ErikaOyola8

Nombres :

Mónica Saldaña .Y
Erika Oyola. V
Daniela Sánchez
11.03

Objetivos
Aplicar el conocimiento básico de la física de once (Generadores
electromagnéticos ,Fuentes de campos magnéticos Terrestre, Efecto Hall,
El electroimán, El transformador ).

Conocer los efectos que causan la física en nuestra vida cotidiana.

Motivarnos a descubrir o aprender realmente lo que nos rodea .

EL ELECTROIMAN
El tipo más simple de electroimán es un trozo de alambre enrollado. Una bobina
con forma de tubo recto (parecido a un tornillo) se llama solenoide, y cuando
además se curva de forma que los extremos coincidan se denomina toroide.
Pueden producirse campos magnéticos mucho más fuertes si se sitúa un «núcleo»
de material paramagnético o ferro magnético (normalmente hierro
dulce o ferrita, aunque también se utiliza el llamado acero eléctrico) dentro de la
bobina. El núcleo concentra el campo magnético, que puede entonces ser mucho
más fuerte que el de la propia bobina.
Los campos magnéticos generados por bobinas se orientan según la regla de la
mano derecha. Si los dedos de la mano derecha se cierran en torno a la dirección de
la corriente que circula por la bobina, el pulgar indica la dirección del campo dentro
de la misma. El lado del imán del que salen las líneas de campo se define como
«polo norte».
Además, dentro de la bobina se crean corrientes inducidas cuando ésta está
sometida a un flujo variable. Estas corrientes son llamadas corrientes de Foucault y
en general son indeseables, puesto que calientan el núcleo y provocan una pérdida
de potencia.

Electroimán e imán permanente
La principal ventaja de un electroimán sobre un imán permanente es que el campo
magnético puede ser rápidamente manipulado en un amplio rango controlando la
cantidad de corriente eléctrica. Sin embargo, se necesita una fuente continua de
energía eléctrica para mantener el campo.
Cuando una corriente pasa por la bobina, pequeñas regiones magnéticas dentro del
material, llamadas dominios magnéticos, se alinean con el campo aplicado,
haciendo que la fuerza del campo magnético aumente. Si la corriente se
incrementa, todos los dominios terminarán alineándose, condición que se
denomina saturación. Cuando el núcleo se satura, un mayor aumento de la
corriente sólo provocará un incremento relativamente pequeño del campo
magnético. En algunos materiales, algunos dominios pueden realinearse por sí
mismos. En este caso, parte del campo magnético original persistirá incluso después
de que se retire la corriente, haciendo que el núcleo se comporte como un imán
permanente. Este fenómeno, llamado remanencia, se debe a la histéresis del
material. Aplicar una corriente alterna decreciente a la bobina, retirar el núcleo y
golpearlo o calentarlo por encima de su punto de Curie reorientará los dominios,
haciendo que el campo residual se debilite o desaparezca.
En aplicaciones donde no se necesita un campo magnético variable, los imanes
permanentes suelen ser superiores. Además, es posible fabricar imanes
permanentes que producen campos magnéticos más fuertes que un electroimán de
tamaño similar.

Dispositivos que usan electroimanes
Los electroimanes se usan en muchas situaciones en las que se necesita un campo
magnético variable rápida o fácilmente. Muchas de estas aplicaciones implican la
deflección de haces de partículas cargadas, como en los casos del tubo de rayos
catódicos y el espectrómetro de masa.

Los electroimanes son los componentes esenciales de muchos interruptores, siendo
usados en los frenos y embragues electromagnéticos de los automóviles. En algunos
tranvías, los frenos electromagnéticos se adhieren directamente a los rieles. Se usan
electroimanes muy potentes en grúas para levantar pesados bloques de hierro y acero, y
para separar magnéticamente metales en chatarrerías y centros de reciclaje. Los trenes
de levitación magnética usan poderosos electroimanes para flotar sin tocar la pista.
Algunos trenes usan fuerzas atractivas, mientras otros emplean fuerzas repulsivas.
Los electroimanes se usan en los motores eléctricos rotatorios para producir un campo
magnético rotatorio y en los motores lineales para producir un campo magnético
itinerante que impulse la armadura. Aunque la plata es el mejor conductor de la
electricidad, el cobre es usado más a menudo debido a su relativo bajo costo, y a veces
se emplea aluminio para reducir el peso.

