Cómo construir un generador de campo electromagnético

Los fenómenos electromagnéticos están en todas partes, desde la batería de su teléfono celular hasta los satélites que envían datos a la Tierra. Puede describir el comportamiento de la electricidad a través de campos electromagnéticos, regiones alrededor de objetos que ejercen fuerzas eléctricas y magnéticas, que forman parte de la misma fuerza electromagnética.

Debido a que la fuerza electromagnética se encuentra en tantas aplicaciones en la vida cotidiana, incluso puede construir una con una batería y otros objetos como alambre de cobre o clavos de metal que se encuentran alrededor de su casa para demostrar estos fenómenos en física por sí mismo.

•••Syed Hussain Ather

• Puede construir un generador de campo electromagnético (fem) simple usando alambre de cobre y un clavo de hierro. Envuélvalos y conéctelos a una fuente de corriente de electrodo para demostrar el poder del campo eléctrico. Hay muchas posibilidades que puede hacer para generadores de fem de diferentes tamaños y potencias.

Construyendo ungenerador de campo electromagnético (fem)requiere una bobina solenoidal de alambre de cobre (en forma de hélice o espiral), un objeto metálico como un clavo de hierro (para un generador de clavos), alambre aislante y fuente de voltaje (como una batería o electrodos) para emitir electricidad corrientes.

Opcionalmente, puede usar clips metálicos o una brújula para observar el efecto de la fem. Si el objeto metálico es ferromagnético (como el hierro), un material que se puede magnetizar fácilmente, será mucho, mucho más efectivo.

1. Coloque los materiales sobre una superficie no conductora como madera u hormigón.
2. Enrolla el alambre de cobre lo más fuerte que puedas alrededor del objeto de metal hasta que esté completamente cubierto. Cuantas más bobinas, más fuerte será el generador de campo.
   
3. Clip el alambre de cobre de modo que queden pequeñas partes de la cabeza y los extremos del objeto metálico.
4. Conecte un extremo de un trozo de cable aislado al cobre que sobresale de la cabeza del objeto metálico. Conecte el otro extremo del cable aislado a un extremo de la fuente de voltaje en la fuente de alimentación variable.
5. Luego, conecte un extremo del cable aislado a la fuente de la fuente de alimentación variable.
6. Coloque algunos sujetapapeles cerca del objeto de metal, ya que se encuentra en la superficie.
7. Ponga el dial de la fuente de alimentación variable en 0 voltios.
8. Enchufe la fuente de alimentación y enciéndala.
9. Suba lentamente el dial de voltaje y observe los sujetapapeles. Los verá reaccionar al campo magnético del objeto metálico tan pronto como sea lo suficientemente fuerte del generador de clavos.
10. Utilice una brújula en el medio para anotar la dirección del campo electromagnético. La aguja de la brújula debe alinearse con el eje de la bobina cuando fluye la corriente.

El electromagnetismo, una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza, describe cómo surge un campo electromagnético creado a partir del flujo de corriente eléctrica.

Cuando una corriente eléctrica fluye a través de un cable, el campo magnético aumenta con las bobinas del cable. Esto permite que fluya más corriente a través de una distancia más pequeña o en caminos más pequeños que están más cerca del clavo de metal. Cuando la corriente fluye a través de un cable, el campo electromagnético es circular alrededor del cable.

•••Syed Hussain Ather

Cuando la corriente fluye a través del cable, puede demostrar la dirección del campo magnético usando la regla de la mano derecha. Esta regla significa que, si coloca su pulgar derecho en la dirección de la corriente del cable, sus dedos se curvarán en la dirección del campo magnético. Estas reglas generales pueden ayudarlo a recordar la dirección que tienen estos fenómenos.

