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10 MAGNETISMO

Y ELECTROMAGNETISMO

ESQUEMA DEL CAPÍTULO

10–1 El campo magnético

10–2 Electromagnetismo

10–3 Dispositivos electromagnéticos

10–4 Histéresis magnética

10–5 Inducción electromagnética

10–6 Aplicaciones de la inducciónelectromagnética

Una aplicación de circuito

OBJETIVOS DEL CAPÍTULO

◆ Explicar los principios de un campo magnético◆ Explicar los principios del electromagnetismo◆ Describir el principio de operación de varios tipos

de dispositivos electromagnéticos◆ Explicar la histéresis magnética◆ Analizar el principio de inducción

electromagnética◆ Describir algunas aplicaciones de la inducción

electromagnética

TÉRMINOS CLAVE

DESCRIPCIÓN PREVIA DE UNAAPLICACIÓN DE CIRCUITO

En aplicación de un circuito, usted aprenderá cómo seutilizan los relevadores electromagnéticos en sistemasde alarma contra robo, y desarrollará unprocedimiento para revisar un sistema de alarmabásico.

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Auxiliares de estudio para este capítulo estándisponibles enhttp://www.pearsoneducacion.net/floyd

INTRODUCCIÓN

Este capítulo se aparta de la cobertura de circuitos decd e introduce los conceptos de magnetismo yelectromagnetismo. La operación de dispositivos talescomo el relevador, el solenoide, y el altavoz estábasada en parte en principios magnéticos oelectromagnéticos. La inducción electromagnética esimportante en un componente eléctrico llamadoinductor o bobina, lo cual es el tema del capítulo 13.

Dos tipos de imanes son el imán permanente y elelectroimán. El imán permanente mantiene un campomagnético constante entre sus dos polos sin queintervenga alguna excitación externa. El electroimánproduce un campo magnético sólo cuando circulacorriente a través de él. El electroimán es básicamenteuna bobina de alambre arrollado alrededor de unmaterial de núcleo magnético.

◆ Altavoz

◆ Ampere-vuelta (At, por sussiglas en inglés)

◆ Campo electromagnético

◆ Campo magnético

◆ Corriente inducida (iind)

◆ Electromagnetismo

◆ Flujo magnético

◆ Fuerza magnetomotriz(fmm)

◆ Histéresis

◆ Inducción electromagnética

◆ Ley de Faraday

◆ Ley de Lenz

◆ Líneas de fuerza

◆ Permeabilidad

◆ Relevador

◆ Reluctancia

◆ Retentividad

◆ Solenoide

◆ Tesla

◆ Voltaje inducido (vind)

◆ Weber (Wb)

B I O G R A F Í A

Wilhelm Eduard Weber 1804–1891

Weber fue un físico alemánque trabajó codo a codo conGauss, cuya biografíaaparece más adelante. Deforma independiente,Weber estableció un sistemade unidades eléctricasabsolutas y realizó trabajosque resultaron crucialespara desarrollos posterioresde la teoríaelectromagnética de la luz.La unidad de flujomagnético fue nombrada ensu honor. (Crédito de lafotografía: Cortesía deSmithsonian Institution.Fotografía núm. 52,604).

EL CAMPO MAGNÉTICO ◆ 371

Un imán permanente, tal como la barra magnética mostrada en la figura 10-1, tiene uncampo magnético a su alrededor que consiste en líneas de fuerza, o líneas de flujo. Por cla-ridad, sólo una cuantas líneas de fuerza se muestran en la figura. Imaginemos, sin embargo,que muchas líneas circundan el imán en tres dimensiones. Las líneas se contraen al tamañomás pequeño posible y se mezclan entre sí, aunque no se tocan. De esta manera se formaefectivamente un campo magnético continuo alrededor del imán.

10–1 EL CAMPO MAGNÉTICO

Un imán permanente tiene un campo magnético alrededor de él. El campo magnéticoconsiste en líneas de fuerza que se irradian desde el polo norte (N) hasta el polo sur (S)y de regreso al polo norte a través del material magnético.

Después de completar esta sección, usted debe ser capaz de:

◆ Explicar los principios de un campo magnético

◆ Definir el término flujo magnético

◆ Definir el término densidad de flujo magnético

◆ Analizar cómo se magnetizan los materiales

◆ Explicar cómo funciona un interruptor magnético

� FIGURA 10–1

Líneas de fuerza magnéticaalrededor de una barraimantada.

Las líneas con flecha representan sólo algunas de las muchaslíneas de fuerza magnética que hay en el campo magnético.

NS

Cuando los polos desiguales de dos imanes permanentes se colocan muy cerca unos deotros, sus campos magnéticos producen una fuerza de atracción, como indica la figura 10-2(a).Cuando dos polos iguales se acercan entre sí, se repelen, según muestra la parte (b).

Cuando un material no magnético tal como papel, vidrio, madera o plástico se coloca enun campo magnético, las líneas de fuerza no se alteran, según muestra la figura 10-3(a). Noobstante, cuando un material magnético tal como hierro se coloca en el campo magnético,las líneas de fuerza tienden a cambiar de curso y atraviesan el hierro en lugar de pasar a tra-vés del aire circundante. Lo hacen así porque el hierro proporciona una trayectoria magné-tica más fácil de establecer que la del aire. La figura 10-3(b) ilustra este principio. El hechode que las líneas de fuerza magnéticas sigan una trayectoria a través del hierro u otros ma-teriales es una consideración primordial en el proceso de diseño de escudos o pantallas queimpiden a los campos magnéticos parásitos afectar circuitos sensibles.

Flujo magnético (f)

El grupo de líneas de fuerza que van del polo norte al polo sur de un imán se llama flujomagnético, simbolizado mediante f (la letra griega fi). El número de líneas de fuerza pre-sentes en un campo magnético determina el valor del flujo. Mientras más líneas de fuerzahaya, más grande es el flujo y más intenso el campo magnético.

372 ◆ MAGNETISMO Y ELECTROMAGNETISMO

La unidad de flujo magnético es el weber (Wb). Un weber es igual a 108 líneas. El weber esuna unidad muy grande; por tanto, en la mayoría de las situaciones prácticas, se utiliza el micro-weber (mWb). Un microweber es igual a 100 líneas de flujo magnético.

Densidad de flujo magnético (B)

La densidad de flujo magnético es la cantidad de flujo por unidad de área perpendicular al campomagnético. Se simboliza mediante B, y su unidad SI es el tesla (T). Un tesla es igual a un weberpor metro cuadrado (Wb/m2). La fórmula siguiente expresa la densidad de flujo:

donde f es el flujo (Wb) y A es el área de sección transversal en metros cuadrados (m2) del cam-po magnético.

B =f

A

� FIGURA 10–2

Atracción y repulsión magnéticas.

� FIGURA 10–3

Efecto de (a) materiales no magnéticos y (b) materiales magnéticos en un campo magnético.

N S N S

(a) Los polos desiguales se atraen

(b) Los polos iguales se repelen

NS N S

(a)Vidrio

(b)

Hierro suave

NS N SNikola Tesla 1856–1943

Tesla nació en Croacia(entonces Austria-Hungría).Fue ingeniero eléctrico einventó el motor deinducción de ca, lossistemas de ca polifásicos, eltransformador de bobinaTesla, las comunicacionesinalámbricas, y las lucesfluorescentes. Trabajó paraEdison cuando llegó porprimera vez a EstadosUnidos, en 1884, y despuéspara Westinghouse. Launidad SI de densidad deflujo magnético fuenombrada en su honor.(Crédito de la fotografía:Cortesía del Museo NikolaTesla, Belgrado, Yugoslavia).

B I O G R A F Í A

Ecuación 10–1

EL CAMPO MAGNÉTICO ◆ 373

Compare el flujo y la densidad de flujo en los dos núcleos magnéticos mostrados en la figura10-4. El diagrama representa la sección transversal de un material magnetizado. Suponga quecada punto equivale a 100 líneas o 1 mWb.

EJEMPLO 10–1

� FIGURA 10–42.5 cm

2.5 cm

(a)

5.0 cm

2.5 cm

(b)

Solución El flujo es simplemente el número de líneas. En la figura 10-4(a) hay 49 puntos. Cada puntorepresenta 1 mWb, así que el flujo es de 49 mWb. En la figura 10-4(b) hay 72 puntos, enton-ces el flujo es de 72 mWb.

Para calcular la densidad de flujo en la figura 10-4(a), primero encuentre el área en metroscuadrados.

En la figura 10-4(b) el área es

Use la ecuación 10-1 para calcular la densidad de flujo. En la figura 10-4(a) la densidad de flujo es

En la figura 10-4(b) la densidad de flujo es

Los datos que aparecen en la tabla 10-1 comparan los dos núcleos. Observe que el núcleocon el flujo más grande no necesariamente tiene la densidad de flujo más alta.

B =f

A=

72 mWb

1.25 * 10-3 m2 = 57.6 * 10-3 Wb/m2 = 57.6 * 10-3 T

B =f

A=

49 mWb

6.25 * 10-4 m2 = 78.4 * 10-3 Wb/m2 = 78.4 * 10-3 T

A = l * w = 0.025 m * 0.050 m = 1.25 * 10-3 m2

A = l * w = 0.025 m * 0.025 m = 6.25 * 10-4 m2

FLUJO (Wb) ÁREA (m2) DENSIDAD DE FLUJO (T)

Figura 10–4(a)

Figura 10–4(b) 57.6 * 10-3 T1.25 * 10-3 m272 mWb

78.4 * 10-3 T6.25 * 10-4 m249 mWb

� TABLA 10–1

Problema relacionado* ¿Qué le sucede a la densidad de flujo si el flujo mostrado en la figura 10-4(a) está en un nú-cleo de 5.0 cm � 5.0 cm?

*Las respuestas se encuentran al final del capítulo.

