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ELECTRICIDAD BÁSICA
Magnetismo
e Inducción Electromagnética.
Unidad 3
PPT 1 – Parte A

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1. Magnetismo.

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Magnetismo.
El magnetismo es invisible, sin embargo, sus efectos son
conocidos desde hace muchos siglos.
¿Se ve el magnetismo? ¿Dónde se puede encontrar?
Dé ejemplos de magnetismo en el entorno cotidiano.
En el entorno cotidiano el
magnetismo se manifesta
en:
• Imanes.
• Brújulas.

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¿Por qué el magnetismo es tan importante en la
sociedad moderna?
Para la ciencia y la tecnología, la relación entre
magnetismo y electricidad es muy estrecha, pues
uno no existe sin el otro. Son las dos caras de
una misma moneda.
La combinación de estos
efectos es múltiple.
Se encuentra en:
• Transformadores.
• electroimanes
• alternadores
• altavoces
• antenas de telecomunicación
• motores eléctricos
Magnetismo.

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La característica principal de un imán es que su
efecto es a distancia. No necesita tocar otro objeto
para alterar su posición.
• ¿A qué otra fuerza se parece?
Por su efecto a distancia, el efecto
de los imanes es similar a la
fuerza de gravedad y a la fuerza
eléctrica.
• ¿Cómo se caracterizan? ¿Cuál es su efecto?
• Los imanes ¿Necesitan tocarse para
producir una fuerza?
El imán produce una fuerza de atracción sobre
algunos objetos metálicos. También entre sí, se
atraen o se repelen.
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Los Imanes.

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• Los imanes producen los fenómenos
magnéticos:
• ¿De qué material están hechos?
• ¿Qué forma pueden tener?
Los imanes pueden ser metálicos o
constituidos de materiales minerales.
Algunas rocas como la magnetita, tienen
propiedades magnéticas.
Pueden tener formas muy diversas (barra,
disco, anillo, en forma de “U”).
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Los Imanes.

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Existen cargas eléctricas:
- Cargas positivas y
- Cargas negativas
• Las cargas de mismo signo se …
• Las cargas de signos opuestos se …
De forma similar, los imanes tienen
- un polo norte y
- un polo sur.
• Los polos de mismo signo se …
• Los polos de signos opuestos se …
repelen
atraen
repelen
atraen
Polos Magnéticos iguales se
repelen
Polos Magnéticos distintos
se atraen
Los imanes se comportan de forma similar a las cargas eléctricas:
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Los Imanes – sus polos.

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• ¿Se pueden separar cargas eléctricas positivas y negativas?
• Pero, ¿se puede separar el polo norte del polo
sur de un imán?
¿Qué pasa si se rompe o se corta un imán?
Si se rompe un imán, cada pedazo sigue
teniendo las características de un imán más
pequeño con un polo norte y un polo sur. Su
fuerza también es más débil.
No, no se puede separar polo norte y polo
sur. Siempre están juntos, en pares.
Se habla de “dipolo magnético”,
que viene de “di-” que significa “dos”.
Sí, cargas de signos diferentes se pueden separar por efecto de la
fuerza electromotriz.
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Los Imanes – sus polos.

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El Magnetismo y los Materiales.
¿Qué observamos de los efectos magnéticos en los diversos
tipos de materiales?
• Los materiales que no se ven afectados por el campo magnético.
• Son los que se ven afectados por el magneto, o sea, que se ven
atraídos por un campo magnético.
• Obs: Hay materiales que se ven afectados por el magnetismo, pero sus
efectos no son visible, por eso se dice que no se ve afectado.
En la naturaleza, en relación al magnetismo, se consideran diversos tipos
de materiales:

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Materiales ferromagnéticos.
Los materiales que son atraídos por un imán, tienen la propiedad de
magnetizarse y por lo tanto, se denominan ferromagnéticos.
Hierro y Acero Cobalto Níquel
¿Cuáles serían algunos ejemplos de materiales magnéticos?
Algunos de estos materiales, con un procedimiento adecuado, se
transforman en imanes permanentes.
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No son atraídos por los imanes y son considerados como no magnéticos.
Se les llaman paramagnéticos y diamagnéticos.
Madera
Estaño
Papel
Vidrio
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Materiales no magnéticos.

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2. Campo Magnético.

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¿Qué tienen en común la fuerza de gravedad, la fuerza
eléctrica y la fuerza magnética?
Estas tres fuerzas actúan a distancia.
Cuando un objeto o un fenómeno actúa a distancia,
se puede decir que genera un campo de fuerza
alrededor suyo.
Por lo tanto se habla:
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• del campo magnético producido por un
imán.
• del campo eléctrico producido por una
carga o por un objeto cargado y
• del campo de gravedad que genera una
masa,
Campo Magnético.