•••Syed Hussain Ather

La regla de la mano derecha también se aplica a la forma del solenoide de la corriente alrededor del objeto metálico. Cuando la corriente viaja en bucles alrededor del cable, genera un campo magnético en el clavo de metal u otro objeto. Esto crea unaelectroimánque interfiere con la dirección de la brújula y puede atraer clips metálicos hacia ella. Este tipo de emisor de campo electromagnético funciona de manera diferente a los imanes permanentes.

A diferencia de los imanes permanentes, los electroimanes necesitan una corriente eléctrica a través de ellos para emitir un campo magnético para su uso. Esto permite a los científicos, ingenieros y otros profesionales utilizarlos para una amplia gama de aplicaciones y controlarlos en gran medida.

El campo magnético para una corriente inducida en la forma de solenoide del electromagnético se puede calcular como

en el cualBes el campo magnético en Teslas,μ​_​0​ (pronunciado "mu nada") es la permeabilidad del espacio libre (un valor constante de 1.257 x 10^-6), ​Les la longitud del objeto metálico paralelo al campo ynortees el número de bucles alrededor del electroimán. Usando la ley de Ampere,

puedes calcular la corrienteyo(en amperios).

Estas ecuaciones dependen en gran medida de la geometría del solenoide con los cables enrollados lo más cerca posible alrededor del clavo de metal. Tenga en cuenta que la dirección de la corriente es opuesta al flujo de electrones. Use esto para averiguar cómo debería cambiar el campo magnético y ver si la aguja de la brújula cambia como lo calcularía o determinaría usando la regla de la mano derecha.

•••Syed Hussain Ather

Los cambios de la Ley de Ampere dependen de la geometría del generador de fem. En el caso de un electroimán toroidal con forma de rosquilla, el campo

pornortenúmero de bucles yrradio desde el centro al centro de los objetos metálicos. La circunferencia de un círculo (2 π r)en el denominador refleja la nueva longitud del campo magnético que toma una forma circular en todo el toroide. Las formas de los generadores de fem permiten a los científicos e ingenieros aprovechar su poder.

Las formas toroidales se utilizan en los transformadores utilizan las bobinas enrolladas a su alrededor en diferentes capas de modo que, cuando una corriente se induce a través de él, la fem resultante y la corriente que crea en respuesta transfieren poder entre diferentes bobinas. La forma le permite utilizar bobinas más cortas que reducen las pérdidas de resistencia o pérdidas debido a la forma en que se enrollan las corrientes. Esto hace que los transformadores toroidales sean eficientes en la forma en que utilizan la energía.

Los electroimanes pueden abarcar una gran cantidad de aplicaciones, desde maquinaria industrial, componentes informáticos, superconductividad e investigación científica en sí. Los materiales superconductores prácticamente no logran resistencia eléctrica a temperaturas muy bajas (cercanas a 0 Kelvin) que se pueden utilizar en equipos científicos y médicos.

Esto incluye imágenes por resonancia magnética (MRI) y aceleradores de partículas. Los solenoides se utilizan para generar campos magnéticos en impresoras matriciales, inyectores de combustible y maquinaria industrial. Los transformadores toroidales en particular también tienen usos en la industria médica por su eficiencia en la creación de dispositivos biomédicos.

Los electroimanes también se utilizan en equipos musicales como altavoces y auriculares, transformadores de potencia que aumentan o disminuyen la corriente. Voltaje a lo largo de las líneas eléctricas, calentamiento por inducción para cocinar y fabricar e incluso separadores magnéticos para separar los materiales magnéticos de los desechos metal. La inducción para calentar y cocinar, en particular, se basa en cómo una fuerza electromotriz produce una corriente en respuesta a un cambio en el campo magnético.

Finalmente, los trenes de levitación magnética utilizan una fuerte fuerza electromagnética para levitar un tren sobre una vía y electroimanes superconductores para acelerar a altas velocidades a velocidades rápidas y eficientes. Aparte de estos usos, también puede encontrar electroimanes utilizados en aplicaciones como motores, transformadores, auriculares, altavoces, grabadoras y aceleradores de partículas.