Fuerza magnetomotriz para niños
La fuerza magnetomotriz (FMM), que se representa con el símbolo F, es como el "empuje" que crea un flujo magnético en un circuito magnético. Piensa en ella como la fuerza que hace que las líneas de un campo magnético se muevan y formen un camino cerrado. Es una de las formas en que describimos cómo funciona un campo magnético.
Puedes entender la fuerza magnetomotriz de una manera parecida al voltaje eléctrico en la ley de Ohm. Así como el voltaje impulsa la corriente eléctrica, la FMM impulsa el flujo magnético. Esta idea se explica en la ley de Hopkinson.
La FMM es muy importante en muchos aparatos que usamos a diario. Desde los motores eléctricos y transformadores hasta los relés y equipos médicos, la FMM es clave para que funcionen los sistemas que nos dan energía en casa, en la industria y en la tecnología de la salud.
Contenido
¿Qué es la Fuerza Magnetomotriz (FMM)?
La fuerza magnetomotriz (FMM) es la "energía" o "empuje" que hace que se genere un campo magnético y que las líneas de este campo se muevan a través de un material. Imagina que el flujo magnético es como el agua que corre por unas tuberías. La FMM sería como la bomba que empuja esa agua para que se mueva.
Esta fuerza es fundamental para entender cómo funcionan los electroimánes y otros dispositivos que usan el magnetismo. Cuanto mayor sea la FMM, más fuerte será el campo magnético que se crea.
¿Cómo se crea la FMM?
La FMM se crea generalmente al hacer pasar una corriente eléctrica por una bobina o un solenoide (un cable enrollado muchas veces). Cuantas más vueltas tenga el cable y más corriente pase por él, mayor será la fuerza magnetomotriz que se genere.
La FMM y los Circuitos Magnéticos
Un circuito magnético es el camino que sigue el flujo magnético. Es como un circuito eléctrico, pero en lugar de corriente eléctrica, lo que se mueve es el magnetismo.
Por ejemplo, en un electroimán con forma de anillo, el campo magnético se concentra casi todo dentro del material del anillo. En un motor eléctrico, el campo magnético se encuentra en las partes magnéticas, el rotor y los pequeños espacios entre ellos.
Cada línea de campo magnético forma un camino cerrado. Todas estas líneas juntas forman el flujo magnético total. Si el flujo se divide en diferentes caminos, se llama circuito magnético paralelo. Si todo el flujo sigue un solo camino cerrado, como en un electroimán de anillo, se llama circuito magnético en serie.
La FMM y la Ley de Ohm
Existe una relación similar a la ley de Ohm para describir los circuitos magnéticos. En la ley de Ohm, la corriente (I) es igual al voltaje (V) dividido por la resistencia (R) (I = V/R).
En los circuitos magnéticos:
- El flujo magnético (Φ) es como la corriente eléctrica.
- La fuerza magnetomotriz (FMM o F) es como el voltaje (V), es lo que "impulsa" el flujo.
- La reluctancia magnética (Rm) es como la resistencia eléctrica, es la oposición al paso del flujo magnético.
Así, si aumentas la corriente en una bobina o el número de vueltas de cable, la FMM será mayor. Si el resto del circuito magnético no cambia, el flujo magnético aumentará de forma proporcional.
Historia de la Fuerza Magnetomotriz
El nombre "fuerza magnetomotriz" fue creado por Henry Augustus Rowland en 1880. Él quería que este término fuera similar a "fuerza electromotriz" (que es el voltaje).
La idea de que el magnetismo se comporta de forma parecida a la electricidad ya había sido explorada por científicos como Michael Faraday y James Clerk Maxwell mucho antes. Sin embargo, Rowland fue el primero en usar el término y en explicar una "ley de Ohm para circuitos magnéticos" en 1873.
A veces, esta "ley de Ohm para circuitos magnéticos" se llama ley de Hopkinson, aunque algunos estudios indican que esta atribución es incorrecta y que Rowland fue el primero en formularla.
La Ley de Hopkinson
La fuerza magnetomotriz es la fuente que produce el flujo magnético en un circuito magnético.
La FMM de un circuito magnético se puede calcular usando el flujo magnético (Φ) y la reluctancia magnética (Rm) con la siguiente fórmula:
Esta fórmula es como la ley de Ohm (V = R I). El flujo magnético es directamente proporcional a la FMM que lo crea e inversamente proporcional a la reluctancia del circuito. La reluctancia depende de la longitud del circuito, su área y el tipo de material.
El flujo magnético siempre busca el camino donde encuentra menos reluctancia. Por eso, las líneas de flujo suelen ir por materiales que permiten bien el magnetismo, ya que ofrecen mucha menos reluctancia que el aire.
