Conceptos Esenciales de Electromagnetismo y Fuentes de Generación Eléctrica

Fundamentos del Magnetismo y Electromagnetismo

El magnetismo es la propiedad de los imanes y las corrientes eléctricas de ejercer acciones a distancia, como atracción o repulsión. Se genera por el movimiento de partículas cargadas, como los electrones. Si acercamos una barra de hierro a un imán, el hierro adquiere la propiedad magnética del imán, pero al separarla, pierde el magnetismo.

Conceptos Magnéticos Fundamentales

Polos Magnéticos

Si ponemos un imán en limaduras de hierro, al mover el imán, vemos que las limaduras se acumulan en los extremos, pegándose a él. Las zonas donde se pegan las limaduras son los polos magnéticos.

Líneas de Fuerza Magnética

Colocando limaduras de hierro sobre una cartulina y un imán debajo, las limaduras forman unas líneas curvas alrededor de la barra imán que van del polo norte al sur.

Inducción Magnética

Cuando se sitúa una carga eléctrica en el interior de un campo magnético, esta experimenta una fuerza. A su vez, una carga en movimiento produce a su alrededor un campo magnético.

Clasificación de Materiales Magnéticos

Permeabilidad Magnética

Cada cuerpo tiene un coeficiente que define su permeabilidad, es decir, la capacidad de ser magnetizado o de permitir el paso de líneas de fuerza magnética.

• Ferromagnéticos: Materiales que son capaces de concentrar líneas de fuerza. Ejemplos: Hierro, cobalto, níquel.
• Paramagnéticos: Materiales que no concentran las líneas de fuerza de manera significativa. Ejemplos: Aluminio y titanio.
• Diamagnéticos: Materiales que dispersan las líneas de fuerza. Ejemplos: Cobre, cadmio, mercurio.

Leyes y Aplicaciones del Electromagnetismo

Captador Inductivo

Se basa en los efectos de la electricidad sobre el magnetismo. Al girar una rueda dentada, se produce una distorsión del campo magnético. Esto afecta a la bobina, que genera una corriente eléctrica alterna.

Experiencia de Oersted

Demuestra que la corriente eléctrica produce un campo magnético que actúa sobre los imanes. Se sitúa una brújula debajo de un conductor y se observa que, cuando pasa la corriente, la aguja se coloca perpendicular a esta. Si se invierte el sentido de la corriente, la brújula también invierte su sentido.

Para determinar el sentido del campo, se utiliza la Regla de la Mano Derecha: rodeamos con la mano derecha el conductor de forma que el pulgar coincida con el sentido de la corriente; el resto de los dedos indicarán el sentido del campo magnético.

Regla de la Mano Izquierda (Fuerza de Lorentz)

Indica la dirección y el sentido de la fuerza ejercida sobre un conductor en el seno de un campo magnético. Según esta ley, la fuerza con que el campo desplaza el conductor depende de:

• La intensidad de la corriente.
• La longitud del conductor.
• El propio campo magnético.

Métodos de Generación de Corriente Eléctrica

Existen diversas formas de transformar otras energías en electricidad:

Térmico

Los termopares son la unión de dos metales con diferente potencial termoeléctrico. Si se calientan, generan corriente.

Piezoeléctrico

Las deformaciones físicas experimentadas por un cristal de cuarzo generan corriente en sus extremos. El fenómeno también es reversible: al aplicar una corriente eléctrica en los cristales, aumenta su tamaño.

Fotoeléctrico

Al incidir la luz en materiales semiconductores (compuestos de silicio), se liberan electrones y se establece una corriente eléctrica. Este principio se utiliza en las placas solares.

Magnético (Inducción)

Por inducción magnética sobre un conductor se genera corriente. En los vehículos, es el método más empleado para generar electricidad.

Químico

La reacción química de los compuestos puede originar el desprendimiento de electrones y la circulación de corriente. Esto se emplea en las baterías y en las pilas de combustible de hidrógeno.

Principio de Funcionamiento de un Generador

La fuerza electromotriz (FEM) inducida en un conductor depende del flujo cortado y del tiempo empleado en cortar este flujo (la FEM aumenta si disminuye el tiempo empleado).

Demostración con Solenoide

Si colocamos un solenoide con sus dos extremos conectados a un galvanómetro, al acercar o alejar un imán, la aguja del galvanómetro se desviará en un sentido o en otro del punto de reposo. Esto significa que se ha generado una fuerza electromotriz en el solenoide.