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Un campo de fuerza se representa por líneas de
campo o líneas de fuerza que indican la dirección
de la fuerza que produce el objeto.
Las líneas de fuerza magnéticas emanan del polo
norte de un imán, pasan a través del espacio
circundante y entran al polo sur.
Las líneas de fuerza penetran dentro del imán desde
polo sur hacia el polo norte, completando así un ciclo
cerrado.
La líneas de fuerza magnética no tienen extremos,
son siempre cerradas, en anillo.
El campo magnético y sus líneas de fuerza se
representan con la letra "B".
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Líneas de campo magnético.

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¿Se puede observar el campo magnético de un imán?
Sí, se puede observar haciendo un truco .
Para observar un campo magnético, es suficiente disponer de partículas de
hierro como limadura en la cercanía del imán.
¿Puede adivinar qué objeto
produce el campo magnético
que revela esta figura de
limadura de hierro?
Se trata de un simple imán
rectangular.
La limadura de hierro revela las
líneas del campo magnético del
imán.
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Campo de fuerza.

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¿De qué esta constituida? ¿Cómo funciona? ¿Qué nos
enseña sobre nuestro planeta?
• La brújula consiste en una aguja que gira
libremente sobre su eje.
• La brújula nos enseña que la Tierra tiene
un campo magnético propio. Se comporta
como un gigantesco imán.
• La aguja de la brújula es un diminuto imán
que se orienta de acuerdo al campo
magnético de la Tierra.
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La brújula.

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La brújula ¿Sólo se alinea con el campo magnetismo
terrestre?
• No. La brújula es un imán y se alinea
con todos los campos magnéticos.
• También la brújula igual que la
limadura, permite observar o
detectar el campo magnético de
otros objetos magnéticos.
• La brújula es un sensor de campo
magnético.
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La brújula.

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Intensidad del campo magnético.
Es útil poder medir la intensidad del flujo
magnético o también la densidad de flujo
magnético.
Su unidad de medida es el “gauss”, “G”.
Representa la intensidad del campo magnético o
también la concentración de las líneas magnéticas.
El Gauss representa la fuerza del campo
magnético de un imán cerca de sus polos.
Los imanes comunes tienen entre 1000 y 10.000
G.
En la superficie del planeta, el campo magnético
terrestre mide cerca de 0,5 G.
La puerta de un refrigerador se mantiene cerrada
por imanes de unos 50 G.
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Energía magnética y reglas del magnetismo.
El campo magnético es una forma de energía: la energía magnética.
La naturaleza y las leyes de la física nos enseñan que la energía siempre debe ser
la más pequeña posible.
Para el magnetismo, esto significa que:
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1. Las líneas de campo magnético deben ser las más cortas
posibles
1. Las más rectas sin dar muchas vueltas.
2. Las más separadas posibles una de la otra para que el campo
magnético sea lo más homogéneo posible.
3. Además, le cuesta menos energía al magnetismo si las líneas
de campo están localizadas dentro de un objeto
ferromagnético. O sea, las líneas de campo se concentran de
preferencia en estos materiales más que a circular en el
espacio circundante.
Para reducir su energía, un campo magnético produce fuerzas entre los objetos.

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Energía magnética y fuerza magnética.
Al campo magnético no le conviene y le cuesta energía que las líneas de
fuerza estén muy curvadas y muy cercanas una de la otra (Regla 3).
Sin embargo, al campo magnético le conviene que las líneas de otro
campo corran en sentido opuesto a las suyas. De esa forma, se reduce la
energía total de los dos campos y los objetos que los generan se atraen.
En consecuencia, el campo magnético repulsa otro campo si sus líneas se
suman o corren en el mismo sentido.
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3. Campo Magnético
de una corriente
eléctrica.

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En 1820 Hans Christian Oersted demostró experimentalmente los efectos
de una corriente eléctrica sobre una aguja imantada.
La aguja está en su
posición inicial
alineada con el campo
magnético terrestre.
Al pasar la corriente
eléctrica por el hilo
conductor, observó
que la aguja de la
brújula giraba hasta
quedar
perpendicular al
conductor.
Experimento de Oesterd.
Circuito
Cerrado
Circuito
Abierto

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Efectivamente, se observó que
si se coloca una brújula cerca
de un hilo conductor en el cual
corre una corriente eléctrica,
cambia su orientación.
Así, se descubrió que existe
una relación entre la
electricidad y el
magnetismo.
Electromagnetismo.
El campo magnético describe
círculos alrededor del hilo
conductor.
Una corriente eléctrica “induce”
un campo magnético asociado.

