Efecto magnético de la corriente eléctrica

Durante muchos siglos, los fenómenos magnéticos no tuvieron demasiado interés para los científicos. Pero el estudio del magnetismo cobró un tremendo impulso tras los descubrimientos que relacionaron el magnetismo con la corriente eléctrica.

Las experiencias de Oersted

A comienzos de 1820, Oersted advirtió de forma casual, mientras realizaba observaciones sobre el fenómeno eléctrico con una pila análoga a la construida por Volta en 1800, que la aguja de una brújula colocada en las proximidades de un hilo conductor por el que circulaba una corriente eléctrica se desviaba. Repitió incesantemente estos experimento con pilas más potentes y observó que la aguja oscilaba hasta formar un ángulo recto con el hilo y con la línea que unía la brújula y el hilo.

Antes de conectar la corriente eléctrica la aguja imantada se orienta al eje N-S geográfico. Al conectar el circuito eléctrico, la aguja tiende a orientarse perpendicularmente al hilo.
Cambiamos el sentido de la corriente eléctrica invirtiendo las conexiones en los bores de la pila.

Igual que en el primer experimento, antes de conectar la corriente eléctrica la aguja imantada se orienta al N-S geográfico. Pero al conectar ahora el circuito eléctrico, la aguja se orienta también perpendicularmente al hilo, aunque girando en dirección contraria a la efectuada anteriormente.

Las experiencias de Oersted demuestran que las cargas eléctricas en movimiento crean un campo magnético, que es el causante de la desviación de la brújula; es decir, una corriente eléctrica crea a su alrededor un campo magnético.

La dirección del campo magnético depende del sentido de la corriente.
La intensidad del campo magnético depende de la intensidad de la corriente.
La intensidad del campo magnético disminuye con la distancia al conductor.

Campo magnético creado por un conductor rectilíneo

Las líneas de fuerza del campo magnético creado por un conductor rectilíneo son circunferencias concéntricas y perpendiculares al conductor eléctrico. Para saber la dirección que llevan dichas líneas de fuerza nos ayudaremos con la regla de la mano derecha.

Para aplicar dicha regla, realizaremos el siguiente proceso. Tomamos el hilo conductor con la mano derecha colocando el dedo pulgar extendido a lo largo del hilo en el sentido de la corriente. Los otros dedos de la mano indican el sentido de las líneas de fuerza del campo magnético creado.

Campo magnético creado por una espira

Una espira es un hilo conductor en forma de línea cerrada, pudiendo ser circular, rectangular, cuadrada, etc. Si por la espira hacemos circular una corriente eléctrica, el campo magnético creado se hace más intenso en el interior de ella. El sentido de las líneas de fuerza es el del avance de un sacacorchos que girase en el sentido de la corriente.

Campo magnético creado por un solenoide o bobina

Si, en lugar de disponer de una sola espira, colocamos el hilo conductor en forma enrollada, obtendremos un solenoide o bobina

En este caso, el campo magnético creado por la corriente al pasar a través de la bobina será mucho mayor, puesto que el campo magnético final será la suma de campos creados por cada una de las espiras. Así pues, en una bobina, el campo magnético será más intenso cuanto mayor sea la intensidad de corriente que circule por ella y el número de espiras que contenga la bobina.

De esta forma, una bobina, por la que droule una comente eléctrica equivaldria a un imán de barra. El sentido de las líneas de fuerza se determina a partir de cualquiera de sus espiras

El magnetismo a nivel microscópico

El magnetismo es, pues, una propiedad de las cargas en movimiento. Podriamos der entonces que un imán está formado por infinidad de cargas eléctricas en movimento A nivel microscópico, podemos pensar que los átomos que forman el imán se comporta como imanes elementales con sus respectivos polos.

En un imán, todos sus imanes elementales están orientados de igual forma
En una sustancia no magnética, los imanes elementales están orientados al azar

El electroimán

Cuando atravesamos un conductor rectilíneo por una cartulina sobre la que se han esparcido limaduras de hierro, al cerrar el circuito la distribución de las limaduras nos da idea de cómo son las líneas del campo magnético creado.

Un conductor arroliado en forma de circunferencia se llama espira, y se comporta como un pequeño imán. Al aumentar la corriente que pasa por la espira se incrementa el valor del campo magnético en el centro de la misma. Se puede obtener un campo magnético mayor a partir de corriente eléctrica si se acoplan muchas espiras, unas al lado de otras (por ejemplo, arrollando un hilo conductor), construyendo lo que se conoce como solenoide.