Generalmente, la FMM se crea usando un solenoide, que es un cable aislado enrollado en forma de espiral.
Fuerza Magnetomotriz en un Solenoide
Para un solenoide largo con un cierto número de vueltas, la FMM se puede calcular con una fórmula más sencilla:
Donde:
- N: es el número de vueltas del cable en la bobina.
- I: es la intensidad de la corriente eléctrica que pasa por el cable, medida en amperios (A).
La unidad de medida de la FMM es el amperio-vuelta, que se abrevia como Av.
La relación entre la fuerza magnetomotriz y el flujo magnético que produce se llama reluctancia y se calcula con la expresión:
Donde:
- Φ: es el Flujo magnético, medido en weber.
: es la Reluctancia del circuito, medida en amperio-vuelta por weber (Av/Weber).
Unidades de Medida de la FMM
La unidad oficial de la fuerza magnetomotriz en el Sistema Internacional (SI) es el amperio, igual que la unidad de corriente. Esto es parecido a cómo la fuerza electromotriz y el voltaje se miden en voltios.
En el Sistema Cegesimal de Unidades (CGS), la unidad de FMM es el gilbert (Gb), nombrada en honor a William Gilbert, un científico inglés. Un gilbert es un poco más pequeño que un amperio.
La relación para convertir entre amperios y gilberts es: Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): \frac {10}{4\pi} (aproximadamente 0,795 774 715 amperios por Gilbert).
Aunque el amperio es la unidad SI, el amperio-vuelta (At) todavía se usa mucho. Esto se debe a que el valor en amperios es el resultado de multiplicar la corriente en una bobina por el número de vueltas de esa bobina.
La Fuerza Magnetomotriz en Dispositivos Cotidianos
La fuerza magnetomotriz (FMM) es un concepto clave en el electromagnetismo. Es la fuerza que impulsa la creación de un campo magnético dentro de un circuito magnético. Se calcula multiplicando la corriente que pasa por una bobina por el número de vueltas de esa bobina. En la práctica, la FMM es vital en muchos aparatos que usamos en casa y en la industria.
Motores Eléctricos
Una de las aplicaciones más comunes de la FMM es en los motores eléctricos. La FMM es esencial para crear los campos magnéticos que interactúan con el rotor (la parte que gira), lo que permite el movimiento. En aparatos como ventiladores, lavadoras y refrigeradores, los motores eléctricos usan la FMM para transformar la energía eléctrica en movimiento. Cuanto más fuerte es la FMM, más potente es el campo magnético y mejor funciona el motor.
Transformadores
En los transformadores, la FMM se usa para crear el flujo magnético que permite que la energía eléctrica pase de una bobina a otra. Esto ocurre por un proceso llamado inducción electromagnética. La FMM determina la fuerza del campo magnético en el centro del transformador, lo que a su vez controla cómo se cambia el voltaje. Los transformadores son muy importantes en los sistemas de distribución de energía, tanto en fábricas como en casas, porque permiten subir o bajar el voltaje para transportar la energía de forma eficiente a largas distancias.
Inductores y Filtros
Los inductores y filtros, que se encuentran en fuentes de alimentación y circuitos electrónicos, usan la FMM para controlar el paso de la corriente y filtrar señales. Estos dispositivos guardan energía en sus campos magnéticos y usan la FMM para regular el voltaje y evitar ruidos eléctricos no deseados en sistemas de comunicación, computadoras y televisores. Los inductores también se usan en circuitos de radiofrecuencia para sintonizar señales y en la electrónica de potencia para convertir energía.
Relés Electromagnéticos
Otra aplicación importante de la FMM es en los relés electromagnéticos. Estos aparatos usan la FMM para abrir y cerrar contactos eléctricos cuando detectan una corriente. Los relés se usan mucho en la automatización, las telecomunicaciones y los sistemas de seguridad. Por ejemplo, en los automóviles, los relés controlan las luces, las ventanas y otras funciones eléctricas. En la industria, controlan el funcionamiento de máquinas grandes.
Equipos Médicos
En las máquinas de imágenes por resonancia magnética (IRM), la FMM se usa para generar los campos magnéticos muy fuertes que se necesitan para ver los tejidos del cuerpo humano. La FMM, junto con otros principios del electromagnetismo, ayuda a crear imágenes de alta calidad para los diagnósticos médicos.
Véase también
En inglés: Magnetomotive force Facts for Kids
- Fuerza electromotriz
- Electrodinámica
- Fuerza contra-electromotriz
- Inducción magnética
- Campo magnético
- Flujo magnético
- Circuito magnético
- Electroestática
- Potencial escalar magnético