Si la densidad de flujo en cierto material magnético es de 0.23 T y el área del material es de0.38 pulg2, ¿cuál es el flujo a través del material?

Solución Primero, 0.38 pulg2 se convierten a metros cuadrados. 39.37 pulg � 1 m; por consiguiente,

A = 0.38 pulg2[1 m2/(39.37 pulg)2] = 245 * 10-6 m2

EJEMPLO 10–2


El Gauss Aunque el Tesla (T) es la unidad en el SI de densidad de flujo, de vez en cuando seutiliza otra unidad llamada gauss del sistema CGS (centímetro-gramo-segundo), donde (104

gauss � 1 T). De hecho, el instrumento utilizado para medir la densidad de flujo es el gaussíme-tro. El gauss es una unidad conveniente para emplear en campos magnéticos pequeños tales co-mo el campo magnético terrestre, el cual oscila entre 0.3 y 0.6 gauss, según el lugar.

Cómo se magnetizan los materialesLos materiales ferromagnéticos tales como hierro, níquel y cobalto se magnetizan al colocarlosen el campo magnético de un imán. Todos hemos visto que un imán permanente atrae cosas co-mo sujetapapeles, clavos y limaduras de hierro. En estos casos, el objeto se magnetiza (es de-cir, en realidad se convierte en un imán) debido a la influencia del campo magnético permanentey es atraído por el imán. Cuando se retira el campo magnético, el objeto tiende a perder su mag-netismo.

Los materiales ferromagnéticos provocan que se creen dominios magnéticos diminutos dentrode su estructura atómica. Estos dominios pueden ser considerados como pequeñísimas barrasimantadas con polos norte y sur. Cuando el material no está expuesto a un campo magnético ex-terno, los dominios magnéticos se orientan al azar, como indica la figura 10-5(a). Cuando el ma-terial se coloca en un campo magnético, los dominios se alinean según muestra la parte (b). Portanto, el objeto se convierte efectivamente en un imán.

El flujo a través del material es

Problema relacionado Calcule B si A � 0.05 pulg2 y f � 1000 mWb.

f = BA = (0.23 T)(245 * 10-6 m2) = 56.4 MWb

� FIGURA 10–5

Dominios magnéticos en (a) un material no magnetizado y (b) un material magnetizado.

N S

(a) Los dominios magnéticos se alinean cuando el material se magnetiza

(b)Los dominios magnéticos (N S) se orientan al azar en el material no magnetizado

Karl Friedrich Gauss1777–1855

Gauss, un matemáticoalemán, desaprobó muchasteorías matemáticas delsiglo XVIII. Más tarde,trabajó en estrechacolaboración con Weber enun sistema mundial deestaciones para realizarobservaciones sistemáticasdel magnetismo terrestre. Elresultado más importantede su trabajo enelectromagnetismo fue eldesarrollo posterior deltelégrafo realizado por otrosestudiosos basado en losresultados obtenidos por él.La unidad CGS de densidadde flujo magnético fuenombrada en su honor.(Crédito: Ilustración deSteven S. Nau).

B I O G R A F Í A

Aplicaciones Los imanes permanentes se utilizan en interruptores, tales como el interruptormagnético normalmente cerrado (NC). Cuando un imán se acerca a un mecanismo interruptor

� FIGURA 10–6

Operación de un interruptormagnético.

Imán(a)

Imán

El contacto se cierra cuando el imán está cerca

(b) El contacto se abre cuando el imán se aleja

ELECTROMAGNETISMO ◆ 375

como indica la figura 10-6(a), el brazo metálico se mantiene en su posición NC. Cuando el imánse aleja, el resorte jala el brazo hacia arriba, lo cual rompe el contacto, según muestra la parte (b).

Los interruptores de este tipo son de uso común en sistemas de alarma perimetrales para de-tectar la irrupción a un edificio a través de ventanas o puertas. Como se muestra en la figura 10-7,varias aberturas pueden estar protegidas por interruptores magnéticos conectados a un transmisorcomún. Cuando cualquier interruptor se abre, el transmisor se activa y envía una señal a un re-ceptor central y unidad de alarma.

� FIGURA 10–7

Conexión de un sistema dealarma perimetral típico.

Imán

Ventana 1

Imán

Ventana 2

Imán

Ventana 3

Unidad transmisora

1. Cuando los polos norte de dos imanes se colocan cercanos entre sí, ¿se repelen o atraenuno al otro?

2. ¿Qué es el flujo magnético?

3. ¿Cuál es la densidad de flujo cuando f� 4.5 mWb y A � 5 � 10�3 m2?

REPASO DE LASECCIÓN 10-1Las respuestas seencuentran al finaldel capítulo.

La corriente produce un campo magnético, llamado campo electromagnético, alrededor de unconductor, como ilustra la figura 10-8. Las líneas de fuerza invisibles del campo magnético for-man un patrón circular concéntrico alrededor del conductor y son continuas a todo lo largo de és-te. A diferencia de la barra imantada, el campo magnético que rodea un conductor no tiene polos

10–2 ELECTROMAGNETISMO

El electromagnetismo es la producción de un campo magnético por una corriente en un conductor.


◆ Explicar los principios del electromagnetismo

◆ Determinar la dirección de las líneas de fuerza magnéticas

◆ Definir el término permeabilidad

◆ Definir el término reluctancia

◆ Definir el término fuerza magnetomotriz

◆ Describir un electroimán básico


norte o sur. La dirección de las líneas de fuerza que rodean el conductor mostrado en la figura espara corriente convencional. Las líneas están en el mismo sentido que las manecillas del reloj.Cuando se invierte la corriente, las líneas del campo magnético van en dirección contraria a la delas manecillas del reloj.

Aunque el campo magnético no es visible, tiene capacidad para producir efectos visibles. Porejemplo, al insertar perpendicularmente en una hoja de papel un conductor que transporta co-rriente, limaduras de hierro colocadas en la superficie del papel se acomodan en líneas de fuerzamagnéticas formando anillos concéntricos, como ilustra la figura 10-9(a). La parte (b) de la figu-ra muestra que el polo norte de una brújula colocada en el campo electromagnético apuntará enla dirección de las líneas de fuerza. El campo es más intenso cerca del conductor y se debilita alalejarse de éste.

� FIGURA 10–8

Campo magnético alrededorde un conductor quetransporta corriente. Lasflechas rojas indican ladirección convencional de lacorriente ( a ). -+

� FIGURA 10–9

Efectos visibles de un campoelectromagnético.

� FIGURA 10–10

Ilustración de la regla de lamano derecha. La cual seutiliza para corrienteconvencional ( a ).-+

I

I

I

Las líneas de fuerzas son continua a lo largo del conductor

+

–

BrújulaLimaduras de hierro

(a) (b)

+

–

+

–

Regla de la mano derecha En la figura 10-10 se ilustra una ayuda para recordar la direcciónde las líneas de fuerza. Imagine que usted está sujetando el conductor con su mano derecha, con

+–


el pulgar apuntando en la dirección de la corriente; así, sus dedos apuntarán en la dirección de laslíneas de fuerza magnéticas.

Propiedades electromagnéticas

Varias propiedades importantes están relacionadas con campos magnéticos.

Permeabilidad (m) La facilidad con que un campo magnético puede ser establecido en un ma-terial dado se mide mediante la permeabilidad de dicho material. Mientras más alta es la permea-bilidad, más fácilmente se puede establecer el campo magnético.

El símbolo de permeabilidad es m (la letra griega mu), y su valor varía según el tipo de mate-rial. La permeabilidad de un vacío (m0) es de 4p� 10�7 Wb/At m (webers/ampere-vuelta me-tro) (en este texto, At simboliza ampere-vuelta) y se utiliza como referencia. Los materialesferromagnéticos tienen permeabilidades características que son cientos de veces más grandes quela permeabilidad del aire (vacío), por lo que un campo magnético puede ser establecido con rela-tiva facilidad en estos materiales. Los materiales ferromagnéticos incluyen hierro, acero, níquel,cobalto, y sus aleaciones.

La permeabilidad relativa (mr) de un material es la relación de su permeabilidad absoluta a lapermeabilidad del aire (vacío).

Como ésta es una relación de permeabilidades, mr no tiene dimensiones. La permeabilidad rela-tiva de algunos materiales magnéticos típicos, tal como el hierro, es de unos cientos. La permea-bilidad relativa de materiales altamente permeables puede ser hasta de 100,000.

Reluctancia (�) La oposición al establecimiento de un campo magnético en un material sellama reluctancia. El valor de reluctancia es directamente proporcional a la longitud (l) de la tra-yectoria magnética e inversamente proporcional a la permeabilidad (m) y al área de sección trans-versal (A) del material, como lo expresa la siguiente ecuación:

�

En circuitos magnéticos, la reluctancia es análoga a la resistencia que tiene lugar en los circui-tos eléctricos. La unidad de reluctancia se deriva con l en metros, A (área) en metros cuadrados,y m en Wb/At m como sigue:

�

At/Wb es ampere-vueltas/weber. La ecuación 10-3 es similar a la ecuación 2-6 empleada para determinar la resistencia de un

conductor. Recuerde que la ecuación 2-6 es

El recíproco de la resistividad (r) es la conductividad (s). Sustituyendo r por 1/s, la ecuación 2-6se escribe como

Compare esta última ecuación para la resistencia de un conductor con la ecuación 10-3. El sig-nificado de la longitud (l) y del área (A) es el mismo en ambas ecuaciones. La conductividad (s)en circuitos eléctricos es análoga a la permeabilidad (m) en circuitos magnéticos. Asimismo, laresistencia (R) en circuitos eléctricos es análoga a la reluctancia (�) en circuitos magnéticos; am-bas son oposiciones. Típicamente, la reluctancia de un circuito magnético es de 50,000 At/Wb omás, según el tamaño y tipo de material.

