Electricidad básica y magnetismo.

En primer lugar nos preguntamos, ¿qué es materia?

Es todo aquello que tiene masa, y ocupa un lugar en el espacio, se puede tocar, medir, etc.

La partícula más pequeña, que conserva las propiedades físico químicas de la materia es la molécula. Esta molécula a su vez está formada por partículas más pequeñas llamadas átomos.

Seguro que la palabra átomo la relacionas con algo pequeño, ¿pero alguna vez te has preguntado qué es?

En el átomo distinguimos dos partes una central, denominada núcleo, y a su alrededor la corteza.

El núcleo contiene partículas con cargas positivas, los protones, y partículas que no poseen carga eléctrica los neutrones.

La corteza, zona que rodea al núcleo, contiene los electrones, con carga negativa, éstos se encuentran distribuidos en distintas capas o niveles moviéndose alrededor del núcleo.

Los átomos son eléctricamente neutros, debido a que tienen el mismo número de electrones que de protones.

A continuación puedes ver la representación del modelo atómico de dos elementos, el helio y el aluminio:

• Modelo atómico del helio (He). El átomo de helio tiene dos electrones, representados en la imagen en azul. Los protones y neutrones, en la imagen de color rosa y gris.
• Modelo atómico del aluminio (Al), tiene 13 electrones repartidos en tres capas, 2 en la primera más cercana al núcleo, 8 en la segunda y 3 en la tercera capa.

Modelo atómico del Helio.

Modelo atómico del Aluminio.

Veamos a continuación algunos de los elementos a tener en cuenta sobre la estructura atómica.

• El electrón. Es una partícula con carga eléctrica negativa que giran alrededor del núcleo. Están situados en diferentes niveles energéticos.

  Los electrones colocados en la última capa u órbita de valencia son las que le confieren a la materia algunas de sus propiedades físicas, como la conductibilidad.

  Los electrones, se mantienen en sus órbitas debido a una fuerza de atracción, con los protones del núcleo.

  El electrón posee la cantidad mínima de carga negativa, se le asigna el valor de -1 y corresponde a

• Clasificación de los materiales según su conductibilidad eléctrica. En la naturaleza podemos encontrar, tres tipos de materiales según su comportamiento frente a la electricidad:
  • Conductores.
  • Semiconductores.
  • Aislantes.

Los electrones de la última capa u electrones de valencia, también llamados electrones libres son los responsables de la electricidad. Esta última capa, en los materiales conductores no está completa de electrones, por lo que con una pequeña cantidad de energía resulta fácil quitarle un electrón, y el átomo quedaría cargado positivamente, y éste a su vez atraería un electrón de un átomo adyacente:

• Los materiales conductores son aquellos que dejan pasar la corriente con facilidad. Los metales son buenos conductores, y siendo el cobre y el aluminio los más utilizados por sus buenas cualidades y un coste más reducido que otros como la plata, que aunque mejor conductor resulta más caro.
• Los materiales aislantes o dieléctricos son los que no dejan pasar la corriente eléctrica o la dejan pasar con dificultad, como son los plásticos, el vidrio, papel, etc.
• Los materiales semiconductores, son sustancias que se comportan como conductores o aislantes bajo diferentes condiciones, los más utilizados son el silicio y germanio, que en estado puro y temperatura ambiente son conductores y a -273 ºC son aislantes.

¿Te has parado a pensar por qué funcionan los electrodomésticos de tu casa? ¿Cómo funciona la electricidad?

Al movimiento ordenado de los electrones, de un átomo a otro, a través de un conductor le llamamos corriente eléctrica. Este flujo de electrones se produce al aplicar una diferencia de potencial entre los extremos del conductor, debido a la atracción de los electrones libres hacia el polo positivo u ánodo, y para que esto suceda tienen que entrar por el otro extremo del conductor, cedidos por el cátodo o polo negativo.

Tipos de electricidad.

Podemos diferenciar dos tipos de electricidad:

• Electricidad estática. Se encuentra en reposo.
• Electricidad dinámica. Se encuentra en movimiento,y puede ser de dos tipos:
  • Corriente directa o continua (CD), dentro la cual tenemos un caso especial:
    • Corriente pulsatoria.
  • Corriente alterna (CA).

