Los dispositivos electromecánicos son los que combinan partes eléctricas y mecánicas para conformar su mecanismo. Ejemplos de estos dispositivos son los motores eléctricos y los dispositivos mecánicos movidos por estos, así como las ya obsoletas calculadoras mecánicas y máquinas de sumar; los relés; las válvulas a solenoide; y las diversas clases de interruptores y llaves de selección eléctricas.
2.- HISTORIA
Al inicio, los "repetidores" surgieron con la telegrafía y eran
dispositivos electromecánicos usados para regenerar señales
telegráficas. El conmutador telefónico de barras cruzadas es un dispositivo electromecánico para llamadas de conmutación telefónica. Inicialmente fueron ampliamente instalados en los años 1950s en Estados Unidos e Inglaterra, y luego se expandieron rápidamente al resto del mundo. Reemplazaron a los diseños anteriores, como el conmutador Strowger, en grandes instalaciones. Nikola Tesla, uno de los más grandes ingenieros de la historia, fue el precursor del campo de la electromecánica.
Paul Nipkow propuso y patentó el primer sistema electromecánico de televisión en 1885. Las máquinas de escribir eléctricas
se desarrollaron hasta los años 80 como "máquinas de escribir asistidas
por energía". Estas máquinas contenían un único componente eléctrico,
el motor. Mientras que antiguamente la pulsación de una tecla movía
directamente una palanca de metal con el tipo deseado, con estas
máquinas eléctricas las teclas enganchaban diversos engranajes
mecánicos que dirigían la energía mecánica desde el motor a las
palancas de escritura. Esto mismo ocurría con la posteriormente
desarrollada IBM Selectric. En los años 40 se desarrolló en los
Laboratorios Bell la computadora Bell Model V. Se trataba de un gran
aparato electromecánico basados en relés con tiempos de ciclo del orden
de segundos. En 1968 la compañía estadounidense Garrett Systems
fue invitada a producir una computadora digital para competir con los
sistemas electromecánicos que se estaban desarrollando entonces para la
computadora principal de control de vuelo del nuevo avión de combate F-14 Tomcat de la Marina americana.
3.- SITUACIÓN ACTUAL
No obstante, muchos aparatos comunes que antiguamente hubiesen empleado
dispositivos electromecánicos para su control emplean hoy en día, de
una forma más barata y efectiva, un circuito integrado
estándar (con unos pocos millones de transistores) para el cual se
escribe un programa informático que lleva a cabo la misma tarea de
control a través de la lógica. Los transistores han reemplazado
prácticamente a todos los dispositivos
electromecánicos, se utilizan en la mayoría de sistemas de control
realimentados y aparecen en grandes cantidades en todos los aparatos
eléctrónicos, desde los semáforos hasta las lavadoras.
La palabra mecánica tiene su origen en el latín “mechanica” y
significa el arte de fabricar maquinarias. Según a qué maquinarias se
refiera exista una mecánica del automotor, una mecánica industrial,
etcétera.
La mecánica es una rama de la ciencia Física cuyo objeto es el movimiento
de los cuerpos y sistemas, a causa de fuerzas que se ejercen sobre
ellos, usando para ello el método deductivo matemático, como modo de
aventurar fenómenos físicos, siendo por ello una ciencia aplicada sobre
todo en el ámbito de la ingeniería.
Se distinguen en la Mecánica tres campos: la que se ocupa de los cuerpos rígidos, que comprende la estática (que trata de los cuerpos en estado de reposo) y la dinámica
(estudia los cuerpos en movimiento); la de cuerpos deformables y la
mecánica de los fluidos, que es a su vez una rama de la mecánica de
medios continuos, siendo un medio continuo una parte
de materia constituida por partículas de número infinito, que van a ser
tomadas para su estudio de modo macroscópico, o sea considerando sus funciones continuas, y sin tomar en cuenta las discontinuidades de sus partículas.
La mecánica cuántica se ocupa de la actuación de la materia y la energía, sirviendo para el conocimiento de átomos y en otras ciencias, como la química y la criptografía.
También se aplica el concepto
de mecánica para referirse a aquellas actividades manuales, que se
realizan en forma idéntica y rutinaria sin razonamiento, haciendo una
comparación con el trabajo que efectúa una máquina.
La historia de la electricidad como rama de la física comenzó con
observaciones aisladas y simples especulaciones o intuiciones médicas,
como el uso de peces eléctricos en enfermedades como la gota y el dolor
de cabeza, u objetos arqueológicos de interpretación discutible (la batería de Bagdad). Tales de Mileto
fue el primero en observar los fenómenos eléctricos cuando, al frotar
una barra de ámbar con un paño, notó que la barra podía atraer objetos
livianos.
Mientras la electricidad era todavía considerada poco más que un
espectáculo de salón, las primeras aproximaciones científicas al
fenómeno fueron hechas en los siglos XVII y XVIII por investigadores
sistemáticos como Gilbert, von Guericke, Henry Cavendish, Du Fay, van Musschenbroek y Watson. Estas observaciones empiezan a dar sus frutos con Galvani, Volta, Coulomb y Franklin, y, ya a comienzos del siglo XIX, con Ampère, Faraday y Ohm.
No obstante, el desarrollo de una teoría que unificara la electricidad
con el magnetismo como dos manifestaciones de un mismo fenómeno no se
alcanzó hasta la formulación de las ecuaciones de Maxwell (1861-1865).
Los desarrollos tecnológicos que produjeron la primera revolución industrial no hicieron uso de la electricidad. Su primera aplicación práctica generalizada fue el telégrafo eléctrico de Samuel Morse (1833), que revolucionó las telecomunicaciones.