R =l

sA

R =rl

A

=l

mA=

m

(Wb/At # m)(m2)=

At

Wb

#

=l

mA

mr =m

m0

##

Ecuación 10–2

Ecuación 10–3


Fuerza magnetomotriz (fmm) Como ya se vio, la corriente que circula en un conductor pro-duce un campo magnético. La causa de un campo magnético se llama fuerza magnetomotriz(fmm). El nombre fuerza magnetomotriz tiene algo de erróneo porque, en sentido físico, en rea-lidad no es una fuerza sino el resultado directo del movimiento de una carga (corriente). La uni-dad de fmm, el ampere-vuelta (At, por sus siglas en inglés), se estableció sobre la base de lacorriente presente en una sola espira (vuelta) de conductor. La fórmula de la fmm es

donde Fm es la fuerza magnetomotriz, N es el número de vueltas de conductor, e I es la corrienteen amperes.

La figura 10-11 ilustra que el número de vueltas de un conductor que transporta corriente al-rededor de un material magnético crea una fuerza que establece líneas de flujo a través de la tra-

Fm = NI

Calcule la reluctancia de un toro (un núcleo en forma de dona) fabricado en acero al bajo car-bono. El radio interior del toro es de 1.75 cm y el radio externo mide 2.25 cm. Suponga que lapermeabilidad del acero al bajo carbono es de

Solución Antes de que calcule el área y la longitud debe convertir los centímetros en metros. Por las di-mensiones dadas, el espesor (diámetro) es de 0.5 cm � 0.005 m. Por tanto, el área de seccióntransversal es

La longitud es igual a la circunferencia del toro calculada con el radio promedio de 2.0 cm o0.020 m.

Al sustituir valores en la ecuación 10-3,

�

Problema relacionado ¿Qué le sucede a la reluctancia si el núcleo de hierro fundido se sustituye por uno de acero fun-dido con permeabilidad de 5 � 10�4 Wb/At·m?

=l

mA=

0.125 m

(2 * 10-4 Wb/At # m)(1.96 * 10-5 m2)= 31.9 : 106 At/Wb

l = C = 2pr = 2p(0.020 m) = 0.125 m

A = pr 2 = p(0.0025)2 = 1.96 * 10-5 m2

2 * 10-4 Wb/At # m.

EJEMPLO 10–3

La permeabilidad relativa del acero suave es de 800. Calcule la reluctancia de un núcleo deacero suave de 10 cm de longitud y 1.0 cm � 1.2 cm de sección transversal.

Solución Primero, determine la permeabilidad del acero suave.

A continuación, cambie la longitud a metros y el área a metros cuadrados.

Al sustituir valores en la ecuación 10-3,

�

Problema relacionado ¿Qué le sucede a la reluctancia si el núcleo es Permalloy 78 con permeabilidad relativa de 4000?

=l

mA=

0.10 m

(1.00 * 10-3 Wb/At # m)(1.2 * 10-4 m2)= 8.33 : 105 At/Wb

A = 0.010 m * 0.012 m = 1.2 * 10-4 m2

l = 10 cm = 0.10 m

m = m0mr = (4p * 10-7 Wb/At # m)(800) = 1.00 * 10-3 Wb/At # m

EJEMPLO 10–4

Ecuación 10–4


yectoria magnética. La cantidad de flujo depende de la magnitud de la fmm y de la reluctanciadel material, conforme a lo expresado por la siguiente ecuación:

La ecuación 10-5 se conoce como la ley de Ohm para circuitos magnéticos porque el flujo (f) esanálogo a la corriente, la fmm (Fm) es análoga al voltaje, y la reluctancia (�) es análoga a la re-sistencia.

f =Fm

�

� FIGURA 10–11

Circuito magnético básico.Material magnético

N

�

�

I

I

+

–

Fm

Ecuación 10–5

¿Cuánto flujo se establece en la trayectoria magnética de la figura 10-12 si la reluctancia delmaterial es de 2.8 � 105 At/Wb?

EJEMPLO 10–5

� FIGURA 10–12

–

500vueltas

Material magnético0.3 A

+

Solución

Problema relacionado ¿Cuánto flujo se establece en la trayectoria magnética de la figura 10-12 si la reluctancia es de7.5 � 103 At/Wb, el número de vueltas es de 300, y la corriente es de 0.18 A?

f =Fm

�=

NI

�=

(500 t)(0.300 A)

2.8 * 105 At/Wb= 536 MWb

A través de una bobina de 400 vueltas circula una corriente de 0.1 A.

(a) ¿Cuál es la fmm?

(b) ¿Cuál es la reluctancia del circuito si el flujo es de 250 mWb?

EJEMPLO 10–6


El electroimán

Un electroimán está basado en las propiedades que se acaban de aprender. Un electroimán básicoes simplemente una bobina de hilo arrollado alrededor de un núcleo que es fácil de magnetizar.

La forma de un electroimán puede ser diseñada de acuerdo con diversas aplicaciones. Porejemplo, la figura 10-13 muestra un núcleo magnético en forma de U. Cuando la bobina de hilose conecta a una batería y hay corriente, parte (a), se establece un campo magnético como se in-dica. Si se invierte la corriente, parte (b), la dirección del campo magnético también se invierte.Mientras más se acercan entre sí los polos norte y sur, más pequeña se vuelve la separación entreellos, y es más fácil establecer un campo magnético porque la reluctancia se redujo.

Solución (a)

(b)

Problema relacionado Resuelva otra vez el ejemplo con I � 85 mA y N � 500. El flujo es de 500 mWb.

� =Fm

f=

40 At

250 mWb= 1.60 : 105 At/Wb

Fm = NI = (400 t)(0.1 A) = 40 AtN = 400 y I = 0.1 A

� FIGURA 10–13

La inversión de la corriente en la bobina causa que el campo electromagnético se invierta.

NS

(a)

II

SN

(b)

1. Explique la diferencia entre magnetismo y electromagnetismo.

2. ¿Qué le pasa al campo magnético en un electroimán cuando la corriente que circula a tra-vés de la bobina se invierte?

3. Enuncie la ley de Ohm para un circuito magnético.

4. Compare cada cantidad en la pregunta 3 con su contraparte eléctrica.

REPASO DE LASECCIÓN 10-2

DISPOSITIVOS ELECTROMAGNÉTICOS ◆ 381

El solenoide

El solenoide es un tipo de dispositivo electromagnético provisto de un núcleo de hierro móvilllamado émbolo. El movimiento de este núcleo de hierro depende tanto del campo electromagné-tico como de la fuerza mecánica de un resorte. En la figura 10-14 se muestra la estructura básicade un solenoide. Consiste en una bobina cilíndrica de hilo arrollado alrededor de una forma hue-ca no magnética. Un núcleo de hierro estacionario está fijo en el extremo de la flecha y un núcleode hierro deslizante (émbolo) está unido al núcleo estacionario por medio de un resorte.

10–3 DISPOSITIVOS ELECTROMAGNÉTICOS

Muchos tipos de dispositivos útiles, tales como grabadoras de cinta, motores eléctricos,altavoces, solenoides y relevadores, están basados en el electromagnetismo.


◆ Describir el principio operativo de varios tipos de dispositivos electromag-néticos

◆ Analizar cómo funciona un solenoide y una válvula solenoide

◆ Analizar cómo funciona un relevador

◆ Analizar cómo funciona un altavoz

◆ Analizar el movimiento de un medidor analógico básico

◆ Explicar en qué consiste un disco magnético y la operación de lectura y escritura en cinta

◆ Explicar el concepto del disco magneto-óptico

� FIGURA 10–14

Estructura básica de un solenoide.

(c) Vista de corte

Núcleo estacionarioNúcleo deslizante(émbolo de imán)

Resorte

(b) Construcción básica

BobinaForma para la bobina

Macho de imán

(a) Solenoide

La operación de un solenoide se ilustra en la figura 10-15 en las condiciones no energizada yenergizada. En el estado de reposo (o no energizado), el émbolo se extiende. El solenoide es ener-gizado por una corriente que recorre la bobina, la cual establece un campo electromagnético quemagnetiza ambos núcleos de hierro. El polo sur del núcleo estacionario atrae al polo norte del nú-cleo móvil y causa que se deslice hacia dentro, con lo cual se retrae el émbolo y comprime al re-sorte. En tanto exista corriente en la bobina, el émbolo permanece retraído por la fuerza deatracción de los campos magnéticos. Cuando la corriente se interrumpe, los campos magnéticoscolapsan y la fuerza del resorte comprimido empuja el émbolo hacia atrás. El solenoide se utili-za en aplicaciones tales como apertura y cierre de válvulas y cerraduras de puertas de automóvil.

La válvula solenoide En controles industriales, las válvulas solenoide son ampliamente uti-lizadas para controlar el flujo de aire, agua, vapor, aceites, refrigerantes, y otros fluidos. Se utili-zan válvulas solenoide en sistemas tanto neumáticos (aire) como hidráulicos (aceite), que soncomunes en controles de máquinas. Las válvulas solenoide también son comunes en los camposaeroespacial y médico. Estas válvulas pueden mover un émbolo, abrir o cerrar un orificio o hacergirar una cantidad fija una válvula de charnela.


Una válvula solenoide consta de dos unidades funcionales; una bobina solenoide generadora delcampo magnético que produce el movimiento requerido para abrir o cerrar la válvula y un cuerpode válvula, el cual está aislado del ensamble de la bobina por medio de un sello a prueba de filtra-ciones e incluye un tubo y una válvula de mariposa. La figura 10-16 muestra una vista de corte deun tipo de válvula solenoide. Cuando el solenoide es energizado, la válvula de mariposa gira paraabrir una válvula normalmente cerrada (NC) o para cerrar una válvula normalmente abierta (NA).

� FIGURA 10–16

Estructura básica de unaválvula solenoide.