¿Habías oído hablar de la corriente estática? ¿Sabes por qué se llama estática?

La corriente estática como su nombre indica no se mueve respecto del cuerpo que la contiene.

La carga eléctrica que posee un cuerpo puede ser de dos tipos:

• Positiva si el cuerpo pierde electrones.
• Negativa si gana electrones.

Esta corriente la podemos obtener si frotamos un cuerpo, por ejemplo si frotamos una varilla de ámbar con un paño de lana, el ámbar gana electrones quedando cargada negativamente, y el paño de lana positivamente al ceder los electrones. Este fenómeno se conoce con el nombre de electrización.

La carga eléctrica, es una magnitud física, por lo tanto se puede medir; siendo (Q) la cantidad de electricidad o carga eléctrica que almacena un cuerpo y su unidad de medida en el sistema internacional (SI) el culombio (C).

La carga eléctrica se expresa en cantidades que son múltiplos de una unidad fundamental, la carga del electrón de donde tenemos queelectrones libres.

¿Sabías qué Coulomb fue un físico muy importante en su época?

Coulomb comprobó que la fuerza de atracción o repulsión que ejercen dos cargas entre sí depende del valor de ambas cargas Q₁ y Q₂ y de la distancia r que las separa.

Estableció que la ley que rige dicha atracción podía expresarse matemáticamente de la siguiente forma (las imágenes también lo ilustran).

La fuerza (F) de atracción o repulsión entre dos cuerpos cargados, es directamente proporcional al producto de las cargas Q₁ * Q₂ e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia (r) que las separa. Si las cargas son del mismo signo se repelen y si son de signo contrario se atraen. La unidad de medida es el Newton (N).

¿Has oído halar de la dinámica? ¿Sabías qué se refiere al movimiento de las cosas?

El movimiento de electrones o flujo de electrones a lo largo de un conductor, es lo que se llama corriente eléctrica dinámica, esta corriente puede ser de tres tipos: corriente alterna, continua y pulsatoria.

La velocidad de desplazamiento del electrón es muy pequeña, éste se desplaza a la velocidad. cuando la intensidad es continua, pero cuando es alterna no recorren distancia, solamente oscilan alrededor de un punto, siendo la velocidad máxima.

En los siguientes apartados vamos a estudiar los tres tipos de corriente eléctrica dinámica que hemos mencionado antes:

• Corriente alterna.
• Corriente continua.
• Corriente pulsatoria.

¿Conoces el grupo de música AC/DC? ¿Sabes qué significa?

Se denomina corriente alterna, AC abreviatura en inglés o CA en español, a la corriente eléctrica en la que la magnitud y la dirección varían cíclicamente.

• Parámetros de la corriente alterna. Debes saber que hay varios parámetros de la corriente alterna. Son los siguientes:
  • Amplitud de onda. Es el valor máximo que alcanza la tensión, tanto negativo como positivo. El valor máximo positivo recibe el nombre de pico o cresta y el valor máximo negativo vientre o valle, su unidad es el voltio (V).
  • Periodo. Es el tiempo en que tarda en realizarse un ciclo completo, una onda positiva y una negativa, su unidad de medida es el segundo (s) y se representa con la letra (T).
• Frecuencia.

  Es el número de ciclos que se repiten en un segundo. Su unidad de medida es el hercio (Hz) y se representa con la letra (f), para medir la frecuencia utilizamos múltiplos del hertz:

  • Kilohercio (Khz) = 10³ Hz.
  • Megahercio (MHz) = 10⁶ Hz.
  • Gigahercio (GHz) = 10⁹ Hz.

¿Sabías qué la corriente que almacenan las pilas es corriente continua?

Los electrones solo circulan en una dirección, de negativo a positivo, sentido real de la corriente, aunque en el sentido convencional la corriente va de positivo a negativo.

Ésta es la corriente que nos proporciona una pila, y es la que utilizamos en el automóvil para poder cargar la batería.

Este tipo de señal alterna sus niveles entre dos valores extremos sin pasar por los valores intermedios.

