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bobina electromagnética

Las líneas del campo magnético ( verde ) de un bucle de alambre que transporta corriente pasan por el centro del bucle, concentrando el campo allí.

Una bobina electromagnética es un conductor eléctrico como un alambre en forma de bobina ( espiral o hélice ). [1] [2] Las bobinas electromagnéticas se utilizan en ingeniería eléctrica , en aplicaciones donde las corrientes eléctricas interactúan con campos magnéticos , en dispositivos como motores eléctricos , generadores , inductores , electroimanes , transformadores y bobinas de sensores. O se pasa una corriente eléctrica a través del cable de la bobina para generar un campo magnético o, por el contrario, un campo magnético externo variable en el tiempo a través del interior de la bobina genera un EMF ( voltaje ) en el conductor.

Una corriente a través de cualquier conductor crea un campo magnético circular alrededor del conductor debido a la ley de Ampere . [3] La ventaja de utilizar la forma de bobina es que aumenta la fuerza del campo magnético producido por una corriente determinada. Todos los campos magnéticos generados por las vueltas separadas de alambre pasan por el centro de la bobina y se suman ( superponen ) para producir un campo fuerte allí. [3] Cuanto mayor es el número de vueltas del cable, más fuerte es el campo producido. Por el contrario, un flujo magnético externo cambiante induce un voltaje en un conductor como un cable, debido a la ley de inducción de Faraday . [3] [4] El voltaje inducido se puede aumentar enrollando el cable en una bobina porque las líneas de campo cruzan el circuito varias veces. [3]

La dirección del campo magnético producido por una bobina se puede determinar mediante la regla de agarre de la mano derecha . Si los dedos de la mano derecha se envuelven alrededor del núcleo magnético de una bobina en la dirección de la corriente convencional a través del cable, el pulgar apuntará en la dirección en la que las líneas del campo magnético pasan a través de la bobina. El extremo de un núcleo magnético del que emergen las líneas de campo se define como el polo norte.

Hay muchos tipos diferentes de bobinas que se utilizan en equipos eléctricos y electrónicos.

En una bobina de múltiples vueltas de alambre, el campo magnético de las vueltas se suma en el centro de la bobina, creando un campo fuerte. Este dibujo muestra una sección transversal a través del centro de la bobina. Las cruces son cables por los que pasa corriente hacia la página; los puntos son cables por los que sale corriente de la página.

Devanados y grifos

Diagrama de configuraciones típicas de transformadores.

El alambre o conductor que constituye la bobina se llama devanado . [5] El agujero en el centro de la bobina se llama área del núcleo o eje magnético . [6] Cada bucle de alambre se llama vuelta . [2] En devanados en los que las espiras se tocan, el cable debe aislarse con una capa de aislamiento no conductor , como plástico o esmalte, para evitar que la corriente pase entre las espiras del cable. El devanado a menudo se envuelve alrededor de una forma de bobina hecha de plástico u otro material para mantenerlo en su lugar. [2] Los extremos del cable se sacan y se conectan a un circuito externo. Los devanados pueden tener conexiones eléctricas adicionales a lo largo de su longitud; estos se llaman grifos . [7] Un devanado que tiene una sola derivación en el centro de su longitud se llama derivación central . [8]

Las bobinas pueden tener más de un devanado, aislados eléctricamente entre sí. Cuando hay dos o más devanados alrededor de un eje magnético común, se dice que los devanados están acoplados inductivamente o acoplados magnéticamente . [9] Una corriente variable en el tiempo a través de un devanado creará un campo magnético variable en el tiempo que pasa a través del otro devanado, lo que inducirá un voltaje variable en el tiempo en los otros devanados. Esto se llama transformador . [10] El devanado al que se aplica la corriente, que crea el campo magnético, se llama devanado primario . Los otros devanados se llaman devanados secundarios .

Núcleo magnético

Many electromagnetic coils have a magnetic core, a piece of ferromagnetic material like iron in the center to increase the magnetic field.[11] The current through the coil magnetizes the iron, and the field of the magnetized material adds to the field produced by the wire. This is called a ferromagnetic-core or iron-core coil.[12] A ferromagnetic core can increase the magnetic field and inductance of a coil by hundreds or thousands of times over what it would be without the core. A ferrite core coil is a variety of coil with a core made of ferrite, a ferrimagnetic ceramic compound.[13] Ferrite coils have lower core losses at high frequencies.

