El campo magnético de la Tierra, una forma especial de existencia de la materia, ha contribuido al nacimiento y la conservación de la vida. Los fragmentos de este campo, trozos de mineral atraídos por el hierro, llevaron a electricidad al servicio de la humanidad. Sin electricidad, la supervivencia sería impensable.
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Qué son las líneas de inducción magnética
El campo magnético se define por la intensidad en cada punto de su espacio. Las curvas que unen puntos de campo de tensiones modulares iguales se llaman líneas de inducción magnética. La intensidad del campo magnético en un punto concreto es una característica de la fuerza, y para estimarla se utiliza el vector de campo magnético B. Su dirección en un punto concreto de la línea de inducción magnética es tangente a ella.
Si un punto del espacio está afectado por varios campos magnéticos, la intensidad se determina sumando los vectores de inducción magnética de cada campo magnético actuante. En este caso, la intensidad en un punto concreto se suma en módulo, y el vector de inducción magnética se define como la suma de los vectores de todos los campos magnéticos.
Aunque las líneas de inducción magnética son invisibles, tienen ciertas propiedades:
- Se supone que las líneas de fuerza del campo magnético salen por el polo (N) y vuelven por (S).
- La dirección del vector de inducción magnética es tangencial a la línea.
- A pesar de su compleja forma, las curvas no se cruzan y están necesariamente cortocircuitadas.
- El campo magnético dentro del imán es homogéneo y la densidad de líneas es máxima.
- Sólo una línea de inducción magnética pasa por un punto del campo.
Dirección de las líneas de inducción magnética dentro de un imán permanente
Históricamente, la propiedad natural de ciertas piedras de atraer el hierro se ha observado durante mucho tiempo en muchos lugares de la Tierra. Con el tiempo, en la antigua China, las flechas talladas de una forma determinada en trozos de mineral de hierro (ironstone magnético) se convirtieron en brújulas, que mostraban la dirección de los polos norte y sur de la Tierra y permitían orientarse sobre el terreno.
La investigación de este fenómeno natural ha demostrado que las aleaciones de hierro tienen una propiedad magnética más fuerte durante más tiempo. Los imanes naturales más débiles son los minerales que contienen níquel o cobalto. Mientras estudiaban la electricidad, los científicos aprendieron a fabricar objetos magnetizados artificialmente a partir de aleaciones que contenían hierro, níquel o cobalto. Para ello, se introducen en un campo magnético producido por una corriente eléctrica continua y, si es necesario, se desmagnetizan con una corriente alterna.
Los productos magnetizados en la naturaleza o producidos artificialmente tienen dos polos diferentes, los lugares donde se concentra más el magnetismo. Los imanes interactúan entre sí mediante un campo magnético, de modo que los polos del mismo nombre se repelen y los de distinto nombre se atraen. Esto forma momentos de rotación para su orientación en el espacio de campos más fuertes, por ejemplo, el campo de la Tierra.
Una representación visual de la interacción de elementos débilmente magnetizados y un imán fuerte viene dada por la clásica experiencia con limaduras de acero esparcidas sobre un cartón y un imán plano debajo. Especialmente si el serrín es oblongo, se puede ver claramente cómo se alinea a lo largo de las líneas de fuerza del campo magnético. Al cambiar la posición del imán bajo el cartón, se observa un cambio en la configuración de su imagen. El uso de brújulas en este experimento refuerza aún más el efecto de la comprensión de la estructura del campo magnético.
Una de las cualidades de las líneas de campo magnético descubiertas por M. Faraday sugiere que son cerrados y continuos. Las líneas que salen del polo norte de un imán permanente entran en el polo sur. Sin embargo, en el interior del imán no están abiertas y entran desde el polo sur al polo norte. El número de líneas en el interior del producto es máximo, el campo magnético es homogéneo y la inducción puede debilitarse al desmagnetizarse.
Determinación de la dirección del vector de inducción magnética mediante la regla del taladro
A principios del siglo XIX, los científicos descubrieron que se crea un campo magnético alrededor de un conductor por el que circula una corriente. Las líneas de fuerza resultantes se comportan según las mismas reglas que un imán natural. Además, la interacción entre el campo eléctrico de un conductor con una corriente y el campo magnético proporcionó la base de la dinámica electromagnética.
La comprensión de la orientación en el espacio de las fuerzas en los campos que interactúan permite calcular los vectores axiales:
- Inducción magnética;
- Magnitudes y direcciones de la corriente de inducción;
- Velocidad angular.
Este entendimiento se formuló en la regla del bórax.
Combinando el movimiento de traslación del borawlik derecho con la dirección de la corriente en el conductor, obtenemos la dirección de las líneas de campo magnético indicada por la rotación de la manivela.
Al no ser una ley de la física, la regla del tallador en electrotecnia se utiliza para determinar no sólo la dirección de las líneas del campo magnético en función del vector de la corriente en el conductor, sino al contrario, para determinar la dirección de la corriente en los hilos del solenoide debido a la rotación de las líneas de inducción magnética.
La comprensión de esta relación permitió a Ampere justificar la ley de los campos giratorios, que condujo al desarrollo de motores eléctricos de diversos principios. Todos los aparatos inductivos que utilizan bobinas inductoras siguen la regla del bórax.
Regla de la derecha
La determinación de la dirección de una corriente que se mueve en el campo magnético de un conductor (un lado de una bobina cerrada de conductores) se demuestra claramente mediante la regla de la mano derecha.
Dice que con la palma de la mano derecha girada hacia el polo N (las líneas eléctricas entran en la palma) y el pulgar desviado 90 grados mostrando la dirección del conductor, entonces en un bucle cerrado (bobina) el campo magnético induce una corriente eléctrica, cuyo vector de movimiento está indicado por los cuatro dedos.
Esta regla demuestra cómo surgieron originalmente los generadores de corriente continua. Alguna fuerza de la naturaleza (agua, viento) hacía girar un bucle cerrado de conductores en un campo magnético generando electricidad. Entonces los motores, tras recibir la corriente eléctrica en un campo magnético constante, la convertían en movimiento mecánico.
La regla de la derecha también es válida en el caso de las bobinas inductoras. El movimiento de un núcleo magnético en su interior produce corrientes de inducción.
Si los cuatro dedos de la mano derecha están alineados con la dirección de la corriente en las bobinas de una bobina, entonces el pulgar desviado 90 grados apuntará al polo norte.
Las reglas del bórax y la regla de la mano derecha demuestran con éxito la interacción de los campos eléctricos y magnéticos. Hacen que la comprensión del funcionamiento de diversos dispositivos en ingeniería eléctrica sea accesible a casi todo el mundo, no sólo a los científicos.
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