Este tipo de señal es con la que trabajan los sistemas digitales, y en el automóvil se utiliza en los sistemas de redes de transmisión de datos.

Como recordarás de cuando estudiabas la asignatura de física, existen diferentes magnitudes físicas, entre ellas las eléctricas.

Magnitud es todo aquello que puede medirse, sustancia o fenómeno físico, como por ejemplo la tensión, la resistencia, la intensidad, etc.

Repasemos cuáles son las principales magnitudes físicas eléctricas:

Magnitudes y unidades relacionadas con la unidad

Magnitud	Símbolo de la magnitud	Fórmula	Unidad (SI)	Símbolo de la unidad
Carga eléctrica	Q	6,25 * 1018 electrones	Culombio	C
Fuerza de atracción entre cargas	F		Newton	N
Periodo	T		Segundo	s
Frecuencia	f		Hertz	Hz
Intensidad de corriente	I		Amperio C*s-1	A
Potencial eléctrico	U		Voltio	V
Resistencia eléctrica	R		Ohmio	Ω
Trabajo	W		Julio	J
Potencia	P		Vatio	W
Calor	Q		Caloría	Cal

¿Cómo se definie la intensidad de corriente?

La intensidad de corriente en el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C * s^-1

El Amperio también se puede denominar como ampere y se reperesenta por A. Un amperio es la corriente continua que al pasar por una disolución de nitrato de plata deposita 0,001118 gramos de plata en cada segundo.

También podemos decir que un amperio es la intensidad de una corriente que al circular por dos conductores rectilíneos, paralelos de longitud infinita y situados a un metro de distancia en el vacío experimentan una fuerza entre ellos igual a newton por metro de longitud del cable.

Una corriente se dice que tiene una intensidad de 1 A, cuando por la sección trasversal del conductor pasa 1 Culombio cada segundo.

El aparato capaz de medir la intensidad es el amperímetro, y el galvanómetro, instrumento que mide intensidades de corriente muy pequeñas.

En este apartado vamos a estudiar dos magnitudes fundamentales en la electricidad: Tensión y resistencia. ¿Sabes el voltaje de tu casa? ¿Y el de un coche?

• Tensión.

  Voltaje, tensión o diferencia de potencial (ddp) es la energía que se comunica a los electrones a través de un conductor, en un circuito eléctrico cerrado, para que se establezca un flujo continuo de los mismos.

  La ddp también se define como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo eléctrico, sobre una partícula cargada, para moverla de un punto de referencia a otro punto del campo.

  La unidad de medida de la tensión es el voltio (V). La tensión se representa por la letra u mayúscula (U).

  El aparato capaz de medir la tensión es el voltímetro, un voltio es la tensión que hay que aplicar a un conductor de resistencia, un ohmio, para que se produzca una corriente de un amperio.

• Resistencia.

  Es la dificultad que encuentran los electrones para moverse, en el seno de un material conductor, por lo tanto podemos decir que es la oposición que presenta un cuerpo al paso de la corriente eléctrica. Su unidad de medida es el ohmio (Ω) y se representa con la letra omega mayúscula.

  La resistencia se simboliza con la letra mayúscula R.

El físico alemán Jorge Simón Ohm, en al año 1826, enunció esta ley, la más importante de la electrocinética.

Ohm comprobó que variando la diferencia de potencial, en los extremos de un circuito eléctrico la corriente que lo recorre es siempre proporcional. De estas comprobaciones definió la ley que lleva su nombre.

Se deducen las siguientes expresiones de la ley de Ohm:

• RESISTENCIA. Para calcular la resistencia eléctrica de un circuito conociendo la tensión aplicada y la intensidad que lo recorre.

  

• VOLTAJE. Para calcular la ddp entre los extremos del circuito conocida su resistencia y la intensidad de corriente.

  

¿Te acuerdas qué significaban las siglas ddp?

Seguramente sí, significan diferencia de potencial.

Donde el significado de cada una de esas variables es:

• W: trabajo (J).
• U: diferencia de potencial (V).
• q: carga eléctrica (C).

