ELECTROMAGNETISMO El electromagnetismo hace referencia a la relación existente entre electricidad y magnetismo. Esta relación fue descubierta por el físico danés Christian Ørsted, cuando observó que la corriente eléctrica circulante por un cable es capaz de crear un campo magnético alrededor suyo, igual al campo magnético creado por los imanes. Con ello se concluye que el magnetismo es una propiedad de la corriente eléctrica (de los electrones en movimiento). Electricidad y magnetismo son manifestaciones de un mismo fenómeno, por lo que en la actualidad se habla de electromagnetismo.

Experimento de Oersted: La corriente eléctrica ejerce una fuerza sobre el imán de la brújula, consiguiendo que cambie la dirección de su aguja. En un principio estaba orientada paralelamente al hilo conductor, y cuando se ha cerrado el circuito, se ha orientado perpendicularmente. Oersted interpretó este fenómeno suponiendo que la corriente eléctrica creaba un campo magnético igual al que crean los imanes.

ELECTROIMANES. El electromagnetismo es el fundamento de los electroimanes. Un electroimán es un componente eléctrico que funciona como un imán cuando circula una corriente eléctrica en su interior. El electroimán está compuesto por una bobina de hilo conductor enrollada alrededor de un núcleo de hierro o acero. Los electroimanes, al igual que el resto de imanes, también presentan un polo N y un polo S. La única diferencia es que los electroimanes sólo adquieren magnetismo cuando están conectados a una corriente eléctrica.

Es muy sencillo cambiar la polaridad de un electroimán, es decir, la manera como están colocados sus polos N y S. Para ello basta cambiar la polaridad de la corriente que los alimenta.

EL RELÉ ELECTROMECÁNICO. El relé es un elemento de control cuyo funcionamiento se basa en un electroimán. Un relé funciona como un interruptor o conmutador automático controlado por electricidad. Los relés permiten abrir o cerrar circuitos sin la intervención humana.

Relé comercial

Esquema interno de un relé

Simbología eléctrica

Funcionamiento:

Su funcionamiento se basa en el electromagnetismo y los electroimanes. Al apretar el pulsador, la corriente circula a través de la bobina (1). La corriente en la bobina produce un campo magnético (2), que atrae a la lámina metálica de hierro dulce (3). Al atraer la lámina metálica se fuerza a los contactos a tocarse, cerrando el circuito secundario (4). Si cesa el flujo de corriente a través de la bobina, los contactos vuelven a separarse.

(1) La corriente llega a la bobina

(3) El campo atrae la chapa, cerrando los contactos

(2) Se produce un campo magnético

(4) Al cerrarse el circuito, se enciende la bombilla

Contactos de un relé. Un relé presenta 5 terminales de conexión: 2 terminales de conexión a la bobina. Un terminal común (COM), que actúa como entrada. Un terminal de salida Normalmente Cerrado (NC). Un terminal de salida Normalmente Abierto (NA). Aplicaciones: Los relés son interruptores o conmutadores automáticos controlados eléctricamente, por lo que sus principales aplicaciones son automatismos, control de motores eléctricos, activación de circuitos de elevada potencia, etc. Ejemplo: Activación de un circuito de gran potencia (20 V) mediante un circuito de baja potencia (5 V).

Bobina Bobina

NC COM

NA

LA INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA. En el punto de electromagnetismo se estudió cómo una corriente eléctrica es capaz de generar un campo magnético a su alrededor. Pues bien, el físico inglés Michael Faraday descubrió el fenómeno complementario: un campo magnético en las proximidades de un conductor es capaz de generar una corriente eléctrica en dicho conductor. A dicho fenómeno físico se le llama inducción electromagnética. Un imán en movimiento genera electricidad: si se mueve un imán cerca de un conductor (un cable), en el interior del conductor se genera un movimiento de electrones (corriente eléctrica). La corriente eléctrica será más importante conforme más intenso sea el campo magnético del imán y más rápido sea el su movimiento. A la corriente generada por inducción electromagnética se la llama corriente inducida.