La generación masiva de electricidad comenzó cuando, a fines del siglo
XIX, se extendió la iluminación eléctrica de las calles y las casas. La
creciente sucesión de aplicaciones que esta disponibilidad produjo hizo
de la electricidad una de las principales fuerzas motrices de la segunda revolución industrial. Más que de grandes teóricos, como Lord Kelvin, fue éste el momento de grandes inventores como Gramme, Westinghouse, von Siemens y Alexander Graham Bell. Entre ellos destacaron Nikola Tesla y Thomas Alva Edison, cuya revolucionaria manera de entender la relación entre investigación y mercado capitalista
convirtió la innovación tecnológica en una actividad industrial. Tesla,
un inventor serbio-americano, descubrió el principio del campo
magnético rotatorio en 1882, que es la base de la maquinaria de
corriente alterna. También inventó el sistema de motores y generadores
de corriente alterna polifásica que da energía a la sociedad moderna.
El alumbrado artificial modificó la duración y distribución horaria de las actividades individuales y sociales, de los procesos industriales, del transporte y de las telecomunicaciones. Lenin definió el socialismo como la suma de la electrificación y el poder de los soviets. La sociedad de consumo que se creó en los países capitalistas dependió (y depende) en gran medida del uso doméstico de la electricidad.
El desarrollo de la mecánica cuántica
durante la primera mitad del siglo XX sentó las bases para la
comprensión del comportamiento de los electrones en los diferentes
materiales. Estos saberes, combinados con las tecnologías desarrolladas
para las transmisiones de radio, permitieron el desarrollo de la electrónica, que alcanzaría su auge con la invención del transistor. El perfeccionamiento, la miniaturización, el aumento de velocidad y la disminución de costo de las computadoras durante la segunda mitad del siglo XX fue posible gracias al buen conocimiento de las propiedades eléctricas de los materiales semiconductores. Esto fue esencial para la conformación de la sociedad de la información de la tercera revolución industrial, comparable en importancia con la generalización del uso de los automóviles.
Los problemas de almacenamiento de electricidad, su transporte a
largas distancias y la autonomía de los aparatos móviles alimentados
por electricidad todavía no han sido resueltos de forma eficiente.
Asimismo, la multiplicación de todo tipo de aplicaciones prácticas de
la electricidad ha sido —junto con la proliferación de los motores
alimentados con destilados del petróleo— uno de los factores de la crisis energética de comienzos del siglo XXI. Esto ha planteado la necesidad de nuevas fuentes de energía, especialmente las renovables.
2.- ELECTROSTÁTICA Y ELECTROMAGNETISMO
La electrostática es la rama de la física que estudia los fenómenos
resultantes de la distribución de cargas eléctricas en reposo, esto es,
del campo electrostático.Los fenómenos electrostáticos son conocidos desde la antigüedad. Los
griegos del siglo V a. C. ya sabían que al frotar ciertos objetos estos
adquirían la propiedad de atraer cuerpos livianos. En 1785 el físico
francés Charles Coulomb publicó un tratado donde cuantificaba las
fuerzas de atracción y repulsión de cargas eléctricas estáticas y
describía, por primera vez, cómo medirlas usando una balanza de
torsión. Esta ley se conoce en su honor con el nombre de ley de Coulomb.
Durante el siglo XIX se generalizaron las ideas de Coulomb, se introdujo el concepto de campo eléctrico y potencial eléctrico, y se formuló la ecuación de Laplace,
que determina el potencial eléctrico en el caso electrostático. Se
produjeron también avances significativos en la electrodinámica, que
estudia los fenómenos eléctricos producidos por cargas en movimiento.
En estos fenómenos aparecen asimismo campos magnéticos, que pueden ser
ignorados en el caso de circuitos con corriente eléctrica estacionaria, pero deben ser tomados en cuenta en el caso de circuitos de corriente alterna.
Finalmente, en 1864 el físico escocés James Clerk Maxwell unificó las leyes de la electricidad y del magnetismo en un sistema de cuatro ecuaciones en derivadas parciales conocidas como ecuaciones de Maxwell.
Con ellas se desarrolló el estudio de los fenómenos eléctricos y
magnéticos, mostrando que ambos tipos son manifestaciones del único
fenómeno del electromagnetismo, que incluía también a las ondas electromagnéticas.
3.- ELECTROMAGNETISMO
Se denomina electromagnetismo a la teoría física que unifica
los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos
fundamentos son obra de Faraday, pero fueron formulados por primera vez
de modo completo por Maxwell. La formulación consiste en cuatro
ecuaciones diferenciales vectoriales, conocidas como ecuaciones de Maxwell, que relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales: densidad de carga eléctrica, corriente eléctrica, desplazamiento eléctrico y corriente de desplazamiento.
A principios del siglo XIX Ørsted encontró evidencia empírica de que los fenómenos magnéticos y eléctricos estaban relacionados. A partir de esa base Maxwell unificó en 1861 los trabajos de físicos como Ampère, Sturgeon, Henry, Ohm y Faraday, en un conjunto de ecuaciones que describían ambos fenómenos como uno solo, el fenómeno electromagnético.
Se trata de una teoría de campos; las explicaciones y predicciones que provee se basan en magnitudes físicas vectoriales
y son dependientes de la posición en el espacio y del tiempo. El
electromagnetismo describe los fenómenos físicos macroscópicos en los
que intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, usando
para ello campos eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre la
materia. Para la descripción de fenómenos a nivel molecular, atómico o
corpuscular, es necesario emplear las expresiones clásicas de la
energía electromagnética conjuntamente con las de la mecánica cuántica.
