa región existe un campo magnético. El valor o intensidad de dicho campo magnético puede medirse mediante el llamado vector de inducción magnética B, a veces llamado simplemente "campo magnético", que estará relacionado con la fuerza F y la velocidad v medida por dicho observador en el punto P: Si se varía la dirección de v por P, sin cambiar su magnitud, se encuentra, en general, que la magnitud de F varía, si bien se conserva perpendicular a v . A partir de la observación de una pequeña carga eléctrica de prueba puede determinarse la dirección y módulo de dicho vector del siguiente modo:
  • La dirección del "campo magnético" se define operacionalmente del siguiente modo. Para una cierta dirección de v, la fuerza F se anula. Se define esta dirección como la de B.
  • Una vez encontrada esta dirección el módulo del "campo magnético" puede encontrarse fácilmente ya que es posible orientar a v de tal manera que la carga de prueba se desplace perpendicularmente a B. Se encuentra, entonces, que la F es máxima y se define la magnitud de B determinando el valor de esa fuerza máxima:
En consecuencia: Si una carga de prueba positiva q0 se dispara con una velocidad v por un punto P y si obra una fuerza lateral F sobre la carga que se mueve, hay una inducción magnética B en el punto P siendo B el vector que satisface la relación:


La magnitud de F, de acuerdo a las reglas del producto vectorial, está dada por la expresión:


Expresión en la que  es el ángulo entre v y B.

El hecho de que la fuerza magnética sea siempre perpendicular a la dirección del movimiento implica que el trabajo realizado por la misma sobre la carga, es cero. En efecto, para un elemento de longitud dl de la trayectoria de la partícula, el trabajo dW es FB.d.l que vale cero por ser F y dl perpendiculares. Así pues, un campo magnético estático no puede cambiar la energía cinética de una carga en movimiento.

Si una partícula cargada se mueve a través de una región en la que coexisten un campo eléctrico y uno magnético la fuerza resultante está dada por:


Esta fórmula es conocida como Relación de Lorentz


PRÓXIMO TEMA AVANZADO EN MAGNETISMO RELATIVIDAD