Experimento de Faraday sobre la inducción electromagnética: el movimiento de un imán en las proximidades de un conductor produce una corriente en dicho conductor. También ocurre de forma complementaria: el movimiento de un conductor en las proximidades de un imán provoca la aparición de una corriente inducida en el conductor.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS. La relación existente entre electricidad y magnetismo (electromagnetismo e inducción electromagnética) es el fundamento físico del funcionamiento de las máquinas eléctricas: a) Motores eléctricos: producción de movimiento (energía mecánica) a partir de la electricidad. b) Generadores eléctricos: generación de electricidad a partir de movimiento (energía mecánica).

MOTORES ELÉCTRICOS. El funcionamiento de los motores eléctricos se basa en la interacción entre imanes permanentes y electroimanes. Un motor eléctrico consiste en una espira rectangular, situada en el interior de un campo magnético creado por un imán permanente. Si por dicha espira se hace circular una corriente eléctrica, la espira se convierte en un electroimán. Gracias a las fuerzas de atracción y repulsión entre los polos del imán permanente y el electroimán en el que se ha convertido la espira, se consigue que la espira experimente un movimiento de giro. De esta forma se convierte la energía eléctrica que circula por la espira en energía mecánica.

Precisamente ésta es la base de los motores eléctricos, aunque en lugar de emplear una espira utilizan una bobina, ya que así el efecto resultante es mucho mayor.

Un motor eléctrico típico consta de los siguientes componentes: Una bobina (generalmente de cobre) arrollada en torno a un trozo de hierro (núcleo de hierro). Un imán permanente necesario para producir el giro cuando pasa la corriente eléctrica por la bobina. Una armadura que soporta el imán. Delgas y escobillas que completan el circuito eléctrico.

GENERADORES ELÉCTRICOS. El funcionamiento de los generadores eléctricos se basa en el principio de inducción electromagnética. El movimiento de una espira de conductor en las proximidades de un imán provoca la aparición de una corriente inducida en dicho conductor. Este principio permite producir electricidad a partir del movimiento.

Existen dos tipos de generadores eléctricos: dinamos y alternadores. Si la corriente eléctrica generada es alterna el generador es un alternador, pero si se obtiene corriente continua el generador es una dinamo.

ALTERNADOR. El alternador es un generador eléctrico que transforma el movimiento en corriente alterna.

Consta de las siguientes partes:

a) Estator: se trata de una carcasa metálica que contiene un juego de imanes permanentes enfrentados entre sí, de manera que crean un campo magnético constante. En el interior del estator gira el rotor.

b) Rotor: se trata de la espira o bobina de cable conductor a la que se le suministra el movimiento. Al girar el interior del campo magnético creado por el estator, en dicha bobina se induce una corriente eléctrica. c) Colector: Se trata de dos anillos metálicos giratorios, cada uno conectado a un extremo de la espira o bobina que conforma el rotor. Se encarga de recoger la corriente eléctrica inducida en el rotor. d) Escobillas: Son unas piezas en contacto con los anillos del colector, de forma que toman la corriente eléctrica recogida por el colector y la extraen del alternador para ser utilizada.

Su funcionamiento es muy simple: cuando se hace girar la bobina dentro del campo magnético, se genera una corriente eléctrica inducida en la bobina, donde el sentido de circulación de dicha corriente varía en función de la posición entre la bobina y las líneas de campo magnético del imán (cada vez que la bobina da media vuelta, la corriente generada en su interior cambia de sentido). El alternador es el generador usado para producir electricidad a gran escala en las centrales eléctricas, en forma de corriente alterna. El principio básico de producción de electricidad es el mismo para las distintas centrales eléctricas: para mover la turbina que hace girar la bobina del rotor dentro del campo magnético producido por el imán del estator, las distintas centrales eléctricas utilizan energía térmica (vapor de agua), hidráulica (saltos de agua o embalses), nuclear (fisión de núcleos de uranio), etc.

DINAMO. La dinamo es un generador eléctrico que transforma el movimiento en corriente continua.