Las ecuaciones de Maxwell describen los campos eléctricos y
magnéticos como manifestaciones de un solo campo electromagnético.
Además, explican la naturaleza ondulatoria de la luz como parte de una onda electromagnética.Al contar con una teoría unificada consistente que describiera estos
dos fenómenos antes separados, se pudieron realizar varios experimentos
novedosos e inventos muy útiles, como el generador de corriente alterna
inventado por Tesla. El éxito predictivo de la teoría de Maxwell y la búsqueda de una interpretación coherente con el experimento de Michelson y Morley llevó a Einstein a formular la teoría de la relatividad, que se apoyaba en algunos resultados previos de Lorentz y Poincaré.
Esta unificación es fundamental para describir las relaciones que
existen entre los campos eléctricos variables que se utilizan en la
vida diaria —como la corriente alterna utilizada en las redes
eléctricas domésticas— y los campos magnéticos que inducen. Entre otras
aplicaciones técnicas, se utiliza para el cálculo de antenas de
telecomunicaciones y de circuitos eléctricos o electrónicos en los que
hay campos eléctricos y magnéticos variables que se generan mutuamente.
4.- CORRIENTE ELÉCTRICA
Se denomina corriente eléctrica al flujo de carga eléctrica a través de un material sometido a una diferencia de potencial.
Históricamente, se definió como un flujo de cargas positivas y se fijó
el sentido convencional de circulación de la corriente como un flujo de
cargas desde el polo positivo al negativo. Sin embargo, posteriormente
se observó, gracias al efecto Hall,
que en los metales los portadores de carga son electrones, con carga
negativa, y se desplazan en sentido contrario al convencional.
A partir de la corriente eléctrica se definen dos magnitudes: la
intensidad y la densidad de corriente. El valor de la intensidad de
corriente que atraviesa un circuito es determinante para calcular la
sección de los elementos conductores del mismo.
La intensidad de corriente (I) en una sección dada de un conductor (s) se define como la carga eléctrica (Q) que atraviesa la sección en una unidad de tiempo (t):
. Si la intensidad de corriente es constante, entonces
La densidad de corriente (j) es la intensidad de corriente que atraviesa una sección por unidad de superficie de la sección (S).
Corriente continua
Se denomina corriente continua (CC en español, en inglés DC, de Direct Current)
al flujo de cargas eléctricas que no cambia de sentido con el tiempo.
La corriente eléctrica a través de un material se establece entre dos
puntos de distinto potencial. Cuando hay corriente continua, los
terminales de mayor y menor potencial no se intercambian entre sí. Es
errónea la identificación de la corriente continua con la corriente
constante (ninguna lo es, ni siquiera la suministrada por una batería).
Es continua toda corriente cuyo sentido de circulación es siempre el
mismo, independientemente de su valor absoluto.
Su descubrimiento se remonta a la invención de la primera pila voltaica por parte del conde y científico italiano Alessandro Volta.
No fue hasta los trabajos de Edison sobre la generación de
electricidad, en las postrimerías del siglo XIX, cuando la corriente
continua comenzó a emplearse para la transmisión de la energía
eléctrica. Ya en el siglo XX este uso decayó en favor de la corriente
alterna, que presenta menores pérdidas en la transmisión a largas
distancias, si bien se conserva en la conexión de redes eléctricas de
diferentes frecuencias y en la transmisión a través de cables
submarinos.
Desde 2008 se está extendiendo el uso de generadores de corriente continua a partir de células fotoeléctricas que permiten aprovechar la energía solar.
Cuando es necesario disponer de corriente continua para el
funcionamiento de aparatos electrónicos, se puede transformar la
corriente alterna de la red de suministro eléctrico mediante un
proceso, denominado rectificación, que se realiza con unos dispositivos
llamados rectificadores, basados en el empleo de diodos semiconductores o tiristores (antiguamente, también de tubos de vacío).
Corriente alterna
Se denomina corriente alterna (simbolizada CA en español y AC en inglés, de Alternating Current)
a la corriente eléctrica en la que la magnitud y dirección varían
cíclicamente. La forma de onda de la corriente alterna más comúnmente
utilizada es la de una onda sinoidal. En el uso coloquial, "corriente alterna" se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las empresas.
El sistema usado hoy en día fue ideado fundamentalmente por Nikola Tesla, y la distribución de la corriente alterna fue comercializada por George Westinghouse. Otros que contribuyeron al desarrollo y mejora de este sistema fueron Lucien Gaulard, John Gibbs y Oliver Shallenger
entre los años 1881 y 1889. La corriente alterna superó las
limitaciones que aparecían al emplear la corriente continua (CC), la
cual constituye un sistema ineficiente para la distribución de energía
a gran escala debido a problemas en la transmisión de potencia.
La razón del amplio uso de la corriente alterna, que minimiza los
problemas de trasmisión de potencia, viene determinada por su facilidad
de transformación, cualidad de la que carece la corriente continua. La energía eléctrica trasmitida viene dada por el producto de la tensión, la intensidad
y el tiempo. Dado que la sección de los conductores de las líneas de
transporte de energía eléctrica depende de la intensidad, se puede,
mediante un transformador, modificar el voltaje hasta altos valores (alta tensión),
disminuyendo en igual proporción la intensidad de corriente. Esto
permite que los conductores sean de menor sección y, por tanto, de
menor costo; además, minimiza las pérdidas por efecto Joule,
que dependen del cuadrado de la intensidad. Una vez en el punto de
consumo o en sus cercanías, el voltaje puede ser de nuevo reducido para
permitir su uso industrial o doméstico de forma cómoda y segura.