A coil without a ferromagnetic core is called an air-core coil.[14] This includes coils wound on plastic or other nonmagnetic forms, as well as coils which actually have empty air space inside their windings.

Types of coils

Coils can be classified by the frequency of the current they are designed to operate with:

  • Direct current or DC coils or electromagnets operate with a steady direct current in their windings
  • Audio-frequency or AF coils, inductors or transformers operate with alternating currents in the audio frequency range, less than 20 kHz
  • Radio-frequency or RF coils, inductors or transformers operate with alternating currents in the radio frequency range, above 20 kHz

Coils can be classified by their function:

Electroimanes

Electroimán de bobina de campo en el estator de un motor universal de CA.

Los electroimanes son bobinas que generan un campo magnético para algún uso externo, a menudo para ejercer una fuerza mecánica sobre algo. [15] o eliminar campos de fondo existentes. [16] Algunos tipos específicos:

  • Solenoide : un electroimán en forma de hélice de alambre hueca y recta.
  • Devanados de motores y generadores: electroimanes con núcleo de hierro en el rotor o estator de motores y generadores eléctricos que actúan entre sí para hacer girar el eje (motor) o generar una corriente eléctrica (generador).
    • Devanado de campo : una bobina con núcleo de hierro que genera un campo magnético constante para actuar sobre el devanado de la armadura.
    • Devanado de armadura : una bobina con núcleo de hierro sobre la que actúa el campo magnético del devanado de campo para crear par (motor) o inducir un voltaje para producir energía (generador).
  • Bobina de Helmholtz , bobina de Maxwell : bobinas con núcleo de aire que sirven para cancelar un campo magnético externo
  • Bobina desmagnetizadora : bobina utilizada para desmagnetizar piezas.
  • Bobina móvil : bobina utilizada en un altavoz de bobina móvil , suspendida entre los polos de un imán. Cuando la señal de audio pasa a través de la bobina, ésta vibra y mueve el cono del altavoz adjunto para crear ondas sonoras. Lo contrario se utiliza en un micrófono dinámico , donde las vibraciones del sonido interceptadas por algo parecido a un diafragma se transfieren físicamente a una bobina móvil sumergida en un campo magnético, y los extremos terminales de la bobina proporcionan un análogo eléctrico de esas vibraciones.

Inductores

Los inductores o reactores son bobinas que generan un campo magnético que interactúa con la propia bobina para inducir un EMF inverso que se opone a los cambios en la corriente a través de la bobina. Los inductores se utilizan como elementos de circuito en circuitos eléctricos, para almacenar energía temporalmente o resistir cambios en la corriente. Algunos tipos:

  • Bobina de tanque: un inductor utilizado en un circuito sintonizado
  • Estrangulador : un inductor utilizado para bloquear CA de alta frecuencia y al mismo tiempo permitir el paso de CA o CC de baja frecuencia.
  • Bobina de carga : un inductor que se utiliza para agregar inductancia a una antena, para hacerla resonante o a un cable para evitar la distorsión de las señales.
  • Variómetro : un inductor ajustable que consta de dos bobinas en serie, una bobina estacionaria exterior y una segunda interior que puede girarse de modo que sus ejes magnéticos estén en la misma dirección o sean opuestos.
  • Transformador Flyback : aunque se le llama transformador, en realidad es un inductor que sirve para almacenar energía en fuentes de alimentación conmutadas y circuitos de desviación horizontal para televisores y monitores CRT .
  • Reactor saturable : un inductor con núcleo de hierro utilizado para controlar la energía de CA variando la saturación del núcleo utilizando un voltaje de control de CC en un devanado auxiliar.
  • Balastro inductivo : inductor utilizado en circuitos de lámparas de descarga de gas , como lámparas fluorescentes , para limitar la corriente a través de la lámpara.

Transformadores

Transformador

Un transformador es un dispositivo con dos o más devanados acoplados magnéticamente (o secciones de un solo devanado). Una corriente que varía con el tiempo en una bobina (llamada devanado primario ) genera un campo magnético que induce un voltaje en la otra bobina (llamada devanado secundario ). Algunos tipos:

maquinas electricas

Las máquinas eléctricas , como motores y generadores, tienen uno o más devanados que interactúan con campos magnéticos en movimiento para convertir la energía eléctrica en energía mecánica. A menudo, una máquina tendrá un devanado por el que pasa la mayor parte de la potencia de la máquina (el "inducido" ) y un segundo devanado que proporciona el campo magnético del elemento giratorio (el "devanado de campo") que puede estar conectado mediante escobillas. o anillos colectores a una fuente externa de corriente eléctrica. En un motor de inducción , el devanado de "campo" del rotor se energiza mediante el lento movimiento relativo entre el devanado giratorio y el campo magnético giratorio producido por el devanado del estator, que induce la corriente de excitación necesaria en el rotor.