(a) No energizado (nada de voltaje o corriente) —émbolo de imán extendido

N S SN

(b) Energizado —émbolo de imán retraído

+–

I

� FIGURA 10–15

Operación básica de un solenoide.

Solenoide

Tubo

Válvula de mariposa

Están disponibles válvulas solenoide con una amplia variedad de configuraciones incluidaslas válvulas normalmente abiertas o normalmente cerradas. Están clasificadas para diferentes ti-pos de fluidos (por ejemplo, gas o agua), presiones, número de trayectorias, tamaños, y más usos.La misma válvula puede controlar más de una línea y mover más de un solenoide.

El relevador

El relevador difiere del solenoide en que la acción electromagnética se utiliza para abrir o cerrarcontactos eléctricos y no para producir movimiento mecánico. La figura 10-17 muestra la opera-ción básica de un relevador tipo armadura con un contacto normalmente abierto (NA) y otro nor-malmente cerrado (NC) (unipolar-doble vía). Cuando no hay corriente en la bobina, la armadurase mantiene contra el contacto superior por la acción del resorte, con lo cual se produce continuidaddesde la terminal 1 hasta la terminal 2, como indica la parte (a) de la figura. Cuando la armaduraes energizada por la corriente de la bobina, la fuerza de atracción del campo electromagnético lajala hacia abajo y establece la conexión con el contacto inferior para producir continuidad desdela terminal 1 hasta la terminal 3, según muestra la figura 10-17(b). La parte (c) ilustra un releva-dor de armadura típico y la parte (d) muestra el símbolo esquemático.

Otro tipo de relevador ampliamente utilizado es el relevador de lengüeta, el cual se muestraen la figura 10-18. El relevador de lengüeta, como el relevador de armadura, utiliza una bobinaelectromagnética. Los contactos son lengüetas delgadas de material magnético y en general se lo-calizan adentro de la bobina. Cuando no hay corriente en la bobina, las lengüetas están en la po-sición abierta que muestra la parte (b). Cuando hay corriente a través de la bobina, las lengüetasse ponen en contacto porque se magnetizan y se atraen entre sí como indica la parte (c).


Los relevadores de lengüeta son superiores a los de armadura en el sentido de que son más rá-pidos, más confiables, y producen menos arcos por contacto. Sin embargo, su capacidad de ma-nejo de corriente es menor que la de los relevadores de armadura y son más susceptibles alchoque mecánico.

El altavoz

Un altavoz es un dispositivo electromagnético que convierte señales eléctricas en ondas sonoras.Comúnmente se utilizan altavoces de imán permanente en estéreos, radios y televisiones y su

� FIGURA 10–17

Estructura básica de un relevador de armadura unipolar de doble vía.

� FIGURA 10–18

Estructura básica de un relevador de lengüeta.

Bobina

Contacto NA (normalmente abierto)

Contacto NC (normalmente cerrado)

Armadura

Resorte

12

3

4

5

(a) No energizado: continuidad desde la terminal 1 hasta la terminal 2

2

3

4

5

1

I

(b) Energizado: continuidad desde la terminal 1 hasta la terminal 3

N

S

(d) Símbolo

2

1

3

4

5

Armadura

Puntos de contacto

TerminalesResorte

Bobina electromagnética Terminales

(c) Estructura típica de un relevador

Conductor

S

N

I

SN

+

–

Energizado(c)No energizado

Lengüeta

Caja

(b)

Bobina

(a)


operación está basada en el principio de electromagnetismo. Un altavoz típico se compone tantode un imán permanente como de un electroimán, según muestra la figura 10-19(a). El cono delaltavoz consiste en un diafragma hecho de un material semejante al papel al cual está unido uncilindro hueco con una bobina alrededor de él, la que forma un electroimán. Uno de los polos delimán permanente se encuentra adentro de la bobina cilíndrica. Cuando hay corriente a través dela bobina en una dirección, la interacción del campo magnético permanente con el campo elec-tromagnético permite que el cilindro se mueva hacia la derecha, como indica la figura 10-19(b).La corriente que circula a través de la bobina en la otra dirección causa que el cilindro se muevahacia la izquierda, según muestra la parte (c).

El movimiento de la bobina cilíndrica permite que el diafragma flexible también se mueva ha-cia dentro o hacia fuera, según la dirección de la corriente de la bobina. La cantidad de corrientea través de la bobina determina la intensidad del campo magnético, el cual controla la cantidadque el diafragma se mueve.

Como ilustra la figura 10-20, cuando se aplica una señal de audio (voz o música) a la bobina, lacorriente varía tanto en dirección como en cantidad. En respuesta, el diafragma vibra hacia den-tro y hacia fuera en cantidades variables a velocidades variables correspondientes a la señal deaudio. La vibración en el diafragma permite que el aire que está en contacto con el diafragma vi-bre del mismo modo. Estas vibraciones de aire se mueven a través del aire como ondas sonoras.

� FIGURA 10–19

Operación básica de un altavoz.

N

N

N

N

Construcción básica de un altavoz(a)

Imán permanente

Diafragma flexible (cono)

Bobina

S SN

La corriente en la bobina causa que el cono se mueva hacia la derecha

(b) La corriente en la bobina causa que elcono se mueva hacia la izquierda

(c)

N

NS

Aro fijo

N

N

AmplificadorVoltaje de señal de audio

Diafragma vibratorio

Ondas sonoras

(a) Altavoz (b) Cómo produce sonido el altavoz

� FIGURA 10–20

El altavoz convierte los voltajes de señal de audio en ondas sonoras.


Movimiento de medidor

El movimiento de medidor d’Arsonval es el tipo más común utilizado en multímetros analógicos.En este tipo de movimiento de medidor, la aguja se deflexiona en proporción a la cantidad de co-rriente que pasa a través de la bobina. La figura 10-21 muestra un movimiento de medidor ded’Arsonval básico. Consta de una bobina de alambre arrollado alrededor de un ensamble montadosobre cojinetes que está colocada entre los polos de un imán permanente. En el ensamble móvilse fija una aguja. Si no hay corriente a través de la bobina, un mecanismo de resorte mantiene ala aguja en el extremo izquierdo (posición cero). Cuando hay corriente en la bobina, las fuerzaselectromagnéticas actúan en ella y hacen que gire hacia la derecha. La cantidad de rotación de-pende de la cantidad de corriente.

� FIGURA 10–21

Movimiento básico de unmedidor d’Arsonval.

Aguja

Alambres de bobina

Ensamble de bobina giratorio

Escala de medición

Imán permanente

Cojinetes de zafiro

Pivote de flecha

S

N

II

0

La figura 10-22 ilustra cómo la interacción de los campos magnéticos produce rotación del en-samble de bobina. La corriente es hacia dentro en la “cruz” y hacia fuera en el “punto” en el de-vanado único que se muestra. La corriente hacia dentro produce un campo magnético, en elsentido de las manecillas del reloj, que refuerza el campo magnético permanente localizado en-cima de él. El resultado es una fuerza dirigida hacia abajo a la derecha de la bobina como semuestra. La corriente hacia fuera produce un campo electromagnético, en sentido contrario al delas manecillas del reloj, que refuerza el campo magnético permanente situado debajo de él. El resul-tado es una fuerza dirigida hacia arriba a la izquierda de la bobina como se ilustra. Estas fuerzasproducen una rotación en el sentido de las manecillas del reloj del ensamble de bobina y un me-canismo de resorte se opone a ellas. Las fuerzas indicadas y la fuerza del resorte se equilibran conel valor de la corriente. Cuando se interrumpe la corriente, la fuerza del resorte regresa a la agujaa su posición cero.

S

Corriente de entrada

Corriente de salida

N

� FIGURA 10–22

Cuando el campoelectromagnético interactúacon el campo magnéticopermanente, se ejercen fuerzasen el ensamble de bobinarotatoria, lo cual provoca queésta gire en el sentido de lasmanecillas del reloj y, portanto, la aguja se deflexiona.


Disco magnético, cabeza de lectura y escritura de cinta

En la figura 10-23 se muestra un diagrama simplificado de un disco magnético con operación delectura y escritura en la superficie de una cinta. Se escribe un bit de datos (1 o 0) en la superficiemagnética por magnetización de un pequeño segmento de la superficie al moverse ésta mediantela cabeza de escritura. La dirección de las líneas de flujo magnéticas es controlada por la direccióndel pulso de corriente que circula en el devanado, como indica la figura 10-23(a). En el entrehierrolocalizado en la cabeza de escritura, el flujo magnético toma una ruta a través de la superficie deldispositivo de almacenamiento. Esto magnetiza un pequeño punto en la superficie en la direccióndel campo. Un punto magnetizado que tenga cierta polaridad representa un 1 binario, y un punto depolaridad opuesta representa un 0 binario. Una vez que un punto situado en la superficie se mag-netiza, permanece así hasta que es sobreescrito con un campo magnético opuesto.

Cuando la superficie magnética pasa frente a la cabeza de lectura, los puntos magnetizadosproducen campos magnéticos en la cabeza de lectura, los cuales inducen pulsos de voltaje en eldevanado. La polaridad de estos pulsos depende de la dirección del punto magnetizado e indicasi el bit guardado es un 1 o un 0. Este proceso se ilustra en la figura 10-23(b). Con frecuencia lascabezas de escritura y lectura se combinan en una sola unidad.

El disco magneto-óptico

El disco magneto-óptico utiliza un electroimán y rayos láser para leer y escribir (grabar) datos enuna superficie magnética. Los discos magneto-ópticos se formatean en pistas y sectores similaresa los discos flexibles y discos duros magnéticos. Sin embargo, debido la capacidad de un rayo lá-ser de ser dirigido con precisión hacia un punto extremadamente pequeño, los discos magneto-óp-ticos son capaces de guardar muchos más datos que los discos duros magnéticos estándar.

