ELECTROIMAN

Física – Electroimanes

Introducción

Uso de electroimanes 

Un electroimán es un imán que funciona con electricidad. Puede conectarse y desconectarse. Las bobinas están casi siempre hechas de alambre de cobre porque es un conductor eléctrico excelente (ver propiedades de conductividad). 

Los electroimanes tienen muchos usos. He aquí algunos ejemplos. 

• Un timbre eléctrico - Los electroimanes hacen que el martillo vibre de acá para allá, tocando el timbre.
• Una cerradura eléctrica - Cuando se ha contestado al interfono, la puerta puede abrirse desde el piso de arriba. Un electroimán tira del cerrojo para abrirlo. Cuando se desconecta, el cerrojo vuelve atrás.
• Una grúa - Una grúa para chatarra puede levantar un coche entero. Lo mueve a su posición, y se desconecta para soltarlo.
• Una herramienta de cirujano - Un cirujano oftalmólogo puede sacar restos de acero del ojo de un paciente usando un electroimán. Se aplica corriente hasta que tira sólo lo suficiente para quitar suavemente el metal.

En esta sección, veremos cómo funcionan los electroimanes y cómo pueden ser eficientes. 

Campos magnéticos

Un imán atrae a algunos metales como el hierro. Decimos que estos metales son magnéticos. También podemos hacer un imán del hierro dulce. Este imán tendrá dos polos - uno norte y otro sur. 

¿Qué hacen los polos?

Si llevamos el polo norte de un imán de barra hasta el polo sur del otro, se atraerán entre sí.
Decimos que: 

Los polos opuestos se atraen. 

Sin embargo, si llevamos un polo norte hasta otro polo norte, se apartarán uno de otro. Decimos que se repelan. Lo mismo ocurre con dos polos sur.
Decimos que: 

Los polos iguales se repelan. 

¿Qué es un campo magnético?

Un imán no tiene que tocar otro imán para atraerlo o repelerlo. La fuerza del imán se extiende. Es una fuerza invisible que trabaja a distancia. Decimos que hay un campo magnético alrededor del imán. El campo magnético es la región en la que actúa la fuerza de un imán.

El campo magnético es invisible. Tenemos que utilizar algunos trucos inteligentes para ver su forma. 

¿Cómo podemos ver el campo magnético?

Se puede ver la forma del campo magnético usando limaduras de hierro:

• se coloca un trozo de cartón sobre el imán
• suavemente espolvoreamos algunas limaduras de hierro en el cartón
• se da un golpecito al cartón de modo que las limaduras de hierro se alineen con el campo magnético.
• se mira el modelo hecho por las limaduras de hierro 

¿En qué dirección va el campo magnético?

Las limaduras de hierro nos dicen la forma del campo magnético. Sin embargo, es también útil saber en qué dirección va el campo - es decir, si va a atraer o repeler un polo norte de otro imán.

Podemos encontrar esto utilizando una pequeña brújula. La aguja de la brújula es en sí misma un pequeño imán. Su flecha es un polo norte. De modo que la brújula señala fuera del polo norte del imán. 

Líneas del campo magnético

Podemos mostrar esto en un diagrama del campo magnético usando líneas de campo. Obsérvese que las líneas del campo magnético

• señalan fuera del polo norte y
• señalan hacia el polo sur y
• nunca se cruzan entre sí
• sólo salen de los extremos del imán
• están más cerca unas de otras allí donde el campo es más fuerte - p.ej. cerca de los polos.

Las flechas en las líneas de campo nos dicen en qué dirección se moverá otro polo norte. Un polo sur sería atraído en dirección contraria a las flechas. 

Solenoides

Un electroimán es una bobina de alambre con corriente eléctrica.

Cuando el alambre está enrollado alrededor en un cilindro, lo llamamos un solenoide. El solenoide se convierte en un electroimán cuando pasa por él la corriente. 

¿Por qué se usa el cobre?

El cobre se usa porque tiene una resistencia eléctrica baja (ver propiedades de conductividad). Esto significa que a la corriente le es fácil fluir por él. Además, al alambre de cobre se le puede dar fácilmente forma para hacer una bobina. 

¿Cómo es el campo?

Cuando la corriente fluye por el alambre, convierte la bobina en un imán. Lo llamamos un electroimán. El campo del electroimán es similar al campo de un imán de barra. La bobina tiene un polo norte en un extremo y un polo sur en el otro.

Hay que recordar que mostramos las líneas de fuerza que salen del polo norte y entran en el polo sur. 

Cómo recordar el campo

Cuando una corriente pasa por el solenoide lo convierte en un electroimán. De modo que un extremo es un polo norte y el otro es un polo sur. Hay un pequeño truco para recordar qué extremo es cada polo.

Es cuestión de ver si la letra S o N señala en la misma dirección que la corriente.

Cuando miramos un extremo de la bobina, la corriente va en el sentido contrario al de las agujas del reloj. En este caso, podemos poner la letra N y señalará en la misma dirección que la corriente. Una S no la señalará. De modo que éste es el polo norte.

Si miramos al otro extremo de la bobina, la corriente va en el sentido de las agujas del reloj. En este caso podemos poner una S. De modo que éste es el polo sur. 

El uso de los electroimanes

Uno de los usos del electroimán es el sistema de entrada de una sola puerta para un bloque de viviendas. Alguien del cuarto piso no quiere bajar para dejar entrar a la gente. De modo que tiene un conmutador que hace funcionar el electroimán de la cerradura. Cuando presiona el conmutador, la bobina del alambre de cobre se convierte en un electroimán. Entonces, atrae la armadura y retira la cerradura. La puerta ahora puede abrirse. 

Hacerlos más fuertes

Podemos hacer electroimanes más fuertes de varias maneras. He aquí algunas de ellas:

• aumentando el flujo de corriente
• usando más vueltas de alambre de cobre
• poniendo un núcleo de hierro dulce.

Veamos cada una de estas maneras. 

Aumento de corriente

Una corriente superior hará un imán más fuerte. Sin embargo, hay un límite a cuánta corriente puede fluir en los alambres antes de que se caliente demasiado. Además, una corriente más grande significa que se gasta más energía (como calor) en la bobina y en los alambres de conexión. De modo que a menudo es mejor tratar de aumentar la fuerza añadiendo más vueltas en vez de aumentar la corriente. 

Más vueltas

Imaginemos que hacemos un electroimán de una sola vuelta de alambre. Luego añadimos otra vuelta. Es como poner otro electroimán al lado del primero. De modo que la fuerza del imán aumenta. Cuantas más vueltas, más fuerte será el imán. 

Núcleo de hierro

El hierro es un material magnético. Hay partículas magnéticas dentro del hierro. En el hierro dulce, estas partículas se alinearán con un campo magnético externo. De esta manera, el núcleo del hierro dulce se comporta como un imán por sí mismo. Una vez quitado el campo externo, el núcleo volverá a la normalidad.

Imaginemos que ponemos un trozo de hierro dulce en medio de una bobina de alambre de cobre. Cuando conectamos la corriente, la bobina se convierte en un electroimán. Pero, además, el corazón del hierro dulce se convierte también en un imán. Se añadirá a la fuerza del electroimán.

El efecto del núcleo del hierro dulce es mucho más que duplicar la corriente o el número de vueltas.