Su funcionamiento es muy similar al alternador, con la única diferencia del colector: En el alternador el colector se compone de dos anillos metálicos. En la dinamo el colector se compone de un solo anillo metálico separado en dos mitades aisladas entre sí (colector de delgas). Como el colector está partido, se consigue que la corriente recogida siempre circule en un solo sentido, obteniéndose corriente continua.

”

ACTIVIDADES DE ELECTROMAGNETISMO 1º) Responde a las siguientes preguntas: a) b) c) d)

¿Quién es Christian Oersted? ¿Qué ocurre alrededor de un cable por el que circula una corriente? ¿Cómo se denomina este efecto? ¿Por qué se dice que la electricidad y el magnetismo están tan relacionados?

2º) Electroimanes: a) b) c) d) e)

¿Qué componentes constituyen un electroimán? ¿Qué pasa si un electroimán se conecta a una corriente eléctrica? ¿Qué pasa si un electroimán se desconecta de una corriente eléctrica? ¿Es lo mismo un imán que un electroimán? ¿Por qué? ¿La ubicación de los polos en un electroimán es fija? ¿Por qué?

3º) Explica con tus propias palabras cómo funciona un relé.

4º) Funcionamiento básico del relé: Observa el siguiente circuito para entender el funcionamiento básico del relé. Explica detalladamente lo que sucede al presionar el pulsador.

5º) Analiza el siguiente circuito y explica su funcionamiento. Céntrate especialmente en el papel que juega el relé en el circuito.

6º) Observa el siguiente circuito y responde a las cuestiones: a) b) c) d)

¿Qué ocurre en la situación inicial (pulsador sin pulsar)? ¿Qué ocurre al pulsar el pulsador? ¿Qué ocurre al liberar el pulsador? ¿Cuál es la función del relé en este circuito?

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7º) Para los 5 circuitos representados, responde a las siguientes preguntas: a) ¿Qué ocurre en el instante inicial (pulsador sin pulsar)? b) ¿Qué ocurre al pulsar el pulsador? c) ¿qué ocurre al liberar el pulsador?

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8º) Inducción electromagnética: a) ¿Quién descubrió el fenómeno de inducción electromagnética? b) ¿Qué ocurre si se mueve un imán cerca de un conductor? ¿Por qué? c) ¿Qué ocurre si se deja inmóvil un imán cerca de un conductor? ¿Por qué? d) ¿Qué ocurre si se mueve un conductor cerca de un imán? ¿Por qué? e) ¿Qué ocurre en las proximidades de un conductor cuando por él circula la corriente eléctrica? ¿Cómo se llama este efecto?

9º) ¿Qué son las máquinas eléctricas? ¿Cuáles son?

10º) Indica cuál es el fenómeno físico en el que se fundamenta el funcionamiento de los motores eléctricos. A continuación explica brevemente, con tus propias palabras, el funcionamiento de un motor eléctrico.

11º) Motores eléctricos: a) ¿Qué transformación de energías opera un motor eléctrico? b) ¿Qué componentes constituyen un motor eléctrico? c) ¿Para qué sirve el imán permanente de un motor eléctrico? d) ¿Qué ocurre en la espira o bobina de un motor eléctrico cuando ésta se conecta a la corriente eléctrica? e) ¿Qué ocurre cuando un motor eléctrico se desconecta de la corriente eléctrica?

12º) Indica cuál es el fenómeno físico en el que se fundamenta el funcionamiento de los generadores eléctricos. A continuación explica brevemente dicho fenómeno.

13º) Alternadores. a) ¿Qué transformación de energías opera un alternador? b) ¿Cómo se le proporciona movimiento a la bobina del alternador? c) ¿Para qué se le proporciona movimiento a la bobina del alternador? d) ¿Qué elementos constituyen un alternador? e) ¿Cuál es el principal ámbito de aplicación de los alternadores?

14º) Dinamos. a) ¿Qué es una dinamo? b) ¿Qué es el estator de la dinamo? ¿Cuál es su misión? c) ¿Qué es el rotor de la dinamo? ¿Qué ocurre en el inducido cuando recibe movimiento (energía mecánica)? d) ¿Qué ocurre si el rotor no recibe energía mecánica? e) ¿Cuál es la principal diferencia entre dinamos y alternadores?

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