La figura 10-24(a) ilustra una pequeña área de sección transversal de un disco antes de grabar,con un electroimán posicionado debajo de ella. Minúsculas partículas magnéticas, representadaspor flechas, se magnetizan en la misma dirección.

La escritura (grabación) en el disco se realiza aplicando un campo magnético externo opues-to a la dirección de las partículas magnéticas, como indica la figura 10-24(b), y dirigiendo luegoun rayo láser de alta potencia para calentar el disco en un punto preciso donde se ha de guardar un1 binario. El material del disco, una aleación magneto-óptico, es altamente resistente a la magne-tización a temperatura ambiente; pero en el punto donde el rayo láser calienta el material, la di-rección inherente del magnetismo se invierte mediante el campo magnético externo producidopor el electroimán. En puntos donde se van a guardar ceros binarios, no se aplica el rayo láser yla dirección inherente hacia arriba de la partícula magnética permanece.

Como se ilustra en la figura 10-24(c), la lectura de datos en el disco se logra interrumpiendoel campo magnético externo y dirigiendo un rayo láser de alta potencia hacia un punto donde se

� FIGURA 10–23

Función de lectura y escritura sobre una superficie magnética.

+–

+–

Cabeza de escritura Cabeza de lectura

Superficie magnética móvil

Entrehierro

(a) (b)

Pulso de corriente de entrada

Pulso de voltaje de salida

Punto magnetizado

El flujo magnético que sale de la cabeza de escritura sigue la trayectoria de baja reluctancia a través de la superficie magnética en movimiento

Cuando la cabeza de lectura pasa sobre un punto magnetizado, aparece un voltaje inducido a la salida


ha de leer un bit. Básicamente, si un 1 binario está guardado en el punto (magnetización inverti-da), el rayo láser se refleja y su polarización cambia; pero si está almacenado un 0 binario, la po-larización del rayo láser reflejado no cambia. Un detector percibe la diferencia de polaridad delrayo láser reflejado para determinar si el bit que se va a leer es un 1 o un 0.

La figura 10-24(d) muestra que el disco se borró al restaurar la dirección magnética originalde cada partícula mediante la inversión del campo magnético externo y la aplicación del rayo lá-ser de alta potencia.

+

–

Rayo láser de alta potencia

Borradocorriente

(d) Borrado: el campo electromagnético se invierte conforme el rayoláser de alta potencia calienta el punto y causa que la partícula magnética recobre su polaridad original

(c) Lectura: un rayo láser de baja potencia se refleja en la partícula magnética de polaridad invertida y su polarización cambia. Si no se invierte la partícula, la polarización del rayo reflejado no cambia

Material magnético

Sustrato

Electroimán

(a) Pequeña sección transversal de un disco no grabado

Rotación del disco

Partícula magnética

El rayo láser calienta el punto y el campo electromagnético lo magnetiza

Escrituracorriente

(b) Escritura: un rayo láser de alta potencia calienta el punto y causa que la partícula magnética se alinee con el campo electromagnético

+

–

Rayo láser de baja potencia

Rayo reflejado

Detector

Espejo

Rayo láser de alta potencia

Lente

� FIGURA 10–24

Concepto básico del disco magneto-óptico.

1. Explique la diferencia que hay entre un solenoide y un relevador.

2. ¿Cómo se llama la parte móvil de un solenoide?

3. ¿Cómo se llama la parte móvil de un relevador?

4. ¿En que principios básicos está basado el movimiento de medidor d’Arsonval?



Los materiales con baja retentividad no retienen el campo magnético muy bien, mientras queaquellos con alta retentividad exhiben valores de BR muy cercanos al valor de saturación de B.Según la aplicación, la retentividad en un material magnético puede ser una ventaja o una desven-taja. En imanes permanentes y cintas magnéticas, por ejemplo, se requiere alta retentividad; mien-tras que en cabezas de lectura y escritura de grabadoras de cinta, es necesaria una baja retentividad.En motores de ca, la retentividad es indeseable porque el campo magnético residual debe ser su-perado cada vez que se invierte la corriente, de lo contrario se desperdicia energía.

1. En un núcleo devanado con una bobina de alambre, ¿cómo afecta el incremento de la co-rriente su densidad de flujo?

2. Defina el término retentividad.

3. ¿Por qué se requiere una baja retentividad para las cabezas de lectura y escritura de unagrabadora de cinta, pero alta retentividad para cintas magnéticas?


10–5 INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

Cuando un conductor se mueve a través de un campo magnético, se produce un voltaje entre losextremos del conductor. Este principio se conoce como inducción electromagnética y el voltajeresultante es un voltaje inducido. El principio de inducción electromagnética es lo que posibilitala existencia de transformadores, generadores eléctricos, y muchos otros dispositivos.


◆ Analizar el principio de inducción electromagnética

◆ Explicar cómo se induce voltaje en un conductor en un campo magnético

◆ Determinar la polaridad de un voltaje inducido

◆ Analizar las fuerzas que actúan sobre un conductor en un campo magnético

◆ Enunciar la ley de Faraday

◆ Enunciar la ley de Lenz

Movimiento relativo

Cuando un conductor se mueve a través de un campo magnético, existe un movimiento relativoentre el conductor y el campo magnético. Asimismo, cuando un campo magnético se mueve másallá de un conductor estacionario, también existe movimiento relativo. En ambos casos, estemovimiento relativo produce un voltaje inducido (vind) en el conductor, como indica la figu-ra 10-27. La letra minúscula v denota voltaje instantáneo. Sólo se induce voltaje cuando el con-ductor “corta” las líneas magnéticas como se muestra.

La cantidad de voltaje inducido (vind) depende de la densidad de flujo, B, de la longitud delconductor, l, expuesta al campo magnético, y de la velocidad a la cual el conductor y el campomagnético se mueven uno con respecto al otro. Mientras más rápida es la velocidad relativa, másgrande es el voltaje inducido. La ecuación para voltaje inducido en un conductor es

donde vind es el voltaje inducido, B es la densidad de flujo en teslas, l es la longitud del conduc-tor expuesta al campo magnético expresada en metros, y v es la velocidad relativa en metros porsegundo.

vind = BlvEcuación 10–7

INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA ◆ 391

Polaridad del voltaje inducido

Si el conductor mostrado en la figura 10-27 se mueve primero de un modo y luego de otro en elcampo magnético, se observará una inversión de la polaridad del voltaje inducido. A medida queel conductor se mueve hacia abajo, la polaridad es como ilustra la parte (b) de la figura.

VV

SN

Voltaje inducido (vind)

Movimiento relativo

(a) Conductor moviéndose hacia abajo

SN

Voltaje inducido (vind)

Movimiento relativo

(b) Campo magnético moviéndose hacia arriba

–+ –+

� FIGURA 10–27

Movimiento relativo entre un conductor y un campo magnético.

� FIGURA 10–28

La polaridad de un voltaje inducido depende de la dirección del movimiento.

SN

(a) Movimiento relativo hacia abajo

SN

(b) Movimiento relativo hacia arriba

+ v ind –

– vind

+

Corriente inducida

Cuando se conecta un resistor de carga al conductor de la figura 10-28, el voltaje inducido por elmovimiento relativo en el campo magnético provocará una corriente en la carga, según muestrala figura 10-29. Esta corriente se llama corriente inducida (iind). La letra minúscula i denotacorriente instantánea.

SN

iind

� FIGURA 10–29

Corriente inducida en unacarga conforme el conductorse mueve a través del campomagnético.

La acción de producir un voltaje y una corriente resultante en una carga moviendo un conduc-tor a través de un campo magnético es la base de los generadores eléctricos. Un solo conductortendrá una pequeña corriente inducida, así que los generadores prácticos utilizan bobinas conmuchas vueltas. El concepto de un conductor adentro de un campo magnético móvil es la base dela inductancia en un circuito eléctrico.


Fuerzas que actúan sobre un conductor que transporta corrienteen un campo magnético (Acción de motor)

La figura 10-30(a) muestra una corriente dirigida hacia fuera a través de un conductor en un campomagnético. El campo electromagnético establecido por la corriente interactúa con el campo mag-nético permanente; por tanto, las líneas de fuerza permanentes que están por encima del conduc-tor tienden a deflexionarse hacia abajo por debajo del conductor, porque se oponen a la direcciónde las líneas de fuerza electromagnéticas. Por consiguiente, la densidad de flujo encima del con-ductor se reduce y el campo magnético se debilita. La densidad de flujo debajo del conductor seincrementa y el campo magnético se intensifica. Resulta una fuerza dirigida hacia arriba que ac-túa sobre el conductor y éste tiende a moverse hacia el campo magnético más débil.

S N

Conforme el imán se mueve lentamente hacia la derecha, su campo magnético cambia con respecto a la bobina, y se induce un voltaje

(a)

S N

Conforme el imán se mueve más rápido hacia la derecha, su campo magnético cambia más rápido con respecto a la bobina,y se induce más voltaje

(b)

– +V

– +V

� FIGURA 10–31

Demostración de la primera observación de Faraday: la cantidad de voltaje inducido es directamenteproporcional a la velocidad de cambio del campo magnético con respecto a la bobina.

� FIGURA 10–30

Fuerzas sobre un conductor que transporta corriente en un campo magnético (acción de motor).

Fuerza dirigida hacia arriba: campo débil arriba, campo fuerte abajo

(a)

N S

Fuerza dirigida hacia abajo: campo fuerte arriba, campo débil abajo

(b)

N S

Corriente de salidaCorriente de entrada

Michael Faraday1791–1867

Faraday fue un físico yquímico inglés al que serecuerda mejor por sucontribución alentendimiento delelectromagnetismo.Descubrió que laelectricidad podía serproducida moviendo unimán adentro de unabobina de alambre, y fuecapaz de construir el primermotor eléctrico.Posteriormente construyó elprimer generador ytransformadorelectromagnéticos. Elenunciado de los principiosde inducciónelectromagnética se conocehoy en día como ley deFaraday. Asimismo, launidad de capacitancia, elfarad, fue nombrada en suhonor. (Crédito de lafotografía: Biblioteca delCongreso estadounidense).

