Flujo magnético
Φ = B · S
| Magnitud | Símbolo | Unidad |
|---|---|---|
| Flujo | Φ | Wb |
| Inducción magnética | B | T |
| Superficie | S | m² |
Elec Class
aprender electricidad manipulando
Ficha del curso · capítulo 10 de 15
Un imán o una corriente eléctrica crea a su alrededor un campo magnético B, que se mide en teslas; un cable recorrido por una corriente y situado en ese campo sufre una fuerza, la fuerza de Laplace F = B × I × l. Es el principio de todos los motores eléctricos.
El resultado se calcula ante tus ojos, línea por línea, como en la pizarra.
1Busco
2Doy los valores conocidos
Fórmula utilizada F = B · I · l
3El resultado
Fuerza F120 mN
En un campo de 800 mT, un conductor de 50 mm recorrido por 3 A y perpendicular al campo sufre una fuerza de 120 mN.
La definición, lo esencial que hay que recordar y ejemplos de todos los días.
Un imán tiene dos polos, norte y sur: los polos del mismo nombre se repelen. Las líneas de campo salen por el norte y entran por el sur. El campo se describe por la inducción B (teslas); el flujo Φ = B·S (weber) mide lo que atraviesa una superficie.
Una corriente crea un campo: una bobina de N espiras se comporta como un imán (regla de la mano derecha: los dedos siguen la corriente, el pulgar señala el norte). Un conductor recorrido por I en un campo B sufre la fuerza de Laplace F = B·I·l (regla de los tres dedos).
El campo magnético se parece al viento: invisible, tiene en cada punto una intensidad y una dirección, que las líneas de campo dibujan como las flechas de un mapa del tiempo. Un cable recorrido por una corriente es empujado como una vela, con más fuerza cuanto mayores son el campo (B), la corriente (I) y la longitud de cable (l). Límite: el viento empuja en su propio sentido, mientras que la fuerza de Laplace es perpendicular a la vez al campo y al cable.
| Magnitud | Símbolo | Unidad |
|---|---|---|
| Flujo | Φ | Wb |
| Inducción magnética | B | T |
| Superficie | S | m² |
| Magnitud | Símbolo | Unidad |
|---|---|---|
| Permeabilidad del vacío (4π × 10⁻⁷) | µ₀ | T·m/A |
| Número de espiras | N | - |
| Longitud | l | m |
| Magnitud | Símbolo | Unidad |
|---|---|---|
| Fuerza | F | N |
| Intensidad | I | A |
| Longitud del conductor | l | m |
Cuatro pasos para resolver bien un ejercicio y, después, un ejemplo corregido línea por línea.
Dibuja el campo B, el conductor y el sentido de la corriente; fíjate en el ángulo entre el cable y las líneas de campo.
Longitudes en metros (cm, mm), campo en teslas (1 mT = 0,001 T), superficies en m² (1 cm² = 10⁻⁴ m²).
F = B × I × l si el cable es perpendicular al campo; para un ángulo α entre el cable y el campo, F = B × I × l × sen α.
Mano derecha: el pulgar sigue la corriente, el índice sigue el campo, el dedo corazón da la fuerza. Comprueba que F es perpendicular al cable y al campo.
Una bobina larga de 500 espiras y 20 cm está recorrida por 2 A: ¿qué inducción B en su interior (µ₀ = 4π × 10⁻⁷)? Un conductor de 10 cm recorrido por 5 A se coloca perpendicular a un campo de 0,5 T: ¿qué fuerza?
B = µ₀ · N · I / l = 4π × 10⁻⁷ × 500 × 2 / 0,20 = 6,3 × 10⁻³ T (6,3 mT), con la longitud en metros.
F = B · I · l = 0,5 × 5 × 0,10 = 0,25 N, perpendicular al conductor y al campo (regla de los tres dedos).
El tesla (T); también se habla de inducción magnética. Es una unidad grande: el campo terrestre vale unos 50 µT, un imán de nevera unos pocos militeslas, un imán de neodimio unos cientos de militeslas cerca de su superficie.
Con la mano derecha: el pulgar en el sentido de la corriente, el índice en el sentido del campo, y el dedo corazón da el sentido de la fuerza. Invertir la corriente o el campo invierte la fuerza; invertir los dos la deja igual.
Es la cantidad de campo que atraviesa una superficie: Φ = B × S, en webers, cuando el campo es perpendicular a la superficie. Una espira de 10 cm² en 0,2 T: Φ = 0,2 × 10 × 10⁻⁴ = 2 × 10⁻⁴ Wb.
El hierro canaliza y refuerza el campo: con la misma corriente, B puede ser de cientos a miles de veces mayor que con una bobina de aire. Sin embargo, el hierro se satura hacia 1,5 a 2 T: por encima, aumentar la corriente casi no aporta nada.
Cada cable crea un campo magnético en el que el otro sufre una fuerza de Laplace: dos corrientes del mismo sentido se atraen, dos corrientes de sentido contrario se repelen. La antigua definición del amperio se basaba en este efecto.
Sí: el calor, los golpes o un campo opuesto intenso pueden desimantarlo. El hierro pierde todo su magnetismo por encima de 770 °C (temperatura de Curie), y muchos imanes de neodimio se debilitan ya a 80 °C.
El imán permanente conserva su campo por sí solo; el electroimán es una bobina (a menudo con núcleo de hierro) que solo produce campo mientras la atraviesa una corriente: se puede mandar, invertir, regular.
Hacia el Norte geográfico, que es por tanto un polo Sur magnético (los polos contrarios se atraen). Cerca de una bobina, la aguja indica el sentido del campo.
Del más sencillo al más completo, cada ejercicio tiene su solución paso a paso.
Experimento de los raíles de Laplace: una varilla de cobre apoyada en dos raíles, entre los brazos de un imán en U, rueda en cuanto se hacen pasar por ella unos amperios. Invertir la corriente y luego dar la vuelta al imán permite comprobar la regla de la mano derecha.
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