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Bobina electromagnética

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

Una bobina electromagnética es un conductor eléctrico como un cable 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 , bobinas de sensores como en máquinas de imágenes médicas de resonancia magnética . O bien 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 usar la forma de bobina es que aumenta la fuerza del campo magnético producido por una corriente dada. Los campos magnéticos generados por las vueltas separadas del cable pasan todos por el centro de la bobina y se suman ( superponen ) para producir un campo fuerte allí. [3] Cuanto mayor sea el número de vueltas de cable, más fuerte será 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 intersecan 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 pasan las líneas de campo magnético 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 utilizadas en equipos eléctricos y electrónicos.

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

Bobinados y tomas

Diagrama de configuraciones típicas de transformadores

El alambre o conductor que constituye la bobina se llama devanado . [5] El orificio en el centro de la bobina se llama área central o eje magnético . [6] Cada bucle de alambre se llama espira . [2] En los devanados en los que las espiras se tocan, el alambre debe estar aislado con un revestimiento de aislamiento no conductor , como plástico o esmalte, para evitar que la corriente pase entre las espiras del alambre. 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 alambre se sacan y se conectan a un circuito externo. Los devanados pueden tener conexiones eléctricas adicionales a lo largo de su longitud; estas se llaman tomas . [7] Un devanado que tiene una sola toma en el centro de su longitud se llama con toma 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

Muchas bobinas electromagnéticas tienen un núcleo magnético , una pieza de material ferromagnético como el hierro en el centro para aumentar el campo magnético. [11] La corriente a través de la bobina magnetiza el hierro, y el campo del material magnetizado se suma al campo producido por el cable. Esto se llama bobina de núcleo ferromagnético o bobina de núcleo de hierro . [12] Un núcleo ferromagnético puede aumentar el campo magnético y la inductancia de una bobina cientos o miles de veces más de lo que sería sin el núcleo. Una bobina de núcleo de ferrita es una variedad de bobina con un núcleo hecho de ferrita , un compuesto cerámico ferrimagnético . [13] Las bobinas de ferrita tienen menores pérdidas de núcleo a altas frecuencias.

Una bobina sin núcleo ferromagnético se denomina bobina con núcleo de aire . [14] Esto incluye bobinas enrolladas en plástico u otras formas no magnéticas, así como bobinas que en realidad tienen espacio de aire vacío dentro de sus devanados.

Tipos de bobinas

Las bobinas se pueden clasificar según la frecuencia de la corriente con la que están diseñadas para funcionar:

  • Las bobinas o electroimanes de corriente continua o CC funcionan con una corriente continua constante en sus devanados.
  • Las bobinas, inductores o transformadores de audiofrecuencia o AF funcionan con corrientes alternas en el rango de audiofrecuencia , inferior a 20 kHz.
  • Las bobinas, inductores o transformadores de radiofrecuencia o RF funcionan con corrientes alternas en el rango de radiofrecuencia , por encima de 20 kHz.

Las bobinas se pueden clasificar según su función:

Electroimanes

Electroimán de bobina de campo en el estator de un motor universal de CA.
Bobina del controlador del obturador de la cámara antigua Canon AF-10.

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 una hélice hueca y recta de alambre.
  • Bobinados de motores y generadores: electroimanes con núcleo de hierro en el rotor o el estator de motores y generadores eléctricos que actúan entre sí para girar el eje (motor) o generar una corriente eléctrica (generador)
    • Bobinado de campo : una bobina con núcleo de hierro que genera un campo magnético constante que actúa sobre el devanado de la armadura.
    • Bobinado 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 que se utiliza para desmagnetizar piezas.
  • Bobina móvil : bobina que se utiliza en un altavoz de bobina móvil , suspendida entre los polos de un imán. Cuando la señal de audio pasa a través de la bobina, vibra y mueve el cono del altavoz conectado para crear ondas sonoras. Lo contrario se utiliza en un micrófono dinámico , donde las vibraciones sonoras interceptadas por algo como un diafragma se transfieren físicamente a una bobina móvil inmersa en un campo magnético, y los extremos terminales de la bobina proporcionan un análogo eléctrico de esas vibraciones.