B I O G R A F Í A

La figura 10-30(b) muestra la corriente hacia dentro, la cual produce una fuerza sobre el con-ductor que va dirigida hacia abajo. Esta fuerza es la base de los motores eléctricos. Su descubri-miento fue uno de los factores que condujeron a la Revolución Industrial.

Ley de Faraday

Michael Faraday descubrió el principio de inducción electromagnética en 1831. Encontró queal mover un imán a través de una bobina de alambre se inducía voltaje en la bobina, y que cuandose proporcionaba una trayectoria completa, el voltaje inducido provocaba una corriente inducida,como ya se vio. Dos observaciones de Faraday se enuncian como sigue:

1. La cantidad de voltaje inducido en una bobina es directamente proporcional a la rapidezde cambio del campo magnético con respecto a la bobina (df/dt).

2. La cantidad de voltaje inducido en una bobina es directamente proporcional al número devueltas de alambre que hay en la bobina (N).

La primera observación de Faraday se demuestra en la figura 10-31, donde una barra imanta-da se mueve a través de una bobina, con lo que se crea un campo magnético cambiante. En la par-

INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA ◆ 393

� FIGURA 10–32

Demostración de la segunda observación de Faraday: la cantidad de voltaje inducido es directamenteproporcional al número de vueltas que haya en la bobina.

te (a) de la figura, el imán se mueve a cierta velocidad y se produce cierto voltaje inducido comose indica. En la parte (b), el imán se mueve más rápido por la bobina y se crea un voltaje induci-do más grande.

La segunda observación de Faraday se demuestra en la figura 10-32. En la parte (a), el imánse mueve a través de la bobina y se induce un voltaje en la forma indicada. En la parte (b), el imán semueve a la misma velocidad por una bobina que tiene un mayor número de vueltas. El mayor nú-mero de vueltas crea un mayor voltaje inducido.

S N

– +V V

El imán se mueve a través de una bobina e induce voltaje(a) El imán se mueve a la misma velocidad a través de una bobinacon más vueltas (espiras) e induce más voltaje

(b)

– +

S N

Ecuación 10–8

Aplique la ley de Faraday para determinar el voltaje inducido a través de una bobina con500 vueltas localizada en un campo magnético que cambia a razón de 8000 mWb/s.

Solución

Problema relacionado Determine el voltaje inducido a través de una bobina con 250 vueltas localizada en un campomagnético que cambia a razón de 50 mWb/s.

vind = Nadf

dtb = (500 t)(8000 mWb/s) = 4.0 V

EJEMPLO 10–7

Ley de Lenz

La ley de Faraday establece que un campo magnético cambiante induce un voltaje en una bobinaque es directamente proporcional a la velocidad de cambio del campo magnético y al número devueltas que haya en la bobina. La ley de Lenz define la polaridad o dirección del voltaje inducido.

Cuando la corriente que pasa a través de una bobina cambia, se crea un voltaje inducidoa consecuencia del campo electromagnético cambiante y la polaridad del voltaje induci-do es tal que siempre se opone al cambio de corriente.

La ley de Faraday se enuncia como sigue:

El voltaje inducido a través de una bobina de alambre es igual al número de vueltas quehaya en la bobina multiplicado por la velocidad de cambio del flujo magnético.

La ley de Faraday se expresa en forma de ecuación como

vind = Nadf

dtb


Sensor de posición de un cigüeñal automotriz

Una aplicación automotriz de la inducción electromagnética implica un tipo de sensor de motorque detecta la posición del cigüeñal. El controlador electrónico de motor instalado en muchos au-tomóviles utiliza la posición del cigüeñal para ajustar el tiempo de encendido y, en ocasiones,ajustar el sistema de control del combustible. La figura 10-33 muestra el concepto básico. Un dis-co de acero se une al cigüeñal del motor por medio de una barra de extensión; en el disco, losdientes salientes representan posiciones específicas del cigüeñal.

1. ¿Cuál es el voltaje inducido que circula a través de un conductor estacionario en un campomagnético estacionario?

2. Cuando la velocidad a la cual el conductor se mueve a través de un campo magnético se in-crementa, ¿el voltaje inducido aumenta, disminuye o no cambia?

3. ¿Qué sucede cuando en un campo magnético existe corriente circulando por un conductor?


10–6 APLICACIONES DE LA INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

Dos aplicaciones de la inducción electromagnética son: el sensor de posición de un cigüeñalautomotriz, y un generador de cd. Aunque existen muchas aplicaciones variadas, éstas dos sonrepresentativas.


◆ Describir algunas aplicaciones de la inducción electromagnética

◆ Explicar cómo funciona un sensor de posición de un cigüeñal

◆ Explicar cómo funciona un generador de cd

Disco de acero

N

S

Diente saliente

Imán

La salida de la bobina se dirige al circuito de procesamiento y control de señales

Extensión de flecha o eje

vind

� FIGURA 10–33

Sensor de posición de cigüeñal que produce un voltaje cuando un apéndice pasa por el entrehierro del imán.

APLICACIONES DE L A INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA ◆ 395

Conforme el disco de acero gira con el cigüeñal, los dientes pasan periódicamente a través delentrehierro del imán permanente. Como la reluctancia del acero es mucho más baja que la del aire(es posible establecer un campo magnético en el acero mucho más fácilmente que en el aire), elflujo magnético se incrementa de repente en el momento en que un diente entra en el entrehierro,y esto provoca una inducción de voltaje a través de la bobina. Este proceso se ilustra en la figura10-34. El circuito de control electrónico del motor utiliza el voltaje inducido como indicador dela posición del cigüeñal.

VV

SN

0 V vind

Entrehierro

SN

Apéndice de acero

(a) No hay un campo magnético cambiante, por tanto no hay voltaje inducido

(b) La inserción del diente de acero reduce la reluctancia del entrehierro, lo cual provoca que el flujo magnético se incremente momentáneamente y entonces se induzca un voltaje momentáneo

–+ –+

� FIGURA 10–34

Conforme el diente de acero pasa por el entrehierro del imán, la bobina detecta un cambio en el campomagnético, y un voltaje es inducido.

Generador de CD

La figura 10-35 muestra un generador de cd simplificado compuesto de una sola espira de alam-bre en un campo magnético permanente. Observe que cada extremo de la espira de alambre estáconectado a un anillo partido. Este anillo metálico conductor se llama conmutador. Conforme laespira de alambre gira en el campo magnético, el anillo conmutador partido también gira. Cada

� FIGURA 10–35

Generador de cd simplificado.

N

S

Propulsión mecánica

Espira de alambre conductor

Circuito externo

Escobillas

Conmutador

Flecha

Campo magnético


� FIGURA 10–36

Vista de un extremo de unaespira de alambre conductorque atraviesa el campomagnético.

una de las mitades del anillo partido frota contra los contactos fijos, llamados escobillas, y conec-ta la espira de alambre a un circuito externo.

Conforme la espira de alambre gira a través del campo magnético, corta las líneas de flujo avarios ángulos, como ilustra la figura 10-36. En la posición A de su rotación, la espira de alam-bre efectivamente se está moviendo en dirección paralela al campo magnético. Por consiguiente,en este momento, la velocidad a la cual corta las líneas de flujo magnético es de cero. Conformela espira cambia de la posición A a la posición B, corta las líneas de flujo a más velocidad. En laposición B, se mueve efectivamente en sentido perpendicular al campo magnético y, por tanto,corta un número máximo de líneas. Conforme la espira gira desde la posición B hasta la posición C,la velocidad a la cual corta las líneas de flujo disminuye a un mínimo (cero) en C. A partir de laposición C y hasta la posición D, la velocidad a la cual la espira corta las líneas de flujo se incre-menta a un máximo en D y luego de regreso otra vez a un mínimo en A.

B

D

AC

N

S

Como ya se vio, cuando un conductor se mueve a través de un campo magnético, se induce unvoltaje, y según la ley de Faraday, la cantidad de voltaje inducido es proporcional al número deespiras y a la velocidad a la cual se mueve el conductor con respecto al campo magnético. Aho-ra bien, se sabe que el ángulo al cual se mueve el conductor, con respecto a las líneas de flujomagnético, determina la cantidad de voltaje inducido porque la velocidad a la cual el conductorcorta las líneas de flujo depende del ángulo de su movimiento.

La figura 10-37 ilustra cómo se induce voltaje en el circuito externo a medida que la espiraúnica gira en el campo magnético. Suponga que la espira se encuentra en su posición horizontalinstantánea, por lo que el voltaje inducido es de cero. Conforme la espira continúa girando, elvoltaje inducido se incrementa a un máximo en la posición B, según muestra la parte (a) de la fi-gura. Entonces, conforme la espira continúa de B a C, el voltaje disminuye hasta cero en la posi-ción C, como indica la parte (b).

Durante la segunda mitad de la revolución, mostrada en la figura 10-37(c) y (d), las escobillascambian a secciones opuestas del conmutador, por lo que la polaridad de voltaje no cambia entrelas terminales de salida. Por tanto, conforme la espira gira desde la posición C hasta la posición Dy luego regresa a la posición A, el voltaje se incrementa desde 0 en C hasta un máximo en D y deregreso a cero en A.

La figura 10-38 muestra cómo varía el voltaje inducido conforme la espira en el generador decd realiza varias revoluciones (tres en este caso). Este voltaje es un voltaje de cd porque sus po-laridades no cambian. No obstante, el voltaje pulsante se encuentra entre cero y su valor máximo.