La capacidad para realizar este trabajo es la energía de la corriente eléctrica, la cual se expresa en función de la intensidad (I). Por lo tanto como la intensidad es la carga que atraviesa la sección del conductor por la unidad de tiempo. Tenemos:

¿Sabías qué la energía eléctrica se puede trasformar en otro tipo de energía, como la calorífica? Seguramente sí, si piensas en una estufa eléctrica. ¿Pero sabes qué explicación física hay detrás?

Cuando la energía eléctrica atraviesa un conductor metálico o no metálico como el grafito, esta energía se trasforma en calor.

El fenómeno por el cual en un conductor se trasforma la energía eléctrica en calor se llama efecto Joule. Si en la fórmula del trabajo (W) sustituimos (U) por (I*R), según la ley de Ohm, obtenemos la siguiente expresión:

También podemos expresar ese trabajo en calorías.

1 Julio = 0,24 Calorías.

La potencia eléctrica es el trabajo eléctrico realizado por unidad de tiempo, se representa con la letra (P), y su unidad es el vatio (W), unidades del Sistema Internacional (SI).

¿Habías pensado alguna vez por qué utilizamos el cobre en la instalaciones eléctricas?

Es por su resistividad.

En un conductor la resistencia eléctrica, depende de dos factores: la resistividad o resistencia específica del material y de las características geométricas (sección y longitud).

La resistividad es una característica propia del material cuyo símbolo es la letra griega ro ρ, siendo su valor para el cobre

Las características geométricas son la sección expresada en mm² y la longitud en m.

El paso de la corriente produce calor, y éste afecta directamente a la resistencia, de tal modo que a mayor temperatura mayor resistencia, este aumento lo cuantificamos con la siguiente expresión.

Donde el significado de cada variable es:

• R₁: resistencia final.
• R₀: resistencia inicial.
• T₁: temperatura final.
• T₀: temperatura inicial.
• α: coeficiente de temperatura.

¿Sabías que siempre que pasa corriente por un componente de un circuito eléctrico, se produce una caída de tensión?

Esta caída de tensión es proporcional a la resistencia del elemento y a la intensidad que lo recorre.

Representa el gasto de energía por unidad de carga que implica el paso de corriente por ese conductor. La caída de tensión que provoca un elemento es igual a la tensión en bornes de ese elemento.

La suma de las caídas de tensión, de los diferentes componentes que forman un circuito montado en serie, es igual a la tensión de la fuente a la que está conectado el circuito.

Cálculo de la sección de un conductor.

Para el cálculo de la sección de un conductor, partimos de la fórmula de la resistencia de un conductor, de donde despejamos la sección.

¿Tú también tienes un imán en el frigorífico? ¿Sabes qué es un imán? ¿Alguna vez te has preguntado qué hace que un imán se pegue a determinadas superficies y no a otras?

Un imán es una sustancia capaz de ejercer una fuerza de atracción sobre el hierro y sus derivados.

Los imanes pueden ser:

• Naturales.
• Artificiales.

Los naturales poseen poco poder de atracción, como la magnetita, que es un mineral con propiedades magnéticas.

Los imanes artificiales son creados por el hombre y pueden ser de dos tipos:

• Temporales.
• Permanentes.

Los temporales solo tienen propiedades magnéticas bajo ciertas circunstancias, por ejemplo por estar en contacto con un imán, o formados mediante corriente eléctrica como los electroimanes.

Los permanentes que conservan sus propiedades magnéticas a lo largo del tiempo, salvo cuando el imán se somete a cambios de temperatura (temperatura de Curie), tensiones mecánicas, etc.

En un imán los extremos se llaman polos y la línea imaginaria que los separa línea neutra. Si un imán lo partimos en trozos, esos trozos conservan las propiedades magnéticas y todos tienen un polo norte y polo sur. No es posible separar los polos en un imán.

Si alguna vez has tenido imanes te habrás dado cuenta que por un lado se atraen, pero por otro se repelen.

Los imanes no ejercen una fuerza de atracción uniforme en toda su superficie, sino que ejercen mayor fuerza en los extremos, a los que llamamos polos magnéticos:

• Polo Norte.
• Polo Sur.

