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).
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 
del campo magnético
que lo atraviesa en la unidad de tiempo, lo que se expresa por la fórmula Ley
de Faraday).
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
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