Cuando se agregan más espiras, el voltaje inducido entre las terminales de cada espira se com-bina entre las terminales de salida. Como los voltajes están desfasados entre sí, no alcanzan susvalores máximo o de cero al mismo tiempo. Con dos espiras se produce un voltaje de cd menospulsante, según muestra la figura 10-39. Las variaciones pueden ser atenuadas aún más empleandofiltros para lograr un voltaje de cd casi constante. (Los filtros se abordan en el capítulo 18.)

� FIGURA 10–38

Voltaje inducido con tresrotaciones de la espira delalambre conductor en elgenerador de cd.

� FIGURA 10–37

Operación de un generador de cd básico.

(a) Posición B: la espira se mueve en dirección perpendicular a las líneas de flujo, y el voltaje alcanza un máximo

(b) Posición C: la espira se mueve en dirección paralela a las líneas de flujo, y el voltaje es cero

(c) Posición D: la espira se mueve en dirección perpendicular a las líneas de flujo, y el voltaje es máximo

(d) Posición D: la espira se mueve en dirección paralela a laslíneas de flujo, y el voltaje es cero

N

S

N

S

0A B C D A

0A B

vind

C

N

S

0A

N

S

B

vind

0A B C D

Flecha

Propulsión mecánica

Espira de alambre conductor

vindvind

A B C D A B C D A B C D A0

Máx.

vind

Posiciónangular

1a rotación 2a rotación 3a rotación

0

vind

Espira 1Espira 2

Voltaje inducido entre las terminales de un circuito externo

� FIGURA 10–39

Voltaje inducido por ungenerador de dos espiras. Haymucha menos variación en elvoltaje inducido.

397


1. Si se detiene el disco de acero colocado en el sensor de posición del cigüeñal, con el dienteen el entrehierro del imán, ¿cuál es el voltaje inducido?

2. ¿Qué le sucede al voltaje inducido si la espira localizada en el generador de cd básico em-pieza a girar de repente más rápido?


Una aplicación de circuitoEl relevador es un tipo común de dispo-sitivo electrónico que se utiliza en mu-chos tipos de aplicaciones de control.Con un relevador, un voltaje más bajo,como el que procede de una batería, se

puede utilizar para cambiar a un voltaje mucho más alto, tal comolos 110 V de un tomacorriente de ca. En seguida se verá cómo esposible utilizar un relevador en un sistema de alarma contra robos.

El diagrama ilustrado en la figura 10-40 muestra un sistema dealarma contra intrusiones que utiliza un relevador para encenderuna alarma audible (sirena) y luces. El sistema opera con una ba-tería de 9 V de modo que, incluso si la energía que llega a la casase interrumpe, la alarma audible seguirá funcionando.

Los interruptores de detección son interruptores magnéticosnormalmente abiertos (NA) conectados en paralelo y localizadosen ventanas y puertas. El relevador es un dispositivo tripolar de

doble vía que opera con un voltaje de bobina de 9 V y consumeaproximadamente 50 mA. Cuando ocurre una intrusión, uno delos interruptores se cierra y permite el paso de corriente prove-niente de la batería hacia la bobina del relevador, la cual energizael relevador y permite que los tres juegos de contactos normal-mente abiertos se cierren. El cierre del contacto A activa la alarmaque extrae 2 A de la batería. El cierre del contacto C activa el cir-cuito de iluminación de la casa. El cierre del contacto B bloqueael relevador y lo mantiene energizado aun cuando el intruso cie-rre la puerta o ventana por donde entró. Si no fuera por el contac-to B dispuesto en paralelo con los interruptores de detección, laalarma y las luces se apagarían en cuanto la ventana o puerta secerrara tras el intruso.

Los contactos del relevador no están físicamente lejos en rela-ción con la bobina como se ve en el diagrama. El diagrama se tra-zó así por claridad funcional. Todo el relevador está alojado en el

� FIGURA 10–40

Sistema simplificado de una alarma contra robo.

Alarma audible

9 V

6

8

7B

1

2

110 V ac

Sistema de encendido y apagado

9

11

10

Interruptor de pared

Bobina de relevador

C

3

5

4A

Interruptores de detección magnética

231

Luces de la casa

UNA APLICACIÓN DE CIRCUITO ◆ 399

paquete que muestra la figura 10-41. También se ilustra el diagra-ma de clavijas y el diagrama interno del relevador.

Interconexiones de sistema

◆ Elabore un diagrama de bloques y una lista de conexionespunto con punto para interconectar los componentes que apa-recen en la figura 10-42 y crear el sistema de alarma mostradoen el diagrama de la figura 10-40. Los puntos de conexión en-tre los componentes se indican con letras.

Un procedimiento de prueba

◆ Desarrolle un procedimiento detallado paso por paso para verifi-car el sistema de alarma contra robo completamente alambrado.

Repaso

1. ¿Cuál es el propósito de los interruptores de detección?

2. ¿Cuál es el propósito del contacto B localizado en el relevadorde la figura 10-40?

� FIGURA 10–42

Disposición de los componentes de un sistema de alarma contra robo.

1

2

9

1110

6

87

3

54

31 2 54

911 10 78

6

Disposición de clavijas (vista superior)

Caja Diagrama esquemático

Interruptor de pared

Hacia el circuito de iluminación de la habitación

K

LRQPONM

Interruptores magnéticos

S T Sirena

V

Interruptor de volquete del sistema de encendido y apagado

U

312

ABCDEFGH

Tablero de terminales de relevador

I J

Batería

� FIGURA 10–41

Relevador tripolar de doble vía.


SÍMBOLO CANTIDAD UNIDAD SI

B Densidad de flujo magnético Tesla (T)

Flujo magnético Weber (Wb)

Permeabilidad Webers/ampere-vuelta metro (Wb/Av m)

Reluctancia Ampere-vueltas/weber (Av/Wb)

Fuerza magnetomotriz (fmm) Ampere-vuelta (Av)

H Intensidad de campo magnético Ampere-vueltas/metro (Av/m)

Fm

�

##m

f

� TABLA 10–2

RESUMEN◆ Los polos magnéticos desiguales se atraen entre sí y los polos iguales se repelen uno a otro.◆ Los materiales que pueden ser magnetizados se llaman ferromagnéticos. ◆ Cuando hay corriente a través de un conductor, se produce un campo electromagnético alrededor del

conductor. ◆ Se puede utilizar la regla de la mano derecha para establecer la dirección de las líneas de fuerza electro-

magnéticas presentes alrededor de un conductor. ◆ Un electroimán es básicamente una bobina de alambre alrededor de un núcleo magnético. ◆ Cuando un conductor se mueve adentro de un campo magnético, o cuando un campo magnético se mue-

ve con respecto a un conductor, se induce un voltaje entre los extremos del conductor. ◆ Mientras más rápido es el movimiento relativo entre un conductor y un campo magnético, más grande

es el voltaje inducido. ◆ La tabla 10-2 resume las cantidades y unidades magnéticas.

TÉRMINOS CLAVE Los términos clave y otros términos en negritas que aparecen en el capítulo se definen en el glosarioincluido al final del libro.

Altavoz Dispositivo electromagnético que convierte señales eléctricas en ondas sonoras.

Ampere-vuelta (At) Es la corriente que hay en una sola espira (vuelta) de alambre.

Campo electromagnético Formación de un grupo de líneas de fuerza magnéticas que rodean a un con-ductor y son creadas por la corriente eléctrica que recorre el conductor.

Campo magnético Campo de fuerza que irradia desde el polo norte hasta el polo sur de un imán.

Corriente inducida (iind) Una corriente que se induce en un conductor cuando éste se mueve por un cam-po magnético.

Electromagnetismo Es la producción de un campo magnético por la corriente que recorre un conductor.

Flujo magnético Está constituido por las líneas de fuerza presentes entre los polos norte y sur de un imánpermanente o de un electroimán.

Fuerza magnetomotriz (fmm) Es la causa de un campo magnético medida en ampere-vueltas.

Histéresis Característica de un material magnético por la cual un cambio en la magnetización retrasa laaplicación de la intensidad del flujo magnético.

Inducción electromagnética Fenómeno o proceso mediante el cual se produce un voltaje en un conduc-tor cuando existe movimiento relativo entre el conductor y un campo magnético o electromagnético.

Ley de Faraday Ley que establece que el voltaje inducido en una bobina de alambre es igual al númerode vueltas que tenga la bobina multiplicado por la razón de cambio del flujo magnético.

Ley de Lenz Ley que establece que cuando cambia la corriente que circula a través de una bobina, la po-laridad del voltaje inducido creado por el campo magnético cambiante es tal que siempre se opone al cam-bio de corriente que lo provocó. La corriente no puede cambiar instantáneamente.

Líneas de fuerza Líneas de flujo magnéticas presentes en un campo magnético que irradian desde el po-lo norte hasta el polo sur.

AUTOEVALUACIÓN ◆ 401

Permeabilidad Medida de la facilidad con la cual un campo magnético puede ser establecido en un material.

Relevador Dispositivo mecánico que se controla electromagnéticamente y en el cual una corriente mag-netizante abre y cierra contactos.

Reluctancia Es la oposición al establecimiento de un campo magnético en un material.

Retentividad Capacidad de un material, una vez que se magnetiza, de mantener un estado magnetizadosin la presencia de una fuerza magnetizante.

Solenoide Dispositivo controlado electromagnéticamente, en el cual el movimiento mecánico de una fle-cha o macho de imán es activado por una corriente magnetizante.

Tesla (T) Unidad SI de densidad de flujo magnético.

Voltaje inducido (vind) Es el voltaje producido como resultado de un campo magnético cambiante.

Weber (Wb) Unidad SI de flujo magnético, la cual representa 108 líneas.