Fuerza sobre los materiales ferro magnéticos:
Electroimán
Calcular la fuerza sobre materiales ferro magnéticos es, en general, bastante complejo. Esto se debe a las
líneas de campo de contorno y a las complejas geometrías. Puede simularse usando análisis de
elementos finitos. Sin embargo, es posible estimar la fuerza máxima bajo condiciones específicas. Si el
campo magnético está confinado dentro de un material de alta permeabilidad, como es el caso de ciertas
aleaciones de acero, la fuerza máxima viene dada por:
Donde:
F es la fuerza en newtons;
B es el campo magnético en teslas;
A es el área de las caras de los polos en m²;
es la permeabilidad magnética del espacio libre.
En el caso del espacio libre (aire), , siendo la fuerza por unidad de área (presión):
, para B = 1 tesla, para B = 2 teslas
En un circuito magnético cerrado:
Donde:
N es el número de vueltas del cable en torno al electroimán;
I es la corriente en amperios;
L es la longitud del circuito magnético.
Sustituyendo, se obtiene:
Por su fuerza se usan para levantar contenedores de más de 25 Toneladas, más el peso de la carga y vehículos.
Para construir un electroimán fuerte, se prefiere un circuito magnético corto con una gran superficie. La mayoría de
los materiales ferro magnéticos se saturan sobre 1 a 2 teslas. Esto sucede a una intensidad de campo de 787
amperios vueltas/metro.
Por esta razón, no hay motivos para construir un electroimán con una intensidad de campo mayor. Los electroimanes
industriales usados para levantar peso se diseñan con las caras de ambos polos en un lado (el inferior). Eso confina
las líneas de campo para maximizar el campo magnético. Es como un cilindro dentro de otro. Muchos altavoces usan
una geometría parecida, aunque las líneas de campo son radiales al cilindro interior más que perpendiculares a la
cara.

Es muy habitual encontrar en algunos aparatos el empleo de los electroimanes .Por
ejemplo en los timbres ,en los frenos, en los interruptores,en los aceleradores de
particulas,en los teléfonos ,los transformadores ,para trasladar objetos de hierro
pesados ,etc.
Un electroimán es una bobina (solenoide)larga cuyo núcleo se encuentra formado de
hierro el cual produce un campo magnético cuando pasa cierta corriente por las
espiras de la bobina .

Cuando al solenoide se le introduce en su interior un bloque de hierro llamado núcleo,
el campo magnetico se hace cientos y hasta miles de veces mayor .La explicación se
debe a que los dominios magnéticos del hierro se alinean en la dirección del campo
magentico del solenoide y en consecuencia el hierro actúa como un imán potente que
se adiciona al campo magnetico del solenoide .
Al dejar pasar corriente por el solenoideel campo magnético disminuye notablemente
y el hierro va perdiendo sus facultades de imán .

El parlante es un dispositivo utilizado para reproducir sonido desde un dispositivo electrónico.
También es llamado altavoz, altoparlante, bocina, speaker, loudspeaker.

Los parlantes convierten las ondas eléctricas en energía mecánica y esta se convierte en energía acústica. Más
técnicamente, es un transductor electroacústica que convierte una señal eléctrica en sonido.

El parlante se mueve de acuerdo a las variaciones de una señal eléctrica y causa ondas de sonido que se propagan
por un medio, como el aire o el agua.

Características generales de un parlante

Un parlante puede estar constituido de uno o más transductores (drivers o vías). Para reproducir correctamente un
amplio rango de frecuencias; muchos parlantes emplean más de una vía. Cada vía reproduce diferentes rangos de
frecuencias.

Esta división en vías (drivers), según su frecuencia, son llamados:
* subwoofers: para muy bajas frecuencias
* woofers: frecuencias bajas
* mid-range: frecuencias medias
* tweeters, HF o highs: altas frecuencias
* supertweeters: para muy altas frecuencias

En los sistemas de parlantes de dos vías, no hay una vía para frecuencias medias, por lo tanto la tarea de la
reproducción de estas frecuencias recae en el woofer o en el tweeter.

Cuando se emplean múltiples vías en un sistema, se emplea un filtro llamado crossover o filtro de cruce, separa la
señal de entrada en diferentes rangos de frecuencias y los guía para la vía adecuado.

El parlante se encarga de transformar en sonido las señales eléctricas que llegan del
amplificador de un equipo de sonido .La mayoría de los parlantes tienen cinco partes
básicas :

1.Bobina móvil cilíndrica , de material liviano y alambre de cobre.
2.Iman permanente anular ,generalmente cerámico ferro magnético.
3.Disco posterior magnético blando ,generalmente metálico y ferro magnético.
4Cilindro concéntrico magnetico blando , generalmente metálico y ferro magnético.
5.Cono o diafragma cónico de cartón o plástico , adherido a la bobina.

