El campo de la física se ocupa de las corrientes eléctricas, los campos y los campos magnéticos, y su interacción sobre la materia o la materia se llama electromagnetismo. El electromagnetismo ha revolucionado las aplicaciones de la ingeniería. También tuvo un gran impacto en diversos campos como la medicina, la industria y el espacio.
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Podemos encontrar amplias aplicaciones prácticas del electromagnetismo en nuestra vida diaria, desde electrodomésticos hasta aplicaciones de investigación.
En aplicaciones domésticas podemos observar fenómenos en equipos de iluminación, calefacción y cocina, en sistemas de comunicación, esto está presente en todos los equipos de telecomunicaciones y redes de comunicación, y en sistemas industriales, en motores, generadores, sensores, aplicables a dispositivos actuadores, etc.
Un conductor portador de corriente enrollado alrededor de un núcleo de alta permeabilidad (o núcleo de hierro) crea un electroimán. Cuando este electroimán es excitado por una fuente de energía, crea un campo magnético. La fuerza del flujo magnético está determinada por la corriente que fluye a través del electroimán y el número de vueltas enrolladas alrededor del electroimán.
Todos los conductores que transportan corriente eléctrica producen un campo magnético, pero los electroimanes están construidos específicamente para maximizar la fuerza del campo magnético para una función específica.
El campo magnético generado por el electroimán se utiliza para funciones especiales del dispositivo. Dichos dispositivos incluyen transformadores, relés, motores, etc. En un transformador, el campo magnético generado crea una fuerza electromotriz en la bobina secundaria, lo que provoca una transferencia de voltaje entre dos circuitos acoplados magnéticamente.
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En el caso de un relé, el campo magnético generado mueve un émbolo, abriendo y cerrando contactos. En el caso de un motor, este campo magnético también hace que el motor gire en una dirección específica. Por tanto, el ámbito de uso del electromagnetismo es amplio y ubicuo. Ahora analicemos algunas de las áreas de aplicación que utilizan el electromagnetismo.
Tabla de contenido
electrodomésticos
El electromagnetismo es el principio básico que funciona en muchos electrodomésticos para aplicaciones domésticas. Estas aplicaciones incluyen iluminación, electrodomésticos de cocina, sistemas de aire acondicionado y más.
- El uso principal de la electricidad en hogares y edificios comerciales es para los sistemas de iluminación. Estos sistemas de iluminación utilizaban numerosos artefactos de iluminación fluorescente. Los balastros utilizados en las luces fluorescentes utilizan principios electromagnéticos que generan alto voltaje cuando se encienden.
accesorios de iluminación fluorescente
- Los ventiladores eléctricos, sopladores y otros sistemas de refrigeración utilizan motores eléctricos. Estos motores funcionan según el principio de inducción electromagnética, un campo de electromagnetismo. En cualquier dispositivo eléctrico, un motor eléctrico es accionado por un campo magnético generado por una corriente eléctrica, según el principio de fuerza de Lorentz. Estos motores varían en tamaño, potencia y costo según la aplicación.
- Los electrodomésticos de cocina, como las placas de inducción, los hornos microondas, las batidoras y molinillos eléctricos y las tostadoras de pan, utilizan electromagnetismo para funcionar.
- El sistema de alarma utiliza un timbre eléctrico que funciona según principios electromagnéticos. En estas campanas, el sonido es producido por una bobina electromagnética que mueve un percutor con respecto a la campana. Mientras la bobina esté energizada, el percutor de hierro será atraído hacia la bobina y golpeará la campana.
- Cuando el percutor hace contacto con la campana, el electroimán se desmagnetiza y la tensión del resorte devuelve el percutor a su posición original, haciendo nuevamente contacto eléctrico. Este proceso se repite hasta que se abre el interruptor.
timbre electrico
- El sistema de seguridad utiliza un sistema de bloqueo de puertas. Normalmente se utiliza un sistema de bloqueo magnético. Estos sistemas se desbloquean deslizando una tarjeta magnética o utilizando un código de seguridad.
- Un lector de tarjetas magnéticas en la puerta lee el número de llaves almacenadas en la cinta magnética de la tarjeta. Si la llave almacenada en la memoria coincide con los datos de la tarjeta, la puerta se abrirá.
- Los altavoces se utilizan en sistemas de entretenimiento como televisores, radios y sistemas estéreo. El dispositivo consta de un electroimán unido a una membrana o cono rodeado por un flujo magnético producido por un imán permanente.
- Cuando cambia la corriente que fluye a través del electroimán, el electroimán y la membrana del altavoz se mueven hacia adelante y hacia atrás. Cuando la corriente cambia a la misma frecuencia que las ondas sonoras, el altavoz vibra y crea más ondas sonoras.
uso industrial
Casi todos los equipos y dispositivos utilizados en la industria utilizan electromagnetismo. Los materiales utilizados para construir tales dispositivos incluyen hierro, cobalto y níquel, que responden naturalmente a los campos magnéticos.
