Magnitudes y fenómenos del electromagnetismo: intensidad, inducción, flujo e histéresis

Magnitudes de electromagnetismo

Intensidad de campo (H)

Es el número de líneas de fuerza por cm² que caracteriza la intensidad del campo magnético. También puede interpretarse como la fuerza que el campo origina sobre una masa magnética. Se representa por la letra H.

Inducción magnética (B)

Es el número de líneas de fuerza por cm² que atraviesan el material o núcleo. Se representa por la letra B y su unidad en el Sistema Internacional es el tesla (T).

En núcleos de material ferromagnético se emplea para aumentar el campo magnético. Su relación con la intensidad de campo es:

B = μ · H

Donde μ es el coeficiente de permeabilidad del material, es decir, la facilidad que tiene el material para permitir el paso y aumentar el número de líneas de fuerza.

Flujo magnético (Φ)

Es el número de líneas de fuerza que atraviesan una superficie. Se define como:

Φ = B · S

Con B en tesla (T) y S en metros cuadrados (m²).

Ley de Hopkinson

En los circuitos magnéticos, equivalente a la ley de Ohm en electricidad, nos dice que el flujo magnético es el cociente entre la fuerza magnetomotriz y la reluctancia del circuito. La fuerza magnetomotriz se expresa como N · I (número de espiras por corriente) y la reluctancia es la resistencia que ofrece el material al paso de las líneas de fuerza.

Curva de magnetización

Relaciona los valores de la intensidad de campo (H) en el eje horizontal y la inducción magnética (B) en el eje vertical, para un material dado.

En el caso de una chapa ferromagnética, la inducción es creciente hasta llegar al valor de saturación (aproximadamente 2 T en muchos materiales ferromagnéticos), donde se mantiene prácticamente constante y no aumenta significativamente a pesar del aumento de H.

Histéresis magnética

Es el fenómeno por el cual el valor de la inducción magnética (B) no depende solo del valor de la intensidad de campo (H), sino también del estado magnético previo del material. Es decir, el comportamiento de B viene condicionado por la historia magnética del material.

Ciclo de histéresis

Se produce en núcleos magnéticos de máquinas de corriente alterna (transformadores, motores, etc.).

Es una curva cerrada (lazo de histéresis) que se obtiene al someter a los materiales a una intensidad de campo (H) creciente y decreciente en sentido positivo y negativo. Este fenómeno produce pérdidas llamadas pérdidas por histéresis, que se transforman en calor y cuyo valor es proporcional al área del lazo. Una relación empírica común para estas pérdidas es:

P_h = K · Bⁿ · f = W

donde K y n son constantes del material y f la frecuencia.

Circuito magnético de máquinas

Toda máquina electromagnética tiene un circuito magnético y dos circuitos eléctricos (en los casos típicos). El circuito magnético de la máquina es cerrado para permitir y aumentar la circulación de las líneas de fuerza. Se construye con material ferromagnético (hierro con silicio) por tener un coeficiente de permeabilidad alto.

Los núcleos suelen fabricarse con chapas de 0,5 mm de espesor aisladas entre sí para reducir las pérdidas por corrientes de Foucault (corrientes parásitas) en máquinas de corriente alterna (C.A.). En máquinas de corriente continua (C.C.) los núcleos pueden ser de una sola pieza.

Ley de Faraday o ley de inducción electromagnética

Los generadores eléctricos (alternadores y dínamos) funcionan y generan una fuerza electromotriz de acuerdo con esta ley, que establece que al mover un conductor dentro de un campo magnético de forma que corte líneas de fuerza, se genera una fuerza electromotriz (f.e.m.).

Corrientes parásitas o pérdidas de Foucault

Se producen al someter un núcleo magnético a un campo magnético variable. Según la ley de Faraday, se genera en el mismo una f.e.m., lo que provoca la circulación de corrientes llamadas corrientes parásitas o de Foucault, que se transforman en pérdidas de calor.

Estas corrientes se producen en todas las máquinas de C.A. y se reducen construyendo los núcleos magnéticos con chapas de espesor reducido (por ejemplo, 0,3 o 0,5 mm) aisladas entre sí.