Al moverse la membrana de forma oscilante,produce ondas sonoras de la misma fomra
que las membrana de un bombo o las cuerdas de una guitarra .El movimiento de la
membrana lo produce una bobina sujeta a aquella a la que llegan las señales electricas
del amplificador .

La bobina esta situada sobre un vastago y rodeada por un iman circular. Al pasar la
corriente por la bobina sujeta a aquella a la que llegan las señales electricas de
amplificador . La bobina esta situada sobre un vastago y rodeada por un iman circular .Al
pasar la corriente por la bobina ,esta se convierte en un iman que interactua con el que la
rodea ,creando movimientos de vaiven que se transmiten a la membrana .Cuando la
tensión de la bobina es mas fuerte ,su movimiento es mayor y la membrana emite
sonidos mas fuertes.

Fuentes de Campos Magnéticos.
El campo magnético de la Tierra (también conocido como el campo geomagnético) es el campo magnético que
se extiende desde el núcleo interno de la Tierra hasta su confluencia con el viento solar, una corriente de
partículas de alta energía que emana del Sol. Es aproximadamente el campo de un dipolo magnético inclinado en
un ángulo de 11 grados con respecto a la rotación del eje, como si hubiera un imán colocado en ese ángulo en el
centro de la Tierra. Sin embargo, a diferencia del campo de un imán de barra, el campo de la Tierra cambia con el
tiempo porque en realidad es generado por el movimiento de las aleaciones de hierro fundido en el núcleo
externo de la Tierra (la geodinámica). El Polo Norte magnético se «pasea», por fortuna lo suficientemente lento
como para que la brújula sea útil para la navegación. A intervalos aleatorios (un promedio de varios cientos de
miles de años) el campo magnético terrestre se invierte (los polos geomagnéticos norte y sur cambian lugares
con el otro) Estas inversiones dejan un registro en las rocas que permiten a los paleomagnetistas calcular los
movimientos pasados de los continentes y los fondos oceánicos como consecuencia de la tectónica de placas. La
región por encima de la ionosfera, y la ampliación de varias decenas de miles de kilómetros en el espacio, es
llamada la magnetosfera. Esta región protege la Tierra de la dañina radiación ultravioleta y los rayos cósmicos.
La orientación de las rocas en las dorsales oceánicas, la magneto recepción de algunos animales y la orientación
de las personas mediante brújulas son posibles gracias a la existencia del campo magnético terrestre.
El Polo Norte Magnético se encuentra a 1800 kilómetros del Polo Norte Geográfico. En consecuencia, una brújula
no apunta exactamente hacia el Norte geográfico; la diferencia, medida en grados, se denomina declinación
magnética. La declinación magnética depende del lugar de observación, por ejemplo actualmente (2006)
en Madrid (España) es aproximadamente 3º oeste[El polo Norte magnético está desplazándose desde la zona
norte de Alaska en dirección hacia Siberia a unos 40 Km por año.

La primera aplicación practica el magnetismo lo constituyo un imán empleado en la
navegación . Las referencias de la utilización de imanes en la navegación marítima se
remontan al siglo XLL, cuando se observo que uno de los polos de un imán se orientaba
siempre hacia el norte geográfico. Por tal razón a partir de allí se comenzó a emplear imanes
para la orientación geográfica. El físico y medico ingles William Gilbert , basándose en sus
estudios de magnetismo, fue la primera persona en sugerir que la Tierra actuaba como un
gran imán ,cuyo campo terrestre es tal que las líneas de campo salen aproximadamente el
polo sur y circundan la tierra siguiendo los meridianos hasta entrar por el polo norte .Por esta
razón es que una brújula señala aproximadamente el norte debido a la acción del campo
magnético terrestre.

Un fenómeno sorprendente que ocurre en el campo magnético de la Tierra es que sus polos
magnéticos se han invertido varias veces durante el transcurso de la existencia del planeta
.Este fenómeno de inversión de los polos se ha presentado a intervalos de miles de años .En
la actualidad el polo norte magnético se ubica al polo norte geográfico. Una de las
propiedades que permite orientarse a las aves migratorias , es la capacidad que tienen para
detectar la intensidad y la dirección del campo magnético terrestre dicha capacidad se
explicaría por los mecanismos complementarios .Uno esta relacionado con la acción de la luz.
Las moléculas de rodesiana que se encuentran en las células de la retina del ojo absorben
fotones y se convierten en pequeños imanes transitorios alineándose en la dirección del
campo .Este mecanismo se complementaria con el efecto producido por los cristales de
magnetita presentes en el cráneo de las aves .