Los imanes irregulares pueden tener más de dos polos.

La brújula, aprovecha las propiedades magnéticas de los imanes para orientarse de forma que los extremos del imán se orientan hacia los polos de la tierra. El polo norte del imán hacia el polo sur magnético y el polo sur hacia el norte magnético.

Si colocamos dos imanes uno cerca del otro observamos que se atraen o se repelen, esto es debido a que polos del mismo signo se repelen y polos de signo contrario se atraen.

¿Sabías que es en el espacio alrededor del imán donde se aprecia la fuerza de atracción de éste?

El campo magnético lo podemos observar de la siguiente manera: colocando un imán debajo de una cartulina y espolvoreando limaduras de hierro.

Se aprecian unas líneas llamadas líneas de fuerza, estas líneas se concentran en los polos, y a medida que nos alejamos del imán disminuye la densidad de líneas.

El campo magnético lo representamos por medio de la inducción magnética .

Por convenio se acepta que las líneas de fuerza del campo magnético entran por el polo sur y salen por el polo norte.

B es el módulo de la inducción magnética cuya unidad en el SI es el tesla (T).

Donde intervienen las variables:

• B: Inducción magnética. (Tesla).
• F: Fuerza que actúa sobre la unidad de carga. (Newton).
• v: Velocidad. (m/s).
• q: Unidad de carga. (Culombio).

FLUJO MAGNÉTICO.

El flujo representa el número de líneas que atraviesan una superficie (S). En el Sistema Internacional de unidades, la unidad de flujo magnético se denomina weber (Wb), siendo su expresión:

¿Te habías puesto a pensar alguna vez por qué gira un motor? ¿Qué ley rige este movimiento?

Es la Ley de Laplace.

Un conductor rectilíneo, recorrido por una corriente crea a su alrededor un campo magnético. Si este conductor lo colocamos en el interior de un campo magnético, experimenta una fuerza sobre él. Laplace cuantificó la fuerza ejercida sobre este conductor.

Donde:

• F: Fuerza.
• I: Intensidad eléctrica.
• B: Inducción magnética.
• l: longitud del conductor.
• α: ángulo que forma el conductor con las líneas campo magnético.

El sentido de esta fuerza lo determina la regla de Maxwell de la mano izquierda, donde colocamos los dedos pulgar, índice y corazón como se indica en la figura.

• Pulgar, indica el sentido de la fuerza.
• Índice, el sentido del campo.
• Corazón, el sentido de la corriente.

Es casi seguro que alguna vez habrás jugado con imanes y habrás observado que no todos los metales son atraídos. ¿A qué se debe?

Esta atracción depende de la permeabilidad magnética.

Es la propiedad que tienen los cuerpos situados en el interior de un campo magnético de dejar pasar las líneas de inducción a través de él.

• Sustancias ferromagnéticas. Son aquellas que concentran las líneas de fuerza, haciéndolas pasar por su interior y aumentando el campo magnético debido a la inducción.

  El coeficiente de permeabilidad es (μ>1), entre estas sustancias tenemos hierro, níquel cobalto, neodimio, etc.

  
• Sustancias paramagnéticas.

  Son aquellas que no alteran sensiblemente el campo magnético.

  (Con μ ≥ 1), algunas de estas sustancias son cromo, manganeso, aluminio, titanio, etc.

  
• Sustancias diamagnética.

  Son sustancias que al colocarlas en el interior de un campo magnético repelen las líneas de campo, el coeficiente de permeabilidad es bajo, (Con μ < 1). Algunos ejemplos de estas sustancias son: el oro, la plata, el cobre, el mercurio, el bismuto, etc.

  

Esto es, mediante la corriente eléctrica podemos crear campos magnéticos y con campos magnéticos podemos obtener corriente eléctrica.

Magnitudes y unidades relacionadas con el electromagnetismo (continuación)

Magnitud	Símbolo para magnitud	Fórmula	Unidad (SI)	Símbolo para unidad
Inducción magnética	B		Tesla	T
Flujo magnético	Φ		Weber	N
Fuerza ejercida por un campo magnético sobre un conductor rectilíneo recorrido por una corriente	F		Newton	N
Fuerza electromotriz inducida	e		Voltio	V
Fuerza electromotriz inducida.	e		Voltio	V

¿Sabías qué al pasar una corriente eléctrica a través de un conductor, se genera a su alrededor un campo magnético?