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La mejor manera de hallar el sentido del campo
magnético en torno a un conductor rectilíneo
recorrido por una corriente es la siguiente:
Corriente
Eléctrica
Regla de la mano derecha para el conductor rectilíneo.
Para conocer el sentido del campo magnético, se
usa la ley de la mano derecha.
Tomando el conductor con la mano derecha de
manera que el pulgar quede dirigido en el
sentido convencional de la corriente , los
dedos indicarán el sentido del campo magnético.
Análogamente, si conocemos el sentido del campo magnético podremos
hallar el de la corriente, ya que si colocamos los dedos en la dirección de
las líneas de fuerza, el pulgar indicará el sentido de la corriente.

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El campo magnético de una espira.
Cuando un hilo conductor llevando corriente
continua está curvado en circulo para formar una
espira, produce un campo magnético particular
en forma de rosca.
El campo magnético de una bobina o
solenoide.
Si se enrolla varias veces el hilo conductor en
círculo sobre sí mismo, el campo magnético de
cada espira se suma a los demás.
Así se refuerza el campo magnético generado.
Cuando fluye una corriente continua en la
bobina, produce un campo magnético similar al
de un imán.
Es un electroimán.

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¿Sirve cualquier alambre de material conductor para
armar una bobina?
No, para que resulte el montaje de la bobina, el cable o alambre
debe ser aislado para impedir que la corriente corra de una espira a
la del lado. El alambre de una bobina está recubierto de un barniz
aislante.

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Así, un núcleo de hierro dentro de la bobina
concentra el campo magnético producido por la
bobina.
El campo magnético en un núcleo de hierro.
Si se coloca un objeto ferromagnético cerca de
un campo magnético, el objeto atraerá y
concentrará las líneas del campo.
El campo magnético en el espacio se disipa y
pierde fuerza interactuando con el aire y otros
materiales. De tal manera que busca
permanecer dentro de los materiales
ferromagnéticos. De esta forma, reduce su
energía.

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Fuerza magnética.
Por lo mismo, atraen a los materiales
ferromagnéticos para poder estar dentro de ellos
el máximo de su recorrido.
Las líneas de campo magnético buscan
permanecer dentro de los materiales
ferromagnéticos.
Esta es la base del funcionamiento del
electroimán.

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Los núcleos ferromagnéticos.
Para evitar las pérdidas, se construye un núcleo
ferromagnético en forma de anillo para guiar las
líneas de campo magnético, esto hace que
disminuya la energía.
El campo magnético en el espacio se disipa y pierde
fuerza interactuando con el aire y otros materiales.

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El timbre está compuesto de :
• Campanilla (B)
• Brazo móvil (A)
• Electroimán (E)
• Circuito eléctrico con fuente
de poder (U), pulsador (K) y
contacto. (T)
Aplicación del electroimán: el
timbre de la casa.

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Al presionar el pulsador, se cierra el circuito.
La corriente fluye en el electroimán. Produce
una fuerza sobre el brazo (A) que golpea la
campanilla.
Al moverse el brazo, se abre el circuito
eléctrico. Se desactiva la bobina del
electroimán y el brazo vuelve a su
posición original, separada de la
campanilla.
De esta forma, se vuelve a cerrar el circuito
eléctrico y se repite el proceso produciendo
el sonido del timbre mientras se mantiene
presionado el pulsador.
Aplicación del electroimán: el
timbre de la casa.

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¿Cuál es la ventaja y la desventaja de utilizar una
bobina o un imán permanente?
La ventaja de usar una bobina es que regulando la
intensidad de la corriente se puede ajustar, aumentar o
disminuir la fuerza del campo magnético. Si se corta la
corriente, se elimina el campo magnético.
La ventaja del imán permanente es que no necesita una
fuente de electricidad para generar el campo magnético.
Así que, dependiendo de la aplicación, las dos soluciones
pueden ser interesantes.

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4.Inducción
electromagnética.