FÓRMULAS

10–1 Densidad de flujo magnético

10–2 Permeabilidad relativa

10–3 Reluctancia

10–4 Fuerza magnetomotriz

10–5 Flujo magnético

10–6 Intensidad de flujo magnético

10–7 Voltaje inducido en un conductor en movimiento

10–8 Ley de Faraday

AUTOEVALUACIÓN Las respuestas se encuentran al final del capítulo.

1. Cuando los polos sur de dos imanes se acercan entre sí, habrá

(a) una fuerza de atracción (b) una fuerza de repulsión

(c) una fuerza dirigida hacia arriba (d) ninguna fuerza

2. Un campo magnético se compone de

(a) cargas positivas y negativas (b) dominios magnéticos

(c) líneas de flujo (d) polos magnéticos

3. La dirección de un campo magnético es

(a) del polo norte al polo sur (b) del polo sur al polo norte

(c) de adentro hacia fuera del imán (d) de la parte anterior a la parte posterior

4. La reluctancia en un circuito magnético es análoga a

(a) el voltaje en un circuito eléctrico (b) la corriente en un circuito eléctrico

(c) la potencia en un circuito eléctrico (d) la resistencia en un circuito eléctrico

5. La unidad de flujo magnético es el

(a) tesla (b) weber (c) ampere-vuelta (d) ampere-vueltas/weber

6. La unidad de fuerza magnetomotriz es el

(a) tesla (b) weber (c) ampere-vuelta (d) ampere-vueltas/weber

7. La unidad de densidad de flujo es el

(a) tesla (b) weber (c) ampere-vuelta (d) electrón-volt

vind � NadF

dtb

vind � Blv

H �Fm

l

F �Fm

�

Fm � NI

� �lMA

Mr �M

M0

B �F

A


8. La activación electromagnética de una flecha movible es la base de los

(a) relevadores (b) cortacircuitos (c) interruptores magnéticos (d) solenoides

9. Cuando una corriente recorre un hilo colocado en un campo magnético,

(a) el hilo se sobrecalentará (b) el hilo se magnetizará

(c) una fuerza es ejercida en el hilo (d) el campo magnético se cancelará

10. Una bobina de alambre conductor se coloca en un campo magnético cambiante. Si el número de vuel-tas en la bobina se incrementa, el voltaje inducido en la bobina

(a) permanecerá igual (b) disminuirá (c) aumentará (d) será excesivo

11. Si un conductor se mueve con movimiento alternativo a velocidad constante en un campo magnéticoconstante, el voltaje inducido en el conductor

(a) permanecerá constante (b) invertirá su polaridad (c) se reducirá (d) aumentará

12. En el sensor de posición de cigüeñal mostrado en la figura 10-33, el voltaje inducido en la bobina esprovocado por

(a) la corriente en la bobina

(b) la rotación del disco de acero

(c) un diente que atraviesa el campo magnético

(d) la aceleración en la velocidad de rotación del disco de acero

Un asterisco (*) señala los problemas más difíciles.PROBLEMAS Las respuestas a los problemas de número impar se encuentran al final del libro.

SECCIÓN 10–1 El campo magnético

1. El área de sección transversal de un campo magnético se incrementa, pero el flujo no cambia. ¿La den-sidad de flujo aumenta o disminuye?

2. En cierto campo magnético, el área de sección transversal es de 0.5 m2 y el flujo es de 1500 mWb.¿Cuál es la densidad de flujo?

3. ¿Cuál es el flujo en un material magnético cuando la densidad de flujo es de 2500 � 10�6 T y el áreade sección transversal mide 150 cm2?

4. En un lugar dado, suponga que el campo magnético terrestre es de 0.6 gauss. Exprese esta densidad deflujo en teslas.

5. Un imán permanente muy fuerte tiene un campo magnético de 100,000 mT. Exprese esta densidad deflujo en gauss.

SECCIÓN 10–2 Electromagnetismo

6. ¿Qué le sucede a la aguja de la brújula mostrada en la figura 10-9 cuando la corriente que circula a tra-vés del conductor se invierte?

7. ¿Cuál es la permeabilidad relativa de un material ferromagnético cuya permeabilidad absoluta es de750 � 10�6 Wb/At·m?

8. Determine la reluctancia de un material con longitud de 0.28 m y área de sección transversal de 0.08m2 si la permeabilidad absoluta es de

9. ¿Cuál es la fuerza magnetomotriz en una bobina de 50 vueltas de hilo cuando hay 3 A de corriente através de él?

SECCIÓN 10–3 Dispositivos electromagnéticos

10. De manera característica, cuando se activa un solenoide, ¿se extiende o retrae el émbolo de imán?

11. (a) ¿Qué fuerza mueve el émbolo de imán cuando se activa un solenoide?

(b) ¿Qué fuerza hace que el émbolo de imán regrese a su posición de reposo?

12. Explique la secuencia de los eventos mostrados en el circuito de la figura 10-43 comenzando cuandoel interruptor 1 (SW1) se cierra.

13. ¿Qué ocasiona que la aguja instalada en un movimiento de d’Arsonval se deflexione cuando circula co-rriente a través de la bobina?

150 * 10-7 Wb/At # m.

PROBLEMAS ◆ 403

Lámpara 2 Lámpara 1

SW1

9 V1

2

� FIGURA 10–44

� FIGURA 10–45

� FIGURA 10–43

SECCIÓN 10–4 Histéresis magnética

14. ¿Cuál es la fuerza magnetizante en el problema 9 si la longitud del núcleo es de 0.2 m?

15. ¿Cómo se puede cambiar la densidad de flujo en la figura 10-44 sin alterar las características físicas delnúcleo?

16. En la figura 10-44, hay 500 vueltas. Determine

(a) H (b) (c) Bf

+

–

μ

2 cm

l = 30 cm

2 cm

r = 250

0.25 A500vueltas

B

H

Material A

Material B

Material C

17. Determine a partir de las curvas de histéresis mostradas en la figura 10-45 qué material tiene más re-tentividad.


SECCIÓN 10–5 Inducción electromagnética

18. De acuerdo con la ley de Faraday, ¿qué le sucede al voltaje inducido en una bobina dada si la razón decambio del flujo magnético se duplica?

19. ¿Cuáles son los tres factores que determinan el voltaje en un conductor que se mueve en dirección per-pendicular al campo magnético?

20. Un campo magnético cambia a razón de 3500 � 10�3 Wb/s. ¿Cuánto voltaje se induce en una bobinade 500 vueltas colocada en el campo magnético?

21. ¿Cómo complementa la ley de Lenz a la ley de Faraday?

SECCIÓN 10–6 Aplicaciones de la inducción electromagnética

22. En la figura 10-33, ¿por qué no se induce voltaje cuando el disco no está girando?

23. Explique el propósito del conmutador y de las escobillas en la figura 10-35.

* 24. Un generador de cd básico de una espira gira a 60 rev/s. ¿Cuántas veces cada segundo llega el voltajede cd de salida a su pico (alcanza un máximo)?

* 25. Suponga que se agrega otra espira, a 90 grados de la primera, al generador de cd del problema 24. Tra-ce una gráfica del voltaje contra el tiempo para mostrar cómo aparece el voltaje de salida. Sea de 10 Vel voltaje máximo.

RESPUESTAS

REPASOS DE SECCIÓN

SECCIÓN 10–1 El campo magnético

1. Los polos norte se repelen.

2. El flujo magnético es el grupo de líneas de fuerza que forman un campo magnético.

3.

SECCIÓN 10–2 Electromagnetismo

1. El electromagnetismo se produce por una corriente que recorre un conductor. Existe un campo electro-magnético sólo cuando hay corriente. Existe un campo magnético independientemente de la corriente.

2. Cuando se invierte la corriente, la dirección del campo magnético también se invierte.

3. El flujo (f) es igual a la fuerza magnetomotriz (Fm) dividida entre la reluctancia (�).

4. Flujo: corriente, fmm: voltaje, reluctancia: resistencia.

SECCIÓN 10–3 Dispositivos electromagnéticos

1. Un solenoide produce sólo movimiento. Un relevador cierra un contacto eléctrico.

2. La parte móvil de un solenoide es el émbolo de imán.

3. La parte móvil de un relevador es la armadura.

4. El movimiento de d’Arsonval se basa en la interacción de campos magnéticos.

SECCIÓN 10–4 Histéresis magnética

1. Un incremento de la corriente aumenta la densidad de flujo.

2. Retentividad es la capacidad de un material de permanecer magnetizado después de que la fuerza mag-netizante deja de actuar.

3. Las cabezas no deben permanecer magnetizadas después de que la fuerza magnetizante deja de actuar,pero las cintas sí.

SECCIÓN 10–5 Inducción electromagnética

1. Se induce voltaje cero.

2. El voltaje inducido se incrementa.

3. Se ejerce una fuerza en el conductor cuando existe corriente.

B = f/A = 900 mT

RESPUESTAS ◆ 405

SECCIÓN 10–6 Aplicaciones de la inducción electromagnética

1. Se induce voltaje cero en el entrehierro.

2. Una rotación más rápida incrementa el voltaje inducido.

Una aplicación de circuito

1. Cuando se cierran los interruptores de detección, indican una intrusión a través de una ventana o puerta.

2. El contacto B bloquea el relevador y lo mantiene energizado cuando se detecta una intrusión.

PROBLEMAS RELACIONADOS CON LOS EJEMPLOS10–1 La densidad de flujo disminuirá.

10–2 31.0 T

10–3 La reluctancia se reduce a 12.8 � 106 At/Wb.

10–4

10–5 7.2 mWb

10–6 (a)

(b)

10–7 12.5 mV

AUTOEVALUACIÓN1. (b) 2. (c) 3. (a) 4. (d) 5. (b) 6. (c) 7. (a) 8. (d)

9. (c) 10. (c) 11. (b) 12. (c)

� = 85 * 103 At/Wb

Fm = 42.5 At

1.66 * 105 At/Wb

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