Las frecuencias empleadas en las redes de distribución son 50 y 60 Hz. El valor depende del país.
4.- FENÓMENOS TERMOELÉCTRICOS
Se denominan fenómenos termoeléctricos o termoelectricidad a tres fenómenos relacionados entre sí por las relaciones de Thomson, descubiertas por lord Kelvin: el efecto Seebeck, el efecto Peltier y el calor de Thomson.
Cuando dos metales distintos a temperaturas diferentes se ponen en
contacto formando una unión bimetálica, entre ambos lados de la unión
se genera una fuerza electromotriz. Este fenómeno se denomina efecto
Seebeck y es la base del funcionamiento de los termopares, un tipo de termómetro usado en el control del flujo de gas en dispositivos domésticos como cocinas, calefactores y calentadores de agua corriente.
Cuando se hace circular una corriente a través de una unión
bimetálica, para mantener constante la temperatura de la unión hay que
entregar o extraer calor, según sea el sentido de circulación. Este
fenómeno, llamado efecto Peltier, tiene aplicación práctica en dispositivos de refrigeración pequeños, teniendo la ventaja, a diferencia de los refrigeradores basados en la compresión y descompresión de gases, de no tener partes móviles que se desgasten.
Es menos conocido el fenómeno denominado calor de Thomson,
descubierto por lord Kelvin. Cuando fluye una corriente a través de un
conductor homogéneo de sección transversal constante donde se ha
establecido un gradiente de temperatura, para mantener invariable la
distribución de temperatura hay que entregar o extraer calor del
conductor.
La
electrónica es el campo de la ingeniería y de la física aplicada
relativo al diseño
y aplicación de dispositivos, por lo general circuitos
electrónicos, cuyo funcionamiento depende del flujo de
electrones para la generación, transmisión,
recepción, almacenamiento de
información, entre otros. Esta información puede consistir en voz o
música
como en un receptor de radio, en una imagen en una pantalla de
televisión, o en números u otros datos en un ordenador o computadora.
Los circuitos
electrónicos ofrecen diferentes funciones para
procesar esta información, incluyendo la
amplificación de señales débiles hasta un
nivel que se pueda utilizar; el generar ondas de radio; la
extracción de información, como por ejemplo la
recuperación de la señal de sonido de una
onda de radio (demodulación); el control, como en
el caso de introducir una señal de sonido a ondas de radio
(modulación), y operaciones
lógicas, como los procesos
electrónicos que tienen lugar en las computadoras.
2. ANTECEDENTE HISTÓRICO
La introducción de los tubos de vacío a
comienzos del siglo XX propició el rápido
crecimiento de la electrónica moderna. Con estos
dispositivos se hizo posible la manipulación de
señales, algo que no podía realizarse en los
antiguos circuitos telegráficos y telefónicos, ni
con los primeros transmisores que utilizaban chispas de alta
tensión para generar ondas de radio. Por ejemplo, con los
tubos de vacío pudieron amplificarse las señales de
radio y de sonido débiles, y además podían
superponerse señales de sonido a las ondas de radio. El
desarrollo de
una amplia variedad de tubos, diseñados para funciones
especializadas, posibilitó el rápido avance de la
tecnología
de comunicación radial antes de la
II Guerra Mundial, y
el desarrollo de
las primeras computadoras,
durante la guerra y poco
después de ella.
Hoy día, el transistor,
inventado en 1948, ha reemplazado casi completamente al tubo de
vacío en la mayoría de sus aplicaciones. Al
incorporar un conjunto de materiales
semiconductores y contactos eléctricos, el
transistor
permite las mismas funciones que el tubo de vacío, pero
con un coste, peso y potencia
más bajos, y una mayor fiabilidad. Los progresos
subsiguientes en la tecnología de
semiconductores, atribuible en parte a la
intensidad de las investigaciones
asociadas con la iniciativa de exploración del espacio,
llevó al desarrollo, en la década de 1970, del
circuito integrado. Estos dispositivos pueden contener centenares
de miles de transistores en
un pequeño trozo de material, permitiendo la construcción de circuitos
electrónicos complejos, como los de los microordenadores o
microcomputadoras, equipos de sonido y vídeo, y satélites
de comunicaciones.
3. COMPONENTES ELECTRÓNICOS
Los circuitos electrónicos constan de componentes
electrónicos interconectados. Estos ponentes se clasifican
en dos categorías: activos o
pasivos. Entre los pasivos se incluyen las resistencias,
los condensadores
y las bobinas. Los considerados activos incluyen
las baterías (o pilas), los
generadores, los tubos de vacío y los transistores.
Tubos de vacío
Un tubo de vacío consiste en una cápsula
de vidrio de la que
se ha extraído el aire, y que lleva
en su interior varios electrodos metálicos. Un tubo
sencillo de dos elementos (diodo) está formado por un
cátodo y un ánodo, este último conectado al
terminal positivo de una fuente de alimentación. El
cátodo (un pequeño tubo metálico que se
calienta mediante un filamento) libera electrones que migran
hacia él (un cilindro metálico en torno al
cátodo, también llamado placa). Si se aplica una
tensión alterna al ánodo, los electrones
sólo fluirán hacia el ánodo durante el
semiciclo positivo; durante el ciclo negativo de la
tensión alterna, el ánodo repele los electrones,
impidiendo que cualquier corriente pase a través del tubo.