La intensidad de este campo magnético, es proporcional a la intensidad de corriente que recorre el hilo conductor.

Las líneas de fuerza del campo magnético creado por esta corriente son circunferencias concéntricas, situadas en planos perpendiculares a la corriente. Ley de Maxwell o ley del sacacorchos.

El físico danés Hans Oersted puso de manifiesto que existía una relación entre fenómenos eléctricos y magnéticos mediante un experimento. A partir de esta experiencia observó que las cargas eléctricas en reposo no producen campo magnético, que es la corriente eléctrica, es decir las cargas eléctricas en movimiento las que producen este magnetismo.

• Si colocamos una brújula cerca de un conductor por el que circula corriente, la aguja se orienta perpendicularmente al conductor.
• Si aumentamos la intensidad de corriente, ésta se orienta a mayor velocidad.
• Si se invierte el sentido de la corriente, la aguja cambia de sentido.

¿Piensas que puede haber diferencias entre el campo creado por una espira circular y el campo magnético creado por un solenoide?

Sí que las hay, y por tanto vamos estudiar este dos casos en este apartado. Para empezar estudiaremos el campo magnético creado por una espira circular.

• Campo magnético creado por una espira circular.

  Una espira es un hilo enrollado circularmente, con un radio de giro determinado.

  Crea un campo magnético alrededor de él, formando círculos concéntricos, alcanzando su valor máximo en el centro.

• Campo magnético creado por un solenoide.

  Una bobina es un conjunto de espiras, que han sido arrolladas siguiendo un eje recto. Si la longitud de la bobina es mayor que el diámetro, recibe el nombre de solenoide.

  

  Cuando el solenoide es recorrido por una corriente, se crea a su alrededor un campo magnético, las líneas de campo van de sur a norte en el interior y de norte a sur por el exterior.

  Para determinar el sentido del campo, basta aplicar la regla de la mano derecha, cogemos la espira con la mano, haciendo entrar la corriente por la muñeca y siguiendo por los dedos, el pulgar nos indica el norte.

  La intensidad de campo depende: del número de espira y de la intensidad de corriente que circula por él.

  El campo magnético se refuerza, al introducir una barra de material magnético en el solenoide. Si esta barra es de hierro dulce obtenemos un electroimán, elemento que utilizamos en muchos componentes del automóvil, como por ejemplo relés, electroválvulas, etc.

Como hemos visto la corriente produce campos magnéticos y de forma recíproca los campos magnéticos pueden producir corriente eléctrica.

El estudio de la generación de la corriente lo realizaremos de una forma muy sencilla. En primer lugar analizaremos como se genera la corriente en una bobina cuando es atravesada por un imán y en segundo lugar estudiaremos como se genera en un conductor cuando se desplaza en el interior de un campo magnético.

¿Habías pensado alguna vez que con un imán y un trozo de cable se podía generar corriente eléctrica? ¿Has visto alguna vez la dinamo de una bicicleta? ¿Sabes en qué se basa su funcionamiento para conseguir que alumbre el faro de la bicicleta?

Siempre que un flujo magnético corta a un conductor se genera en éste una fuerza electromotriz. Si este conductor forma parte de un circuito, se crea una corriente debida a la fuerza electromotriz. Esta corriente se denomina corriente inducida.

Para que se genere esta fuerza electromotriz, es necesario que el conductor esté sometido a una variación del flujo magnético, ya que si es fijo, no se induce fuerza electromotriz en el conductor.

Colocando un solenoide arrollado sobre un material magnético, con los extremos de la bobina conectadas a un instrumento de medida, el galvanómetro, (amperímetro muy sensible con el cero en el centro para medir el paso de corriente en los dos sentidos), y hacemos pasar un imán por el interior de un extremo al otro del solenoide, en éste se induce una fuerza electromotriz que desplazará los electrones en un sentido, detectado este paso de corriente por el galvanómetro, que hará desplazar la aguja en una dirección. Desplazando el imán en la otra dirección, el galvanómetro indicará el paso de corriente en sentido contrario, y si detenemos el imán en el interior, no habrá variación de flujo y por lo tanto no se inducirá fuerza electro motriz.