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Inducción magnética y corriente eléctrica.
• Una corriente eléctrica genera un campo magnético.
• Un cambio del campo magnético genera una corriente eléctrica.
Corriente eléctrica
Campo magnético
Cambia el
campo magnético
Corriente eléctrica
Los campos magnéticos y eléctricos están estrechamente ligados.
Sir James Maxwell, un físico escoses logró establecer en 1861 que:

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Si se mueve un imán dentro de una espira o un solenoide, aparece una
diferencia de potencial entre las extremidades del solenoide. Si las
extremidades están conectadas entre sí, se produce una corriente
eléctrica llamada corriente inducida pues es inducida por un campo
magnético.
Al retirar el imán vuelve a aparecer una diferencia de potencial pero de
signo opuesto como se muestra en la siguiente animación:
http://www.rena.edu.ve/TerceraEtapa/Fisica/swf/VariaFlujoMag.swf

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Es importante observar que se genera una
corriente eléctrica solamente si ocurre un
cambio de campo magnético dentro de la
bobina.
Si un imán se introduce en la bobina,
aparece una corriente mientras se mueve
el imán en relación a la bobina. Una vez
dentro de la bobina, el imán inmovil no
genera corriente.

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Este efecto es el que se emplea en la generación
de electricidad en los alternadores.
Esto es lo que ocurre al girar la bobina dentro
de un campo magnético fijo. A cada media
vuelta de la bobina, el sentido del campo
magnético se invierte en la bobina. Se
producirá así una tensión eléctrica, alterna.
http://www.youtube.com/watch?v=-
nE4uZkUvuQ
http://www.youtube.com/watch?v=uAUVA2Yn8kM
De forma similar, si cambia la intensidad del campo
magnético que fluye dentro de una espira o de una
bobina, se genera una diferencia de potencial.
Al invertir la orientación de la espira, se invierte la po
laridad de la tensión inducida en al espira.

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De la misma forma, si se genera un campo magnético a través de un
solenoide o una bobina, también genera una corriente eléctrica en una
bobina vecina mientras cambia la intensidad del campo magnético en
la primera bobina.
De esta forma, si la primera
corriente eléctrica es alterna, la
corriente de la segunda bobina
también será una corriente
alterna. Las dos corrientes
eléctricas estarán acopladas.
Este efecto es la base del principio de los transformadores eléctricos.
Si las dos bobinas están envolviendo el mismo núcleo ferromagnético, el
efecto será más fuerte.

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Es importante precisar que el campo magnético inducido que aparece
en una bobina o un solenoide, se opone al cambio de intensidad de la
corriente principal.
Así, a pesar de una bobina sea un simple hilo conductor enrollado
generalmente en cobre, el campo magnético que genera al ser recorrida
por una corriente eléctrica alterna le da una gran resistencia
eléctrica que evita que se produzca un cortocircuito al conectarlo a una
fuente de poder.
Este efecto tiene gran importancia en los circuitos eléctricos de corriente
alterna. Una bobina se opone a los cambios de intensidades de
corrientes.

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La fuerza de inducción magnética sobre una
corriente eléctrica.
Una corriente eléctrica genera un campo magnético en un conductor, este
campo magnético puede interactuar con otro campo magnético presente en
el entorno.
F = i ˆ B
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Fuerza
Así, si se introduce un hilo conductor con corriente eléctrica dentro de un
campo magnético fijo, se producirá una fuerza sobre el hilo en la dirección
perpendicular para reducir la concentración de las líneas de campo que
resultan de la superposición de los dos campos.
Al campo magnético no le conviene y le cuesta energía que las líneas de
fuerza estén muy cerca unas de las otras.

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Se puede saber la dirección de la fuerza magnética sobre un conductor con
corriente eléctrica utilizando la ley de la mano derecha.
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Fuerza
Como anteriormente el pulgar indica la dirección de la corriente eléctrica. Los
4 dedos apuntan en la dirección de las líneas del campo magnético. La palma
de la mano muestra entonces hacia dónde ocurrirá la fuerza.

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• Una corriente genera un campo
magnético cilíndrico.
• Inmerso en un campo magnético
exterior, se suman los dos campos
magnéticos,
• Se producirá una fuerza que empujará al
hilo conductor hacia el campo más débil
(donde la suma es la más pequeña),
Esta fuerza magnética es la que se emplea
en el funcionamiento de un motor eléctrico.

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Las líneas de campo
magnético
Deben ser lo más cortas
posibles
Deben ser lo más separadas
posibles
Deben estar de preferencia
dentro de un material
ferromagnético
Energía magnética mínima
Los principios del
electromagnetismo
Una corriente eléctrica
genera un campo magnético
asociado
La variación de un campo
magnético induce una
Sus aplicaciones
Transformador (CA)
Alternador
Atracción de materiales
ferromagnéticos
Atracción/repulsión entre
campos magnéticos
Electroimán
Relé y disyuntor
Motor eléctrico
Resumen de los conceptos de
electromagnetismo y sus aplicaciones.

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Magnetismo
e Inducción Electromagnética
FIN
Unidad 3
PPT 1 – Parte A

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