Los diodos conectados
de tal manera que sólo permiten los semiciclos positivos
de una corriente alterna
(CA) se denominan tubos rectificadores y se emplean en la
conversión de corriente alterna
a corriente continua (CC) .Al insertar una rejilla, formada por
un hilo metálico en espiral, entre el cátodo y el
ánodo, y aplicando una tensión negativa a dicha
rejilla, es posible controlar el flujo de electrones. Si la
rejilla es negativa, los repele y sólo una pequeña
fracción de los electrones emitidos por el cátodo
pueden llegar al ánodo. Este tipo de tubo, denominado
triodo, puede utilizarse como amplificador. Las pequeñas
variaciones de la tensión que se producen en la rejilla,
como las generadas por una señal de radio o de sonido,
pueden provocar grandes variaciones en el flujo de electrones
desde el cátodo hacia el ánodo y, en consecuencia,
en el sistema de
circuitos conectado al ánodo.
Transistores
Los transistores se componen de semiconductores. Se
trata de materiales,
como el silicio o el germanio, dopados (s decir, se les han
incrustado pequeñas cantidades de materias extrañas
con reacciones químicas), de manera que se produce una
abundancia o unacarencia de electrones libres. En el primer caso,
se dice que el semiconductor es del tipo n, y en el segundo que
es del tipo p. Combinando materiales del tipo n y del tipo p
puede producirse un diodo. Cuando éste se conecta a una
batería de manera tal que el material tipo p es positivo y
el material tipo n es negativo, los electrones son repelidos
desde el terminal negativo de la batería y pasan, sin
ningún obstáculo, a la región p, que carece
de electrones. Con la batería invertida, los electrones
que llegan al material p pueden pasar sólo con muchas
dificultades hacia el material n, que ya está lleno de
electrones libres, en cuyo caso la corriente es casi
cero.
El transistor bipolar fue inventado en 1948 para
sustituir al tubo de vacío triodo. Está formado por
tres capas de material dopado, que forman dos uniones pn
(bipolares) con configuraciones pnp o npn. Una unión
está conectada a la batería para permitir el flujo
de corriente (polarización negativa frontal, o
polarización directa), y la otra está conectada a
una batería en sentido contrario (polarización
inversa). Si se varía la corriente en la unión de
polarización directa mediante la adición de una
señal, la corriente de la unión de
polarización inversa del transistor variará en
consecuencia. El principio puede utilizarse para construir
amplificadores en los que una pequeña señal
aplicada a la unión de polarización directa
provocará un gran cambio en la
corriente de la unión de polarización
inversa.
Otro tipo de transistor es el de efecto de campo (FET,
acrónimo inglés
de Field-Effect Transistor), que funciona sobre la base del
principio de repulsión o de atracción de cargas
debido a la superposición de un campo eléctrico. La
amplificación de la corriente se consigue de manera
similar al empleado en el control de
rejilla de un tubo de vacío. Los transistores de efecto de
campo funcionan de forma más eficaz que los bipolares, ya
que es posible controlar una señal grande con una cantidad
de energía muy pequeña.
Circuitos integrados
La mayoría de los circuitos
integrados son pequeños trozos, o chips, de silicio,
de entre 2 y 4 mm2, sobre los que se fabrican los transistores.
La fotolitografía permite al diseñador crear
centenares de miles de transistores en un solo chip situando de
forma adecuada las numerosas regiones tipo n y p. Durante la
fabricación, estas regiones son interconectadas mediante
conductores minúsculos, a fin de producir circuitos
especializados complejos. Estos circuitos
integrados son llamados monolíticos por estar
fabricados sobre un único cristal de silicio. Los chips
requieren mucho menos espacio y potencia, y su
fabricación es más barata que la de un circuito
equivalente compuesto por transistores individuales.
Resistencias
Al conectar una batería a un material conductor,
una determinada cantidad de corriente fluirá a
través de dicho material. Esta corriente depende de la
tensión de la batería, de las dimensiones de la
muestra y de
la conductividad del propio material. Las resistencia se
emplean para controlar la corriente en los circuitos
electrónicos. Se elaboran con mezclas de
carbono,
láminas metálicas o hilo de resistencia, y
disponen de dos cables de conexión. A las resistencias
variables se
le llaman reóstatos o potenciometros, con un brazo de
contacto deslizante y ajustable, suelen utilizarse para controlar
el volumen de radios
y televisiones.
Condensadores
Los condensadores
están formados por dos placas metálicas separadas
por un material aislante. Si se conecta una batería a ambas placas,
durante un breve tiempo
fluirá una corriente eléctrica que se
acumulará en cada una de ellas. Si se desconecta la
batería, el condensador conserva la carga y la
tensión asociada a la misma. Las tensiones
rápidamente cambiantes, como las provocadas por una
señal de sonido o de radio, generan mayores flujos de
corriente hacia y desde las placas; entonces, el condensador
actúa como conductor de la corriente alterna. Este efecto
puede utilizarse, por ejemplo, para separar una señal de
sonido o de radio de una corriente continua, a fin de conectar la
salida de una fase de amplificación a la entrada de la
siguiente.
Bobinas
Las bobinas (también llamadas inductores)
consisten en un hilo conductor enrollado. Al pasar una corriente
a través de la bobina, alrededor de la misma se crea un
campo magnético que tiende a oponerse a los cambios
bruscos de la intensidad de la corriente. Al igual que un
condensador, una bobina puede utilizarse para diferenciar entre
señales rápida y lentamente cambiantes (altas y
bajas frecuencias). Al utilizar una bobina conjuntamente con un
condensador, la tensión de la bobina alcanza un valor
máximo a una frecuencia específica que depende de
la capacitancia y de la inductancia. Este principio se emplea en
los receptores de radio al seleccionar una frecuencia
específica mediante un condensador variable.