En anteriores apartados has podido ver que la corriente puede tomar diferentes sentidos, y a continuación verás cómo se determina este sentido.

El sentido de la corriente lo determinamos mediante la Ley de Fleming o de la mano derecha, según la cual colocamos los dedos medio, índice y pulgar formando ángulos rectos entre ellos, el índice colocado siguiendo la dirección del campo, de norte a sur; el pulgar indicando el sentido del movimiento, el dedo medio nos indicará la dirección de la corriente.

Como hemos visto anteriormente, para generar la fuerza electromotriz es necesario, un conductor y un campo magnético variable.

La fuerza electromotriz inducida en un solenoide es directamente proporcional al número de espiras, a la intensidad del campo magnético y a la velocidad de variación del campo que corta al solenoide.

La fuerza electromotriz se produce de la misma manera, si en lugar de desplazar el imán desplazamos el solenoide sobre el imán.

Fuerza electromotriz inducida en un conductor.

Cuando se desplaza un conductor, en el interior de un campo magnético, cortando líneas de fuerza, se induce en él una fuerza electromotriz.

Esta f.e.m. no se produce si el conductor,se mueve paralelo a las líneas de fuerza en lugar de cortarlas.

El valor de esta corriente inducida depende del valor del campo magnético, y de la velocidad con que movemos el conductor.

El sentido de la corriente inducida viene determinado por la regla de la mano derecha o regla de Fleming.

Tengamos una espira cuadrada montada sobre un eje, y en cuyos extremos se montan unos anillos rozantes y sobre éstos colocamos las escobillas. Si esta espira se introduce en el interior de un campo magnético, haciendo girar la espira ésta se irá situando en diferentes posiciones del campo magnético. En cada uno de los lados que forman la espira y que cortan el campo perpendicularmente, se induce una fuerza electromotriz, sumándose para obtener el valor total de la f.e.m generada en la espira.

El valor de la fuerza electromotriz inducida en cada instante, depende del número de líneas de flujo cortadas que variará en función de la posición de la espira, y del tiempo empleado en cortar dichas líneas. Con la siguiente expresión matemática cuantificamos dicho valor. (Ley de Faraday-Fleming o Faraday-Henry).

El valor máximo se obtiene cuando la espira se encuentra paralela a las líneas de fuerza, donde el sen (ω t) es igual a uno.

El valor mínimo se obtiene cuando la espira se encuentra colocada perpendicularmente a las líneas de campo, donde el sen (ω t) es igual a cero, por lo tanto la fuerza electromotriz (e) en ese instante es igual a cero.

El signo negativo de la expresión nos indica, que el sentido de la fuerza electromotriz inducida es tal que se opone a las causas que la produce (Ley de Lenz).

Siendo (ω t) la velocidad angular por el tiempo que corresponde al ángulo de giro de la espira (α).

La corriente generada es una corriente alterna, por lo tanto el valor de la corriente va variando de magnitud y sentido a lo largo del tiempo, su representación gráfica es una función senoidal.

Para representar gráficamente la f.e.m generada por una espira, al dar una vuelta completa en el seno de un campo magnético, dividimos los 360 º en fases de 45º y representamos la señal sinusoide en un eje cartesiano.

1. En la posición 1, el plano de la espira se encuentra colocado perpendicularmente a las líneas de campo, por lo tanto sen (ω t) es igual a 0, de ahí que (e) o (E) sea igual a cero.
   

   
2. En la posición 2, la espira gira 45º y el sen 45º es distinto y mayor de cero, por lo tanto (e) va tomando valores crecientes y positivos.
   

   
3. En la posición 3, el plano de la espira se encuentra paralelo respecto de las líneas de campo, al haber girado 90º, y en esta posición el seno vale 1 y es donde toma su valor máximo.
   

   

En este apartado vamos a seguir con la representación gráfica del punto anterior.

