FÍSICA: ELECTRICIDAD: Magnetismo y electromagnetismo - 5ª parte
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Física

ELECTRICIDAD

Magnetismo y electromagnetismo - 5ª parte


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Efectos electromagnéticos en una bobina

os efectos electromagnéticos sobre un conductor, o conductores paralelos, ya descritos en apartados estudiados anteriormente, tienen su extensión en los conductores que adoptan formas diferentes a una línea recta.

Así, cuando un conductor es enrollado sobre alguna forma tubular con objeto de darle sentido circular (espira), o sobre algún material con propiedades magnéticas, las líneas de fuerza siguen reglas similares a las de un conductor lineal, pero sufren  modificaciones provocadas por los diferentes parámetros que intervienen, tales como el número de espiras, el material utilizado como núcleo, la distancia entre espiras, intensidad de la corriente aplicada, etc.

Además, el estudio de todos estos efectos es importantísimo en electrónica, pues de la aplicación práctica de esas características surgen los circuitos resonantes para osciladores, sintonizadores de emisoras de radio o televisión, temporizadores, etc. De ahí el gran interés que supone el estudio y comprensión de las propiedades electromagnéticas de las bobinas.

Campo magnético alrededor de una espira de hilo

Si formamos una espira con un conductor recto, las mismas líneas de fuerza rodearán al conductor, de la misma forma que cuando era recto. Todas las líneas de fuerza entran por un lado de la espira y salen por el otro.

Un conductor en forma de espira se comporta como un pequeño imán, con su polo norte y sur
Un conductor en forma de espira se comporta como un pequeño imán, con su polo norte y sur

Por lo tanto, la espira actúa como un imán con un polo norte en un lado y un polo sur en el otro. El norte estará en el lado en que las líneas de fuerza salen de la espira, y el sur en el lado en que entran en ella.

El imán formado así es muy débil, pero puede aumentarse la potencia del campo magnético arrollando varias espiras para formar una bobina, como se explica a continuación.

Campo magnético en una bobina

Cuando varias espiras se arrollan para formar una bobina, y la corriente pasa a través del conductor, el campo magnético de cada espira enlaza con el de la siguiente, tal como se muestra en la ilustración.

El campo magnético producido entre dos espiras es similar al producido entre dos conductores paralelos cuyas corrientes fluyen en la misma dirección. La influencia combinada de todas las vueltas produce dos campos paralelos de dos polos, semejantes al de un imán permanente en forma de barra. Tendrá todas las propiedades de un imán permanente en tanto la corriente esté fluyendo.

La líneas de fuerza combinadas a lo largo de todas las espiras, producen dos campos paralelos con dos polos, cuya disposición es similar a la de un imán permanente en barra.
La líneas de fuerza combinadas a lo largo de todas las espiras, producen dos campos paralelos con dos polos, cuya disposición es similar a la de un imán permanente en barra.

Una inversión en la corriente en el conductor provoca la inversión de la dirección del campo magnético que ella produce. Por lo tanto, la inversión de la corriente produce la inversión de los polos del campo.

Como se ha dicho, aumentando el número de espiras arrolladas (vueltas del conductor), se aumenta el número de líneas de fuerza, y por tanto actúa como un imán más fuerte. Igualmente, el aumento de la corriente que circula por el cable de la bobina, así como la ductilidad del núcleo, también incrementan la fuerza del campo magnético. Por ello, los potentes electroimanes utilizan bobinas de muchas vueltas con núcleos de hierro para aumentar la densidad del flujo, además de soportar toda la corriente que permita el calibre del hilo conductor.

La construcción y disposición física de los componentes del electroimán también son importantes para mejorar el rendimiento. Así, si se dispone el núcleo en forma de herradura, y se utilizan dos bobinas en cada extremo con el cable de ambas arrollado en la misma dirección, los polos magnéticos resultantes serán de distinto signo, y por tanto se atraerán, consiguiéndose una mayor concentración de las líneas de fuerza, que se moverán entre el espacio vacío de ambos polos y por el interior del núcleo. Cuanto más pequeño sea el espacio de aire que hay entre los polos mayor será la densidad de flujo entre ellos.

La disposición en forma de herradura y el arrollado del cable en la dirección correcta, permite una mayor concentración de las líneas de fuerza
La disposición en forma de herradura y el arrollado del cable en la dirección correcta, permite una mayor concentración de las líneas de fuerza

Si el arrollado del cable en ambos extremos del núcleo no se realizara en la dirección correcta (con las vueltas siempre en la misma dirección), los polos de los campos magnéticos serían del mismo signo, produciendo repulsión entre ellos. En esta situación el campo magnético entre polos quedaría anulado, y por tanto el electroimán no tendría flujo de líneas de fuerza en el espacio vacío.

La unidad de medida para comparación entre bobinas con núcleos similares es el amperio-vuelta. Es una unidad producto de multiplicar la intensidad de corriente en amperios por el número de vueltas de la bobina.

Regla de la mano izquierda para bobinas

Cuando se conoce la dirección en que circula la corriente, la polaridad del campo magnético se puede determinar mediante la regla de la mano izquierda para bobinas. Si se toma la bobina con la mano izquierda y los dedos que la envuelven señalan la dirección del flujo de corriente, el pulgar apunta hacia el polo norte, tal como se indica en la ilustración.

Regla de la mano izquierda para bobinas

La fuerza o intensidad del campo de una bobina depende del número de factores. Los principales son:

1. El número de vueltas del conductor

2. El tipo de material del núcleo

3. La relación entre la longitud de la bobina y su anchura

4. La cantidad de corriente que circula por la bobina

El primero de los tres factores es invariable, pues viene fijado en la fabricación de la bobina. El último factor es el que se aplica a los aparatos de medida. La cantidad de corriente que fluye por la bobina es medida por la fuerza del campo magnético producido.

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