Todo, desde pequeños equipos de control hasta equipos de energía a gran escala, utiliza electromagnetismo en al menos una etapa de su funcionamiento.
- Los generadores y motores dominan la mayoría de las industrias y sirven como principal fuente de energía y sistema de accionamiento, respectivamente. Los generadores convierten la energía mecánica en energía eléctrica y los motores convierten la energía eléctrica en energía mecánica.
- Los generadores proporcionan energía eléctrica durante cortes de energía eléctrica y, en la mayoría de los casos, los generadores funcionan con motores IC. Existen diferentes tipos de motores utilizados en la industria. Utilizado en grúas, polipastos, elevadores, sistemas transportadores, etc.
- Varios sensores y actuadores son obras que utilizan el electromagnetismo. Los sensores electromagnéticos incluyen sensores de efecto Hall, sensores magnetorresistivos, sensores fluxgate, etc. Estos sensores convierten cantidades físicas como flujo, presión, nivel y proximidad en señales eléctricas.
- El actuador es el elemento de control final que impulsa la carga en condiciones específicas. Estos dispositivos actuadores incluyen válvulas solenoides, relés, motores, etc., todos los cuales funcionan según principios electromagnéticos.
tren de levitación magnética
Esta es una tecnología de sistema de transporte moderno que utiliza conceptos electromagnéticos. Se llaman trenes de alta velocidad y utilizan potentes electroimanes para aumentar su velocidad.
Estos trenes levitan sobre vías-guía utilizando principios magnéticos básicos como la suspensión electromagnética (EMS) y la suspensión electrodinámica (EDS). En EMS, los electroimanes utilizados en la carrocería del tren son atraídos por los rieles de hierro.
Estos imanes se enrollan alrededor del carril guía y la atracción entre el carril guía y los imanes eleva el tren hacia arriba. En EDS, el tren levita gracias a la fuerza repulsiva de la vía conductora provocada por la corriente inducida.
Una vía-guía no es más que bobinas magnéticas especialmente diseñadas y carriles colocados a intervalos regulares. A lo largo de esta trayectoria, el tren maglev está suspendido por el fenómeno de levitación magnética, sin más apoyo que el campo magnético.
El diagrama de arriba muestra un sistema de levitación magnética EMS, en el que se colocan electroimanes en la carrocería del vagón y la energía se suministra desde la batería interna del tren. La vía-guía consta de bobinas electromagnéticas integradas en la superficie de la vía.
Estas bobinas constan de un material central y un devanado. Cuando se activa el electroimán, el tren levita debido a la atracción entre el electroimán y la bobina.
Por lo tanto, este tipo de sistema requiere una gran fuente de alimentación, bobinas electromagnéticas que recubren las vías e imanes de inducción montados en la parte inferior del tren.
Sistema de comunicaciones
Es el proceso de transmitir información desde una fuente a un receptor. Esta transferencia de energía a largas distancias se logra mediante ondas electromagnéticas de alta frecuencia. Estas ondas también se llaman microondas u ondas de radio de alta frecuencia.
En el caso de un teléfono móvil, supongamos que la energía sonora se convierte en energía electromagnética. Mediante un transmisor de radio, esta energía electromagnética se transfiere a un receptor. En el receptor, estas ondas electromagnéticas se convierten nuevamente en energía acústica.
Dependiendo de la naturaleza de la señal de banda base, el sistema de comunicación puede ser un sistema de comunicación analógico o un sistema de comunicación digital. Dependiendo de la naturaleza de la señal transmitida, este sistema se divide en sistemas de comunicación de banda base y sistemas de comunicación portadora.
Los campos electromagnéticos producidos por fuentes que varían en el tiempo se propagan a través de guías de ondas o líneas de transmisión. La radiación electromagnética se forma cuando estos campos electromagnéticos se propagan desde una fuente sin conexión con la fuente o un medio conductor.
El espectro electromagnético consta de diferentes rangos de todas las longitudes de onda o frecuencias posibles de radiación electromagnética. Estos rangos de frecuencia incluyen baja frecuencia, muy baja frecuencia, media frecuencia, alta frecuencia, muy corta frecuencia, muy corta frecuencia, etc.
sistema médico
Los campos electromagnéticos ahora desempeñan un papel importante en dispositivos médicos avanzados como la hipertermia contra el cáncer, los implantes y las imágenes por resonancia magnética (MRI).
Las frecuencias en el rango de RF se utilizan principalmente en aplicaciones médicas. En una resonancia magnética, un equipo sofisticado utiliza campos electromagnéticos para escanear detalles finos del cuerpo humano.
La terapia electromagnética es una forma alternativa de medicina que pretende tratar enfermedades mediante la aplicación de campos electromagnéticos pulsados o radiación electromagnética al cuerpo. Este tipo de tratamiento se utiliza para una amplia gama de afecciones, incluidas neuropatía, diabetes, lesiones de la médula espinal, úlceras y asma.
Muchos dispositivos médicos, como escáneres, máquinas de rayos X y otros equipos, utilizan principios electromagnéticos en su funcionamiento.