4. En la posición 4, la espira se situará a 135º, y el valor de la tensión es igual que a los 45º, pero ahora en sentido decreciente.
   

   
5. En la posición 5, la espira a girado 180º, y se coloca perpendicular a las líneas de campo por lo tanto el valor de la f.e.m es cero al igual que en la posición número 1.
   

   
6. En las siguientes posiciones 6-7-8-9, la espira irá adoptando las mismas posiciones que en los pasos anteriores pero ahora con signo negativo.
   

   
   

   

No dejes de ver la siguiente presentación con una representación gráfica de la fuerza electromotriz generada en una espira.

Resumen textual alternativo

La corriente alterna es una función senoidal, que se repite en las sucesivas vueltas que da la espira, siendo sus valores característicos el periodo (T), la frecuencia (f) y la amplitud (A).

• El periodo, es el tiempo que tarda en realizar un ciclo completo, se mide en segundos (s).
• La frecuencia, es el número de ciclos completos que realiza en un segundo, su unidad es el hercio (Hz).
• La amplitud, es el valor máximo que puede alcanzar (E), tomando dos valores iguales, uno positivo y otro negativo.

Veamos estos dos efectos magnéticos.

• Autoindución. Se denomina así al fenómeno por el cual en un conductor eléctrico recorrido por una corriente, se origina otra corriente que tiende a circular en sentido contrario a la principal. Esto es debido a que al circular una corriente por un conductor, ésta crea un campo magnético a su alrededor, este campo magnético va avanzando a medida que lo hace la corriente (campo eléctrico) por el conductor, lo que origina que el propio conductor sufra una variación de campo magnético y como consecuencia se induzca en él una corriente, cuya dirección es en sentido contrario a la que crea el campo magnético original, Ley de Lenz.

  El fenómeno de autoinducción e inducción mutua es empleado en las bobinas de encendido para producir la alta tensión, necesaria para el salto de chispa en la bujía.

Colocamos dos bobinados separados eléctricamente sobre una barra de material magnético, a uno de los bobinados le conectamos una fuente de alimentación, y al otro un galvanómetro.

A la bobina conectada a la fuente se la denomina primaria y a la otra secundaria, al cerrar el interruptor se establece una corriente por la bobina primaria, que a su vez origina un campo magnético. Este campo conducido por el núcleo de material magnético afecta a la bobina secundaria, por lo tanto ha sufrido una variación de campo, pasando de 0 a ϕ, lo que origina una corriente inducida en la bobina secundaria que según la Ley de Lenz irá en sentido contrario a la que produjo el campo magnético.

Al abrir el interruptor, la corriente en la bobina primaria desaparece, por lo tanto lo hace el campo magnético, pasando éste en la bobina secundaria de ϕ a 0, esta nueva variación crea una nueva corriente inducida en la bobina secundaria, pero ahora en sentido contrario, y lo apreciamos en el galvanómetro al ver la aguja desplazarse en el otro sentido.

Esta corriente sólo aparece en el instante de cerrar o abrir el interruptor, ya que la corriente inducida aparece cuando existe variación de campo, y si permanece abierto o cerrado el interruptor no hay variación de campo magnético, por lo que no se induce fuerza electromotriz.

El fenómeno de inducción mutua es utilizado en los transformadores de corriente.

¿Has observado alguna vez un transformador y viste que está formado por chapas? ¿Sabes el motivo?

Teniendo en cuenta que la corriente inducida se crea por la variación de flujo magnético sobre un material conductor y que los conductores están bobinados en núcleos y éstos son de hierro, también están sometidos a la variación del campo, por lo tanto, se induce en ellos una fuerza electromotriz que creará unas corrientes eléctricas llamadas parasitarias o de Foucault.

Aunque esta fuerza electromotriz inducida es pequeña, la intensidad de estas corrientes parásitas será grande debido a que la resistencia del núcleo es muy pequeña.

Estas corrientes producen el calentamiento del núcleo. Para evitarlo se trocean los núcleos en chapas perpendicularmente al sentido de las corrientes parásitas y se aíslan unas de otras por medio de un barniz.