EL TRANSFORMADOR
Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un
circuito eléctrico decorriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso
de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales
presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño, tamaño, etc.

El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en
energía alterna de otro nivel de tensión, por medio de interacción electromagnética. Está constituido por dos
o más bobinas de material conductor, aisladas entre sí eléctricamente y por lo general enrolladas alrededor de
un mismo núcleo de material ferro magnético. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo
magnético común que se establece en el núcleo.

Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y están
constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado, fabricado bien sea
de hierro dulce o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético.
Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del
sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso,
puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario. Si se aplica una fuerza
electromotriz alterna en el devanado primario, circulará por éste una corriente alterna que creará a su vez
uncampo magnético variable. Este campo magnético variable originará, por inducción electromagnética, la
aparición de una fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario.

Primeros pasos: los experimentos con bobinas de inducción
El fenómeno de inducción electromagnética en el que se basa el funcionamiento del transformador fue
descubierto por Michael Faraday en 1831, se basa fundamentalmente en que cualquier variación de flujo
magnético que atraviesa un circuito cerrado genera una corriente inducida, y en que la corriente inducida
sólo permanece mientras se produce el cambio de flujo magnético.
La primera "bobina de inducción" para ver el uso de ancho fueron inventadas por el Rev. Nicholas Callan
College de Maynooth, Irlanda en 1836, uno de los primeros investigadores en darse cuenta de que
cuantas más espiras hay en el secundario, en relación con el bobinado primario, más grande es el
aumento de la FEM.
Los científicos e investigadores basaron sus esfuerzos en evolucionar las bobinas de inducción para
obtener mayores tensiones en las baterías. En lugar de corriente alterna (CA), su acción se basó en un
vibrante "do&break" mecanismo que regularmente interrumpido el flujo de la corriente directa (DC) de
las pilas.
Entre la década de 1830 y la década de 1870, los esfuerzos para construir mejores bobinas de inducción,
en su mayoría por ensayo y error, reveló lentamente los principios básicos de los transformadores. Un
diseño práctico y eficaz no apareció hasta la década de 1880, pero dentro de un decenio, el
transformador sería un papel decisivo en la “Guerra de Corrientes”, y en que los sistemas de distribución
de corriente alterna triunfo sobre sus homólogos de corriente continua, una posición dominante que
mantienen desde entonces.
En 1876, el ingeniero ruso Pavel Yablochkov inventó un sistema de iluminación basado en un conjunto de
bobinas de inducción en el que el bobinado primario se conectaba a una fuente de corriente alterna y los
devanados secundarios podían conectarse a varias “velas eléctricas” (lámparas de arco), de su propio
diseño. Las bobinas utilizadas en el sistema se comportaban como transformadores primitivos. La
patente alegó que el sistema podría, “proporcionar suministro por separado a varios puntos de
iluminación con diferentes intensidades luminosas procedentes de una sola fuente de energía eléctrica”.
En 1878, los ingenieros de la empresa Ganz en Hungría asignaron parte de sus recursos de ingeniería para
la fabricación de aparatos de iluminación eléctrica para Austria y Hungría.
En 1883, realizaron más de cincuenta instalaciones para dicho fin. Ofrecián un sistema que constaba de
dos lámparas incandescentes y de arco, generadores y otros accesorios.
En 1882, Lucien Gaulard y John Dixon Gibbs expusieron por primera vez un dispositivo con un núcleo de
hierro llamado "generador secundario" en Londres, luego vendió la idea de la compañía Westinghouse
de Estados Unidos.
También fue expuesto en Turín, Italia en 1884, donde fue adaptado para el sistema de alumbrado
eléctrico.