Dispositivos de detección y
transductores
La medición de magnitudes mecánicas,
térmicas, eléctricas y químicas se realiza
empleando dispositivos denominados sensores y
transductores. El sensor es sensible a los cambios de la magnitud
a medir, como una temperatura,
una posición o una concentración química. El
transductor convierte estas mediciones en señales
eléctricas, que pueden alimentar a instrumentos de
lectura,
registro o
control de las magnitudes medidas. Los sensores y
transductores pueden funcionar en ubicaciones alejadas del
observador, así como en entornos inadecuados o
impracticables para los seres humanos.
Algunos dispositivos actúan de forma
simultánea como sensor y transductor. Un termopar consta
de dos uniones de diferentes metales que generan una
pequeña tensión que depende del diferencial
término entre las uniones. El termistor es una resistencia
especial, cuyo valor de
resistencia varía según la temperatura.
Un reóstato variable puede convertir el movimiento
mecánico en señal eléctrica. Para medir
distancias se emplean condensadores de diseño
especial, y para detectar la luz se utilizan
fotocélulas. Para medir velocidades, aceleración o
flujos de líquidos se recurre a otro tipo de dispositivos.
En la mayoría de los casos, la señal
eléctrica es débil y debe ser amplificada por un
circuito electrónico.
4.CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DE USO FRECUENTE
Circuitos de alimentación
eléctrica (Fuentes)
La mayoría de los equipos electrónicos
requieren tensiones de CC para su funcionamiento. Estas tensiones
pueden ser suministradas por baterías o por fuentes de
alimentación internas que convierten la corriente alterna,
que puede obtenerse de la red eléctrica que
llega a cada vivienda, en tensiones reguladas de CC. El primer
elemento de una fuente de alimentación de CC interna es el
transformador, que eleva o disminuye la tensión de entrada
a un nivel adecuado para el funcionamiento del equipo. La
función secundaria del transformador es servir como
aislamiento de masa (conexión a tierra)
eléctrica del dispositivo a fin de reducir posibles
peligros de electrocución. A continuación del
transformador se sitúa un rectificador, que suele ser un
diodo. En el pasado se utilizaban diodos de
vacío y una amplia variedad de diferentes materiales
(cristales de germanio o sulfato de cadmio) en los rectificadores
de baja potencia empleados en los equipos electrónicos. En
la actualidad se emplean casi exclusivamente rectificadores de
silicio debido a su bajo coste y alta fiabilidad.
Las fluctuaciones y ondulaciones superpuestas a la
tensión de CC rectificada (percibidas como un zumbido en
los amplificadores de sonido defectuosos) pueden filtrarse
mediante un condensador. Cuanto más grande sea el
condensador, menor será el nivel de fluctuación de
la tensión. Es posible alcanzar un control más
exacto sobre los niveles y fluctuaciones de tensión
mediante un regulador de tensión, que también
consigue que las tensiones internas sean independientes de las
fluctuaciones que puedan encontrarse en un artefacto
eléctrico. Un sencillo regulador de tensión que se
utiliza a menudo es el diodo de Zener, formado por un diodo de
unión pn de estado
sólido que actúa como aislante hasta una
tensión predeterminada. Por encima de dicha
tensión, se convierte en un conductor que deriva los
excesos de tensión. Por lo general, los reguladores de
tensión más sofisticados se construyen como
circuitos integrados.
Circuitos amplificadores
Los amplificadores electrónicos se utilizan sobre
todo para aumentar la tensión, la corriente o la potencia
de una señal. Los amplificadores lineales incrementan la
señal sin distorsionarla (o distorsionándola
mínimamente), de manera que la salida es proporcional a la
entrada. Los amplificadores no lineales permiten generar un
cambio
considerable en la forma de onda de la señal. Los
amplificadores lineales se utilizan para señales de sonido
y vídeo, mientras que los no lineales se emplean en
osciladores, dispositivos electrónicos de
alimentación, moduladores, mezcladores, circuitos
lógicos y demás aplicaciones en las que se requiere
una reducción de la amplitud. Aunque los tubos de
vacío tuvieron gran importancia en los amplificadores, hoy
día suelen utilizarse circuitos de transistores discretos
o circuitos integrados.
5. AMPLIFICADORES DE SONIDO
Los amplificadores de sonido, de uso común en
radios, televisiones y grabadoras de cintas, suelen funcionar a
frecuencias entre 2 y 20 kiloherz (1 kHz = 1.000 ciclos por
segundo). Amplifican la señal eléctrica que, a
continuación, se convierte en sonido con un altavoz. Los
amplificadores operativos, incorporados en circuitos integrados y
formados por amplificadores lineales multifásicos
acoplados a la corriente continua, son muy populares como
amplificadores de sonido.
Amplificadores de vídeo
Los amplificadores de vídeo se utilizan
principalmente para señales con un rango de frecuencias de
hasta 6 megaherz (1 MHz = 1 millón de ciclos por segundo).
La señal generada por el amplificador se convierte en la
información visual por ejemplo la que aparece en la
pantalla de televisión, y la amplitud de señal
regula el brillo de los puntos que forman la imagen. Para
realizar esta función, un amplificador de vídeo
debe funcionar en una banda ancha y
amplificar de igual manera todas las señales, con baja
distorsión.
