Introducción al magnetismo

Unidad 1: Interacción entre sistemas eléctricos y magnéticos

Materiales magnéticos

En física se le denomina permeabilidad magnética a la capacidad que tienen los materiales, medios o sustancias de afectar y ser afectados por los campos magnéticos, así como la capacidad de convertirse en fuentes de estos, es decir, capacidad para crearlos sin la necesidad de corrientes externas.

Materiales magnéticos

Esta magnitud está definida por la relación entre la inducción magnética (también llamada densidad de flujo magnético) y la excitación magnética que estén incidiendo en el interior del material, y es representada por el símbolo μ:

Sistemas magnéticos

Materiales magnéticos

Forma alterna de expresar la permeabilidad magnética:

Sistemas magnéticos

Materiales ferromagnéticos

Los materiales ferromagnéticos comprenden un pequeño grupo de sustancias que se encuentran en la naturaleza que, cuando se colocan en presencia de un campo magnético, se imantan fuertemente, y el campo magnético de ellos es muchas veces mayor que el campo que fue aplicado. μr>>1

Sistemas magnéticos

Materiales ferromagnéticos

μr>>1

¿Cómo se obtiene el hierro mineral?
Utiliza un separador magnético

Sistemas magnéticos

Materiales paramagnéticos

Materiales paramagnéticos son los que tienen valores para "µr" ligeramente mayores que la unidad (por ejemplo, 1.000021 para el aluminio sólido).

( μr≳1) (muy poco atraídos)

Sistemas magnéticos

Materiales diamagnéticos

Los materiales llamados diamagnéticos, son aquellos que al entrar en contacto con un campo magnético no responden a una atracción, sino que se repelen; son lo contrario a los materiales ferromagnéticos

( μr≲1) (muy poca repulsión)

Sistemas magnéticos

Materiales diamagnéticos

( μr≲1) (muy poca repulsión)

Sistemas magnéticos

Analogías hidráulica y electricidad

- Voltaje --> Presión

-Corriente eléctrica --> Corriente de agua

-Resistencia eléctrica --> Resistance Hidráulica

Analogías electricidad y magnetismo

Los circuitos magnéticos son análogos a los circuitos eléctricos

Analogías electricidad y magnetismo

Materiales conductores 

Circuitos Eléctricos:
- Cobre
- Aluminio

Circuitos Magnéticos:
- Hierro
- Acero Eléctrico

Analogías electricidad y magnetismo

Materiales aislantes

Circuitos Eléctricos:
- Aire
- Plásticos

Circuitos Magnéticos:
- Aire
- Cobre
- Aluminio

Analogías electricidad y magnetismo

Conductividad vs aire

Circuitos Eléctricos:

Cobre es 10^22 veces más conductivo.

Cobre es 10^7 veces más conductivo que el agua de mar.

Circuitos Magnéticos:

El hierro es solo 3000 veces más "permeable" que el aire. Por lo tanto el aire es un elemento de circuitos magnéticos.

Introducción al magnetismo

Conceptos previos

En los equipos previamente formados, debatan al respecto y lleguen a una definición conjunta a las preguntas:

1. Flujo magnético
2. Densidad de flujo magnético
3. Reluctancia
4. Permeabilidad
5. Fuerza magnetomotriz
6. Intensidad del campo magnético

Conceptos previos

Densidad de flujo magnético:

Es la cantidad de flujo por unidad de área. Se representa por la letra B, y se mide en wb/m^2.

Fuerza magnetomotriz:

Se representa por Fmm y es la fuerza necesaria para establecer un flujo magnético a través de un circuito magnético.

Reluctancia:

Es la oposición que presenta un material magnético al paso de las líneas de flujo.

La permeabilidad relativa se compara con respecto a la permeabilidad del aire.

Ley de Ohm

Ejercicio

Una estructura magnética tipo núcleo tiene una longitud de 40 cm. Su sección transversal es de 12cm2 y la permeabilidad relativa Mr=4200, con una bobina de 2000 vueltas de alambre, tal como se muestra en el dibujo.

a) Dibuje el circuito magnético equivalente de la estructura.

b)Encuentre el valor de la reluctancia R del circuito.

c) Encuentre el valor de la Fmm si por la bobina circulan 5 A.

d) Encuentre el valor del flujo magnético.

e) Encuentre la densidad de flujo B en la estructura.

Circuitos equivalentes

Ejercicio alumno 1

Una estructura magnética tipo núcleo tiene una longitud de 500 mm su sección transversal es de 2500mm2 y la permeabilidad relativa Mr=4000, con una bobina de 1200 vueltas de alambre, tal como se muestra en el dibujo.

a) Dibuje el circuito magnético equivalente de la estructura.

b)Encuentre el valor de la reluctancia R del circuito.

c) Encuentre el valor de la Fmm si por la bobina circulan 3A.

d) Encuentre el valor del flujo magnético.

e) Encuentre la densidad de flujo B en la estructura.

Ejercicio alumno 2

Recalcule la reactancia considerando un entrehierro(air-gap) de 3mm, asumiendo la permeabilidad relativa del aire es de 1.