EFECTO HALL :En un conductor por el que circula una corriente, en presencia de un campo
magnético perpendicular al movimiento de las cargas, aparece una separación de cargas que
da lugar a un campo eléctrico en el interior del conductor, perpendicular al movimiento de
las cargas y al campo magnético aplicado. A este campo magnético se le denomina campo
Hall. Llamado efecto Hall en honor a su descubridor Edwin Herbert Hall.
En épocas contemporáneas (1985) el físico alemán Klaus von Klitzing y colaboradores
descubrieron el hoy conocido como efecto Hall cuántico que les valió el premio Nobel de
Física en 1985. En 1998, se otorgó un nuevo premio Nobel de Física a los profesores
Laughlin, Strömer y Tsui por el descubrimiento de un nuevo fluido cuántico con excitaciones
de carga fraccionarias. Este nuevo efecto ha traído grandes problemas a los físicos teóricos y
hoy en día, constituye uno de los campos de investigación de mayor interés y actualidad en
toda la física del estado sólido. Cuando por un material conductor o semiconductor, circula
una corriente eléctrica, y estando este mismo material en el seno de un campo magnético, se
comprueba que aparece una fuerza magnética en los portadores de carga que los reagrupa
dentro del material, esto es, los portadores de carga se desvían y agrupan a un lado del
material conductor o semiconductor, apareciendo así un campo eléctrico perpendicular al
campo magnético y al propio campo eléctrico generado por la batería (). Este campo
eléctrico es el denominado campo Hall (), y ligado a él aparece la tensión Hall, que se puede
medir mediante el voltímetro de la figura.
En el caso de la figura, tenemos una barra de un material desconocido y queremos saber
cuales son sus portadores de carga. Para ello, mediante una batería hacemos circular por la
barra una corriente eléctrica. Una vez hecho esto, introducimos la barra en el seno de un
campo magnético uniforme y perpendicular a la tableta.
Aparecerá entonces una fuerza magnética sobre los portadores de carga, que tenderá a
agruparlos a un lado de la barra, apareciendo de este modo una tensión Hall y un campo
eléctrico Hall entre ambos lados de la barra. Dependiendo de si la lectura del voltímetro es
positiva o negativa, y conociendo la dirección del campo magnético y del campo eléctrico
originado por la batería, podemos deducir si los portadores de carga de la barra de material
desconocido son las cargas positivas o las negativas.
En la figura de al lado vemos como el material tiene dos zonas: la de la izquierda y la de la
derecha. En una zona, los portadores son huecos y en la otra electrones.

Generadores Electromagnéticos

Hemos visto, mediante el experimento de Faraday, que para que un campo
magnético induzca una corriente eléctrica debe haber un movimiento de un
imán en las proximidades de una bobina; o también puede inducirse si hacemos
girar la bobina dentro del campo magnético de un imán. Esta es la base de los
generadores electromagnéticos.
Para hacer girar la bobina dentro del campo magnético del imán, utilizaremos
energía mecánica, hidráulica, térmica o nuclear que transformaremos en
energía eléctrica.

Si la corriente eléctrica es continua, el generador es una dinamo; pero si
obtenemos corriente alterna, el generador es un alternador, un generador más
complicado que el primero y más utilizado en las industrias y ciudades. Los
alternadores constan esencialmente de dos partes:
*El rotor, que es la parte que gira.
*El estator, que es la parte que permanece fija.

Aunque las baterías y las pilas generan electricidad, están presentan ciertas
limitaciones, ya que no sirven para aparatos eléctricos con un gran cosmo energético,,
como la mayor parte de los electrodomésticos . En este caso , es necesario
implementar el uso de alternadores y dinamos, cuya estructura se encuentra formada
por un imán fijo y una bobina que gira en el campo magnético creado por el imán .

EL ARTENADOR :Cuando la bobina se encuentra en reposo, no es posible generar
corriente. Pero, a medida que la bobina gira, se origina una variación de campo
magnético y se genera una corriente eléctrica que cambia periódicamente el sentido .

Cuando circula corriente alterna por el trimario , se enduce una corriente interna al
secundario.Si el transformador es un reductor de voltaje , la cantidad de espiras en el
primario sera mayor que el secundario por lo cual la corriente inducida presentara un
menor voltaje que el inicial .Pero , si el transformador es un elevador de voltaje , el
secundario tendra mayor cantidad de espiras y por tanto, un mayor voltaje.

La relacion entre el voltaje proporcionado por el generador a la bobina primeria (V1) y
el voltaje obtenido de salida (V2) es:

V2=N2= B1
N1
Según la ley de Faraday, la relacion entre la fuerza electromotriz inducida y el numero de
espiras es :
E2=N2
E1 N1
Si supones que la resistencia del conductor es despreciable y por lo tanto, el efecto Joule
no se percibe,seguramente la potencia subministrada a la bobina primeria debe ser igual
a la potencia subministrada a la bobida secundaria.Como la potencia electrica es P=i.v
obtenemos:

I1.V=i2.V2

CONCLUSIONES
La física nos enseña a aprender los diferentes tipos de generadores
electromagnéticos ,fuentes de campos magnéticos ……… y muchas cosas
mas que consiste en centrarnos cada vez mas en nuestro mundo que es lo
que realmente tenemos a nuestro alrededor que contiene en que nos
beneficia que consecuencias trae y así entender y comprender lo que
utilizamos en ciertas ocasiones la física es realmente lo que nosotros
necesitamos para saber un poco mas .

GRACIAS ALBERTO BENAVIDES ♥

ErikaOyola8

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