Amplificadores de radiofrecuencia
Estos amplificadores aumentan el nivel de señal
de los sistemas de
comunicaciones
de radio o televisión. Por lo general, sus
frecuencias van desde 100 kHz hasta 1 gigaherz (1 GHz = 1.000
millones de ciclos por segundo), y pueden llegar incluso al rango
de frecuencias de microondas.
Osciladores
Los osciladores constan de un amplificador y de
algún tipo de realimentación: la señal de
salida se reconduce a la entrada del amplificador. Los elementos
determinantes de la frecuencia pueden ser un circuito de
inductancia-capacitancia sintonizado o un cristal vibrador. Los
osciladores controlados por cristal ofrecen mayor
precisión y estabilidad. Los osciladores se emplean para
producir señales de sonido y de radio en una amplia
variedad de usos. Por ejemplo, los osciladores sencillos de
radiofrecuencia se emplean en los modernos teléfonos de
teclas para transmitir datos a la
estación telefónica central al marcar un
número. Los tonos de sonido generados por los osciladores
también pueden encontrarse en relojes despertadores,
radios, instrumentos electrónicos, computadoras y sistemas de
alarma. Los osciladores de alta frecuencia se emplean en equipos
de comunicaciones para controlar las funciones de
sintonización y detección de señales. Las
emisoras de radio y de televisión utilizan osciladores de
alta frecuencia y de gran precisión para generar las
frecuencias de transmisión.
6. CIRCUITOS LÓGICOS
Los circuitos de conmutación y
temporización, o circuitos lógicos, forman la base
de cualquier dispositivo en el que se tengan que seleccionar o
combinar señales de manera controlada. Entre los campos de
aplicación de estos tipos de circuitos pueden mencionarse
la conmutación telefónica, las transmisiones por
satélite y el funcionamiento de las computadoras
digitales.
La lógica
digital es un proceso
racional para adoptar sencillas decisiones de 'verdadero' o
'falso' basadas en las reglas del álgebra de
Boole. El estado
verdadero se representado por un 1, y falso por un 0, y en los
circuitos lógicos estos numerales aparecen como
señales de dos tensiones diferentes. Los circuitos
lógicos se utilizan para adoptar decisiones
específicas de 'verdadero-falso' sobre la base de la
presencia de múltiples señales 'verdadero-falso' en
las entradas. Las señales se pueden generar por
conmutadores mecánicos o por transductores de estado
sólido. La señal de entrada, una vez aceptada y
acondicionada (para eliminar las señales eléctricas
indeseadas, o ruidos), es procesada por los circuitos
lógicos digitales. Las diversas familias de dispositivos
lógicos digitales, por lo general circuitos integrados,
ejecutan una variedad de funciones lógicas a través
de las llamadas puertas lógicas, como las puertas OR, AND
y NOT y combinaciones de las mismas (como 'NOR', que incluye a OR
y a NOT). Otra familia lógica
muy utilizada es la lógica transistor-transistor.
También se emplea la lógica de semiconductor
complementario de óxido metálico, que ejecuta
funciones similares a niveles de potencia muy bajos pero a
velocidades de funcionamiento ligeramente inferiores. Existen
también muchas otras variedades de circuitos
lógicos, incluyendo la hoy obsoleta lógica
reóstato-transistor y la lógica de acoplamiento por
emisor, utilizada para sistemas de muy altas
velocidades.
Los bloques elementales de un dispositivo lógico
se denominan puertas lógicas digitales. Una puerta Y (AND)
tiene dos o más entradas y una única salida. La
salida de una puerta Y es verdadera sólo si todas las
entradas son verdaderas. Una puerta O (OR) tiene dos o más
entradas y una sola salida. La salida de una puerta O es
verdadera si cualquiera de las entradas es verdadera, y es falsa
si todas las entradas son falsas. Una puerta INVERSORA (INVERTER)
tiene una única entrada y una única salida, y puede
convertir una señal verdadera en falsa, efectuando de esta
manera la función negación (NOT). A partir de las
puertas elementales pueden construirse circuitos lógicos
más complicados, entre los que pueden mencionarse los
circuitos biestables (también llamados flip-flops, que son
interruptores binarios), contadores, comparadores, sumadores y
combinaciones más complejas.
En general, para ejecutar una determinada función
es necesario conectar grandes cantidades de elementos
lógicos en circuitos complejos. En algunos casos se
utilizan microprocesadores
para efectuar muchas de las funciones de conmutación y
temporización de los elementos lógicos
individuales. Los procesadores
están específicamente programados con instrucciones
individuales para ejecutar una determinada tarea o tareas. Una de
las ventajas de los microprocesadores
es que permiten realizar diferentes funciones lógicas,
dependiendo de las instrucciones de programación almacenadas. La desventaja de
los microprocesadores es que normalmente funcionan de manera
secuencial, lo que podría resultar demasiado lento para
algunas aplicaciones. En tales casos se emplean circuitos
lógicos especialmente diseñados.
7.AVANCES RECIENTES
El desarrollo de los circuitos integrados ha
revolucionado los campos de las comunicaciones, la gestión
de la información y la informática. Los circuitos integrados han
permitido reducir el tamaño de los dispositivos con el
consiguiente descenso de los costes de fabricación y de
mantenimiento
de los sistemas. Al mismo tiempo, ofrecen
mayor velocidad y
fiabilidad. Los relojes digitales, las computadoras
portátiles y los juegos
electrónicos son sistemas basados en microprocesadores.