Bobinas transductoras

La bobina sensora de un detector de metales .

Se trata de bobinas que se utilizan para traducir campos magnéticos variables en el tiempo en señales eléctricas y viceversa. Algunos tipos:

También existen tipos de bobinas que no encajan en estas categorías.

Tecnología de bobinado

Ver también

Referencias

  1. ^ Stauffer, H. Brooke (2002). Diccionario de bolsillo de términos eléctricos de la NFPA. Jones y Hymel Tucker. pag. 36.ISBN​ 978-0877655992.
  2. ^ abc Laplante, Phillip A. (1999). Diccionario Integral de Ingeniería Eléctrica. Saltador. págs. 114-115. ISBN 978-3540648352.
  3. ^ abcd Arun, P. (2006). Electrónica. Alpha Sciences International Ltd. págs. 73–77. ISBN 978-1842652176.
  4. ^ Amós, SW; Amos, Roger (4 de marzo de 2002). Newnes 2002, pág. 129. Elsevier. ISBN 9780080524054.
  5. ^ Stauffer, HB (2005). Diccionario de bolsillo de términos eléctricos de la NFPA. Jones y Bartlett Aprendizaje, LLC. pag. 273.ISBN​ 9780877655992. Consultado el 7 de enero de 2017 .
  6. ^ Amós, SW; Roger Amós (2002). Diccionario Newnes de Electrónica. Newnes. pag. 191.ISBN​ 978-0080524054.
  7. ^ Laplante, Pensilvania (1999). Diccionario Integral de Ingeniería Eléctrica. Springer Berlín Heidelberg. pag. 633.ISBN​ 9783540648352. Consultado el 7 de enero de 2017 .
  8. ^ Stauffer, HB (2005). Diccionario de bolsillo de términos eléctricos de la NFPA. Jones y Bartlett Aprendizaje, LLC. pag. 29.ISBN _ 9780877655992. Consultado el 7 de enero de 2017 .
  9. ^ Amós, SO; Amós, R. (2002). Diccionario Newnes de Electrónica. Ciencia Elsevier. pag. 167.ISBN​ 9780080524054. Consultado el 7 de enero de 2017 .
  10. ^ Amós, SO; Amós, R. (2002). Diccionario Newnes de Electrónica. Ciencia Elsevier. pag. 326.ISBN _ 9780080524054. Consultado el 7 de enero de 2017 .
  11. ^ Laplante, Phillip A. (1998). Diccionario Integral de Ingeniería Eléctrica. Saltador. pag. 143.ISBN _ 978-3540648352.
  12. ^ Laplante, Pensilvania (1999). Diccionario Integral de Ingeniería Eléctrica. Springer Berlín Heidelberg. pag. 346.ISBN​ 9783540648352. Consultado el 7 de enero de 2017 .
  13. ^ Laplante, Pensilvania (1999). Diccionario Integral de Ingeniería Eléctrica. Springer Berlín Heidelberg. pag. 243.ISBN _ 9783540648352. Consultado el 7 de enero de 2017 .
  14. ^ Laplante, Pensilvania (1999). Diccionario Integral de Ingeniería Eléctrica. Springer Berlín Heidelberg. pag. 19.ISBN​ 9783540648352. Consultado el 7 de enero de 2017 .
  15. ^ Amós, SW; Amós, R. (2002). Diccionario Newnes de Electrónica. Ciencia Elsevier. pag. 113.ISBN​ 9780080524054. Consultado el 7 de enero de 2017 .
  16. ^ Hobson, PJ; et al. (2022). "Diseño de campo magnético a medida para un interferómetro de átomo frío con protección magnética". Ciencia. Representante . 12 (1): 10520. arXiv : 2110.04498 . Código Bib : 2022NatSR..1210520H. doi :10.1038/s41598-022-13979-4. PMC 9217970 . PMID  35732872. S2CID  238583775. 

Otras lecturas

enlaces externos

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