3.2: Electricidad y Magnetismo

Electricidad y magnetismo

Existe una relación directa entre la electricidad y el magnetismo. Si hay flujo de corriente en un conductor habrá líneas de fuerza creadas alrededor del conductor. Si pudieras mirar el campo magnético formado alrededor de un conductor portador de corriente, se vería como Figura\(\PageIndex{1}\).

Figura\(\PageIndex{1}\): Campo electromagnético (CC BY-NC-SA; BC Industry Training Authority)

Tenga en cuenta que las líneas de fuerza rodean el conductor en anillos y tienen dirección. La dirección de las líneas de fuerza depende de la dirección del flujo de electrones. Si conoces la dirección del flujo de electrones, puedes determinar la dirección de las líneas de fuerza usando tu mano izquierda.

La “regla de la izquierda” dice que si sostienes el conductor en tu mano izquierda con el pulgar apuntando en la dirección del flujo de corriente de electrones, tus dedos se curvarán en la dirección de las líneas de fuerza. A veces encontrará esto referenciado como la “regla de la derecha” de aquellos que usan notación de flujo de convención.

Interacción de campos

Los campos magnéticos alrededor de un conductor portador de corriente actúan de la misma manera que los campos alrededor de un imán permanente. En la Figura\(\PageIndex{2}\), dos conductores se han movido juntos. La corriente va en direcciones opuestas, como lo indica el símbolo en el extremo del conductor. Una X indica flujo de electrones adentro; un punto indica flujo de electrones hacia fuera. Las líneas magnéticas de fuerza intentan separar los dos conductores porque están en direcciones opuestas. Las flechas indican la dirección de la fuerza magnética.

Figura\(\PageIndex{2}\): Corrientes opuestas repelen (CC BY-NC-SA; BC Industry Training Authority)

Si uno de los conductores tiene la corriente invertida, entonces las líneas magnéticas de fuerza viajan en las mismas direcciones. Cuando esto ocurre las líneas de fuerza tratan de contraerse y tirar apretadas, tal como lo hicieron con un imán permanente. La fuerza resultante intentará unir los dos conductores (Figura\(\PageIndex{3}\)).

Figura\(\PageIndex{3}\): Las corrientes similares atraen (CC BY-NC-SA; BC Industry Training Authority)

Conductores en bucles

Si un conductor que transporta una corriente se forma en un bucle, el campo magnético se dispondrá de manera diferente. Formará líneas de fuerza en bucle con un polo norte a un lado del bucle y un polo sur en el otro. Las líneas de flujo magnético se suman entre sí y producen un campo magnético mucho más denso en el centro de la bobina (Figura\(\PageIndex{4}\)).

Figura\(\PageIndex{4}\): Flujo en bucle (CC BY-NC-SA; BC Industry Training Authority)

Electroimanes

Si se coloca una pieza de hierro blando en la bobina y se pasa una corriente a través de la bobina en una dirección, el campo magnético de la bobina hace que los dominios se alineen en el hierro. Esto provoca que se formen polos en el hierro y crea un electroimán, como se muestra en\(\PageIndex{5}\).

Figura\(\PageIndex{5}\): Electroimán (CC BY-NC-SA; Autoridad de Capacitación de la Industria BC)

La fuerza del electroimán varía con el número de bucles formados, la intensidad de la corriente eléctrica y el tipo de núcleo en el devanado. Debido a que el núcleo de hierro tiene una baja retención magnética, el campo magnético colapsa cuando la corriente deja de fluir. El núcleo de hierro ya no está magnetizado y liberará lo que sea que se esté usando para sujetar o tirar hacia adentro.

Motores y generadores eléctricos

Los electroimanes son probablemente los más utilizados en motores y generadores. Hemos visto que el magnetismo puede ser causado por la electricidad. Los motores eléctricos utilizan la fuerza de los electroimanes para producir rotación. Por otro lado, la electricidad puede ser producida por magnetismo. Cuando un conductor se mueve a través de un campo magnético o un imán se mueve más allá de un conductor, el movimiento inducirá una tensión en el conductor. La mayor parte de la electricidad se genera de esta manera.

Para generar un voltaje, se deben combinar tres elementos (Figura\(\PageIndex{6}\):

1. un conductor
2. un campo magnético
3. movimiento por el conductor o el campo magnético

Figura\(\PageIndex{6}\): Generador simple (CC BY-NC-SA; BC Industry Training Authority)

La cantidad de voltaje producido dependerá de la intensidad del campo magnético y de la velocidad a la que se mueva el conductor o el campo. Un conductor que se mueve a través de un campo magnético rápidamente generará un voltaje mayor que uno que se mueve más lentamente.

Un conductor que se mueve a través de un campo magnético fuerte generará un voltaje mayor que uno movido a través de un campo magnético débil.

Corriente alterna

La corriente eléctrica que fluye en una dirección durante una fracción de segundo y luego cambia de dirección en otra fracción de segundo se llama corriente alterna (CA). En una tensión alterna, la polaridad invierte la dirección periódicamente. El movimiento mecánico giratorio de un generador eléctrico produce voltaje y corriente de CA.

Forma de onda CA y hercios

Hertz es la unidad utilizada para describir la frecuencia de cambio de dirección de CA. La figura\(\PageIndex{7}\) es una ilustración gráfica usando una línea curva con flechas para indicar un cambio de dirección en el flujo de electrones AC. Comenzando en el punto A, la corriente fluye en una dirección, y luego a 120 voltios cambia de dirección, baja a 0 voltios, y continúa a 120 voltios, donde vuelve a cambiar de dirección al punto B a 0 voltios.

Figura\(\PageIndex{7}\): Onda sinusoidal AC (CC BY-NC-SA; Autoridad de Capacitación de la Industria BC)

Si tarda un segundo en completar el ciclo de A a B, diríamos que la frecuencia es de 1 hertz. La corriente CA de los servicios domésticos se suministra al cliente a 60 hercios, es decir, 60 ciclos por segundo.

Fuente de alimentación monofásica

La energía eléctrica monofásica se refiere a la distribución de energía eléctrica de corriente alterna utilizando un sistema en el que todos los voltajes del suministro varían al unísono. La distribución monofásica se utiliza cuando las cargas son principalmente de iluminación y calefacción, y con algunos motores eléctricos grandes. La potencia monofásica normalmente comprende una tensión que se transporta entre dos conductores separados. Las dos líneas calientes se llaman Línea 1 y Línea 2. En algunos sistemas, se proporciona un neutro conectado a tierra, a menudo etiquetado como N, que reduce el voltaje referenciado a la mitad. Estos sistemas se encuentran típicamente en aplicaciones residenciales y pequeñas comerciales.

Fuente de alimentación de CA trifásica

La energía eléctrica trifásica se refiere a un tipo de distribución de energía eléctrica en la que tres o más conductores eléctricos energizados transportan corrientes alternas. Ejemplos de sistemas de energía trifásicos son las aplicaciones industriales y la transmisión de potencia. Las fuentes de alimentación trifásicas se utilizan para alimentar motores grandes y otras cargas pesadas. Un sistema trifásico es generalmente más económico que los sistemas equivalentes monofásicos o bifásicos (una fuente de alimentación poco común) con el mismo voltaje.

La potencia trifásica comprende tres voltajes independientes que se transportan en tres conductores separados. Las tres líneas calientes se llaman Línea 1, Línea 2 y Línea 3. La energía trifásica se encuentra típicamente en edificios comerciales e industriales.

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