Fundamentos de Electromagnetismo y Generación de Energía Eléctrica

Dispositivos de Inducción Electromagnética

• Alternador: Espira plana que gira en un campo magnético uniforme creado por imanes permanentes. Sus extremos están conectados a dos anillos que giran con ella, y el circuito exterior se acopla mediante dos escobillas.
• Dinamo: Espira o bobina que gira entre dos polos de un imán. La variación de flujo genera una corriente inducida y sus extremos están conectados a dos semianillos apoyados sobre dos escobillas.
• Corrientes de Foucault: Corrientes que circulan por toda la superficie o volumen del material. Sus efectos son la oposición al movimiento o las pérdidas por efecto Joule; se utilizan, por ejemplo, en frenos de trenes.
• Aplicación de bobinas: Funcionan como electroimanes en motores eléctricos, estabilizadores de corriente en balastos electromagnéticos o detectores de presencia en semáforos.
• Transformador: Consta de dos bobinas de hilo conductor enrolladas alrededor de un núcleo de hierro dulce y aisladas entre sí (circuito primario y secundario). Pueden ser ideales o reales.

Centrales Eléctricas y Fuentes de Energía

Las centrales eléctricas se clasifican según la fuente de energía utilizada:

• Hidroeléctricas: Aprovechan la caída del agua para mover turbinas. Tienen alto rendimiento y no generan residuos, aunque afectan al ecosistema.
• Térmicas: Producen vapor al quemar combustibles fósiles. Ofrecen buen rendimiento, pero emiten residuos tóxicos y contaminantes.
• Nucleares: Generan vapor mediante la fisión nuclear. Tienen alto rendimiento, pero producen residuos radiactivos y conllevan riesgos de contaminación.
• Eólicas: Utilizan el viento para mover las aspas de los molinos. Son sostenibles y no contaminan, aunque su rendimiento es bajo y dependen de las condiciones climáticas.
• Solares fotovoltaicas: Producen electricidad directamente a partir de la luz solar sin turbinas. Son sostenibles y limpias, pero tienen bajo rendimiento, coste elevado y requieren alta radiación solar.
• Geotérmicas: Aprovechan el calor interno de la Tierra. Son sostenibles y no generan residuos tóxicos, aunque solo son viables en zonas con actividad térmica y su rendimiento es bajo.

Síntesis Electromagnética: Las Ecuaciones de Maxwell

Maxwell predijo que un campo eléctrico variable genera un campo magnético y, a su vez, un campo magnético variable genera un campo eléctrico.

• 1.ª Ecuación (Teorema de Gauss para el campo eléctrico): El flujo del campo eléctrico a través de cualquier superficie cerrada es proporcional a la carga eléctrica interior neta.
• 2.ª Ecuación (Ley de Gauss para el magnetismo): El flujo magnético a través de una superficie cerrada es cero. La evidencia experimental es que no existen monopolos magnéticos; los polos siempre se presentan por parejas.
• 3.ª Ecuación (Ley de Faraday): Un campo magnético variable genera un campo eléctrico a su alrededor.
• 4.ª Ecuación (Teorema de Ampère-Maxwell): Un campo magnético puede ser producido por una corriente eléctrica o por un campo eléctrico variable (corriente de desplazamiento).

Instrumentación y Propiedades Magnéticas

Espectrómetro de masas

Instrumento de laboratorio utilizado para determinar la proporción de los distintos isótopos de cada elemento, separando los átomos ionizados en función de su relación masa-carga. Consta de:

• Una cámara de ionización donde se producen los iones.
• Una región donde se aceleran mediante un campo eléctrico.
• Una región donde se desvían mediante un campo magnético perpendicular a su velocidad.
• Una pantalla o placa donde inciden los iones tras describir una semicircunferencia, permitiendo contarlos mediante un detector.

Clasificación de sustancias magnéticas

• Sustancias paramagnéticas: Como el platino o el paladio, son ligeramente atraídas por un imán.
• Sustancias diamagnéticas: Son ligeramente repelidas por un imán, como el plomo y el agua. Un caso excepcional son los superconductores.

Generador eléctrico

Dispositivo que transforma una determinada forma de energía en energía eléctrica.