Inductores

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

  • Bobina de tanque: un inductor utilizado en un circuito sintonizado
  • Choque : inductor utilizado para bloquear CA de alta frecuencia y permitir el paso de CA o CC de baja frecuencia.
  • Bobina de carga : inductor utilizado para agregar inductancia a una antena, para hacerla resonante, o a un cable para evitar la distorsión de las señales.
  • Variómetro : inductor ajustable que consta de dos bobinas en serie, una bobina estacionaria exterior y una segunda en su interior que se puede girar de forma que sus ejes magnéticos estén en la misma dirección o en direcciones opuestas.
  • 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 deflexión horizontal para televisores y monitores CRT.
  • Reactor saturable : inductor con núcleo de hierro que se utiliza para controlar la alimentación de CA variando la saturación del núcleo mediante un voltaje de control de CC en un devanado auxiliar.
  • Balasto inductivo : inductor utilizado en circuitos de lámparas de descarga de gas , como las lámparas fluorescentes , para limitar la corriente que pasa por la lámpara.

Transformadores

Transformador

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

Maquinas electricas

Las máquinas eléctricas, como los motores y los 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 a través del cual pasa la mayor parte de la potencia de la máquina (la "armadura" ) 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 movimiento relativo lento 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 del sensor de un detector de metales .

Se trata de bobinas que se utilizan para traducir campos magnéticos que varían con el tiempo en señales eléctricas y viceversa. Existen algunos tipos:

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

Tecnología de bobinado

Véase también

Referencias

  1. ^ Stauffer, H. Brooke (2002). Diccionario de bolsillo de términos eléctricos de la NFPA. Jones y Hymel Tucker. pág. 36. ISBN 978-0877655992.
  2. ^ abc Laplante, Phillip A. (1999). Diccionario completo de ingeniería eléctrica. Springer. págs. 114-115. ISBN 978-3540648352.
  3. ^ abcd Arun, P. (2006). Electrónica. Alpha Sciences International Ltd., págs. 73-77. ISBN 978-1842652176.
  4. ^ Amos, 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 & Bartlett Learning, LLC. pág. 273. ISBN 9780877655992. Recuperado el 7 de enero de 2017 .
  6. ^ Amos, SW; Roger Amos (2002). Diccionario Newnes de Electrónica. Newnes. pág. 191. ISBN 978-0080524054.
  7. ^ Laplante, PA (1999). Diccionario completo de ingeniería eléctrica. Springer Berlin Heidelberg. pág. 633. ISBN 9783540648352. Recuperado el 7 de enero de 2017 .
  8. ^ Stauffer, HB (2005). Diccionario de bolsillo de términos eléctricos de la NFPA. Jones & Bartlett Learning, LLC. pág. 29. ISBN 9780877655992. Recuperado el 7 de enero de 2017 .
  9. ^ Amos, SW; Amos, R. (2002). Diccionario Newnes de Electrónica. Elsevier Science. pág. 167. ISBN 9780080524054. Recuperado el 7 de enero de 2017 .
  10. ^ Amos, SW; Amos, R. (2002). Diccionario Newnes de Electrónica. Elsevier Science. pág. 326. ISBN 9780080524054. Recuperado el 7 de enero de 2017 .
  11. ^ Laplante, Phillip A. (1998). Diccionario completo de ingeniería eléctrica. Springer. pág. 143. ISBN 978-3540648352.
  12. ^ Laplante, PA (1999). Diccionario completo de ingeniería eléctrica. Springer Berlin Heidelberg. pág. 346. ISBN 9783540648352. Recuperado el 7 de enero de 2017 .
  13. ^ Laplante, PA (1999). Diccionario completo de ingeniería eléctrica. Springer Berlin Heidelberg. pág. 243. ISBN 9783540648352. Recuperado el 7 de enero de 2017 .
  14. ^ Laplante, PA (1999). Diccionario completo de ingeniería eléctrica. Springer Berlin Heidelberg. pág. 19. ISBN 9783540648352. Recuperado el 7 de enero de 2017 .
  15. ^ Amos, SW; Amos, R. (2002). Diccionario Newnes de Electrónica. Elsevier Science. pág. 113. ISBN 9780080524054. Recuperado 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 blindaje magnético". Sci. Rep . 12 (1): 10520. arXiv : 2110.04498 . Bibcode :2022NatSR..1210520H. doi : 10.1038/s41598-022-13979-4. PMC 9217970. PMID  35732872. S2CID  238583775. 

Lectura adicional

Enlaces externos

Busque bobina  o bobinado en Wikcionario, el diccionario libre.
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