Para crear campos magnéticos aún más intensos, se construyen los electroímanes, que son solenoides en cuyo interior se aloja una barra de hierro dulce, es decir, un hierro libre de impurezas que tiene facilidad para imantarse temporalmente. Cuando se hace circular comente eléctrica por el solenoide, con centenares o mies de vueltas (es decir, centenares o miles de espras), el campo magnético se refuerza extraordinariamente en su interior, y el solenoide se convierte en un poderoso imán con múltiples aplicaciones.

Amperímetro

Sabemos que al aumentar la intensidad que circula por la bobina también aumenta el campo magnético creado en el interior de la bobina. Aplicando lo anterior podemos construir un amperímetro.

Un amperímetro consta de una bobina conectada a un circuito eléctrico, un imán móvil, en el interior de la bobina, unido a una aguja que se desplaza sobre una escala.

Un amperímetro normalmente tiene varias escalas de medición. Aquí es donde entran en juego la serie resistencias shunt ya que cada una representa una escala diferente. Las resistencias están colocadas en paralelo a la bobina para que la mayor parte de la corriente eléctrica pase por ellas y solo una pequeña parte por la bobina, pero que esa pequeña parte siga siendo proporcional a la intensidad total.

Acción de una corriente sobre un imán con el experimento de Oersted
Para llevar a cabo el experimento vamos disponer de una aguja imantada que puede girar en torno a un eje que pasa por su centro. Inicialmente, sobre la aguja sólo actúa el campo magnético terrestre de forma que ésta se orienta en la dirección Norte-Sur. Con la aguja en equilibrio, colocamos un tramo de conductor recto paralelo a la aguja. Un amperímetro conectado en serie con el conductor nos indicará cuando circula corriente por el mismo. En esta situación, si hacemos circular una corriente elevada por el conductor, del orden de 6 amperios, observamos que la aguja se desvía de su posición de equilibrio, oscilando en torno a las direcciones paralela y perpendicular al conductor. Al eliminar la corriente, la aguja vuelve a oscilar en torno a la dirección paralela al conductor (Norte-Sur) hasta que se detiene. Seguidamente se invierte el sentido de la corriente, observándose que ahora la aguja se desvía en sentido contrario.

Regla de la mano derecha
La regla de la mano derecha o regla del sacacorchos es un método para determinar sentidos vectoriales, y tiene como base los planos cartesianos. Se emplea prácticamente en dos maneras: para sentidos y movimientos vectoriales lineales, y para movimientos y direcciones rotacionales.
Así, cuando se hace girar un sacacorchos o un tornillo «hacia la derecha» (en el sentido de las agujas de un reloj) el sacacorchos o el tornillo «avanza», y viceversa, cuando se hace girar un sacacorchos o un tornillo «hacia la izquierda» (contrario a las agujas del reloj), el sacacorchos o el tornillo «retroceden».

El timbre eléctrico
El timbre consta de una bobina provista de un núcleo y una lámina que se puede desplazar al resultar atraída por la bobina. El extremo de la lámina golpea una campana que es la que produce el sonido. El circuito está interrumpido por una lámina fija, que está en contacto con la móvil. Cuando la corriente circula, la bobina atrae a una lámina fija y el circuito se abre, con lo cual la bobina deja de atraer a una lámina móvil. Otra vez se cierra el circuito y se vuelve a repetir el proceso. Como resultado, la lámina empieza a vibrar golpeando repetidas veces una campana y produciéndose el sonido característico.

El amperímetro como funciona y para que sirve
Un amperímetro es un instrumento de medición que se utiliza para medir la corriente eléctrica que pasa por un circuito. Estos instrumentos están compuestos por un galvanómetro y una serie de resistencias en paralelo llamadas shunt. Un amperímetro está compuesto por un galvanómetro el cual se construye con una aguja indicadora, un resorte, una bobina y 2 imanes permanentes y su funcionamiento se basa en el magnetismo. La aguja se une mediante un resorte en forma de espiral al eje de una bobina rectangular, la cual se encuentra suspendida debido al campo magnético de los imanes. Debido a que la bobina esta controlada por los polos magnéticos de los imanes, cuando pasa una corriente sobre esta genera su propio campo magnético lo que hace que gire dependiendo el sentido y la fuerza de esta intensidad eléctrica.