Otro avance importante es la digitalización de las
señales de sonido, proceso en el
cual la frecuencia y la amplitud de una señal de sonido se
codifica digitalmente mediante técnicas de muestreo
adecuadas, es decir, técnicas para medir la amplitud de la
señal a intervalos muy cortos. La música grabada de
forma digital, como la de los discos compactos, se caracteriza
por una fidelidad que no era posible alcanzar con los métodos de
grabación directa.
La electrónica médica a llegado hasta a
sistemas que pueden diferenciar aún más los
órganos del cuerpo humano.
Se han desarrollado asimismo dispositivos que permiten ver los
vasos sanguíneos y el sistema
respiratorio. También la alta definición
promete sustituir a numerosos procesos
fotográficos al eliminar la necesidad de utilizar
plata.
La investigación actual dirigida a aumentar la
velocidad y
capacidad de las computadoras se centra sobre todo en la mejora
de la tecnología de los circuitos integrados y en el
desarrollo de componentes de conmutación aún
más rápidos. Se han construido circuitos integrados
a gran escala que
contienen varios centenares de miles de componentes en un solo
chip. Han llegado a fabricarse computadoras que alcanzan
altísimas velocidades en las cuales los semiconductores
son reemplazados por circuitos superconductores que utilizan las
uniones de Josephson y que funcionan a temperaturas cercanas al
cero absoluto.
En ingeniería, la electromecánica es la combinación de las ciencias del electromagnetismo de la ingeniería eléctrica y la ciencia de la mecánica.
EXPLICACIÓN
Los dispositivos electromecánicos son los que combinan partes eléctricas y mecánicas para conformar su mecanismo. Ejemplos de estos dispositivos son los motores eléctricos y los dispositivos mecánicos movidos por estos, así como las ya obsoletas calculadoras mecánicas y máquinas de sumar; los relés; las válvulas a solenoide; y las diversas clases de interruptores y llaves de selección eléctricas.
EL TECNÓLOGO ELECTROMECÁNICO COMO PROFESIONISTA
Una profesión
tiene una estrecha relación con empleo, facultad u oficio que cada uno
tiene y ejerce públicamente. Las profesiones son ocupaciones las cuales
requieren de un conocimiento especializado, una capacitación educativa
de alto nivel, control sobre el contenido del trabajo, organización
propia, autorregulación, altruismo, espíritu de servicio a la comunidad y
elevadas normas éticas. Todo esto es desarrollado por un profesionista
dentro de un ámbito definido.
EL TECNÓLOGO ELECTROMECÁNICO
Es
un profesionista de excelencia, lideres con actitud emprendedora y
capacidad de análisis para seleccionar, diagnosticar, interpretar,
mantener, controlar, diseñar, innovar, instalar y administrar en forma
eficiente sistemas eléctricos, mecánicos, electromecánicos,
electrohidráulicos y electroneumáticos automatizados por medios
mecánicos, eléctricos y electrónicos. Considerando las normas y
estándares nacionales e internacionales para insertarse con éxito en un
entorno laboral global e intercultural, fomentando el desarrollo
sustentable con plena conciencia ética, humanística y social.
La Electromecánica es una ciencia que combina los conocimientos de la electricidad con los de la mecánica asi nace un nuevo concepto de sobre lo que esta especialidad significa, por lo tanto es necesario complementar el concepto dado en la introduccion de este blog a la ELECTROMECÄNICA.
La Ingeniería Electromecánica es una ciencia híbrida surgida de la combinación sinérgica de distintas ramas como las ciencias del Electromagnetismo, la Electrónica, la Eléctrica y la Mecánica.
ELECTROMAGNETISMO
ELECTRÓNICA
ELECTRICIDAD
MECÁNICA
ELECTROMAGNETISMO
El electromagnetismo es una rama de la física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos fueron sentados por Michael Faraday y formulados por primera vez de modo completo por James Clerk Maxwell, Esto mismo describe los fenómenos físicos macroscópicos en los cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, usando para ello campos eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre las sustancias sólidas, líquidas y gaseosas.
ELECTRÓNICA
La electrónica es la rama de la física y especialización de la ingeniería, que estudia y emplea sistemas cuyo funcionamiento se basa en la conducción y el control del flujo microscópico de los electrones u otras partículas cargadas eléctricamente.
ELECTRICIDAD
Es la rama de la física que estudia las leyes que rigen el fenómeno y a la rama de la tecnología que la usa en aplicaciones prácticas. Desde que, en 1831, Faraday descubriera la forma de producir corrientes eléctricas por inducción
—fenómeno que permite transformar energía mecánica en energía
eléctrica— se ha convertido en una de las formas de energía más
importantes para el desarrollo tecnológico debido a su facilidad de
generación y distribución y a su gran número de aplicaciones.
MECÁNICA
La mecánica (GriegoΜηχανική y de latínmechanìca o arte de construir una máquina) es la rama de la física que estudia y analiza el movimiento y reposo de los cuerpos, y su evolución en el tiempo, bajo la acción de fuerzas.
El conjunto de disciplinas que abarca la mecánica convencional es muy
amplio y es posible agruparlas en cuatro bloques principales:
Mecánica Clásica
Mecánica Cuántica
Mecánica Relativista
Teoría Cuántica de Campos
UNIDAD 1ELECTROMAGNETISMO
Contenido:
Magnetismo e imanes permanentes
Inducción magnética
Electromagnetismo
Metales ferromagnéticos
MAGNETISMO E IMANES PERMANENTES
Desde
el siglo VI a. C. ya se conocía que el óxido ferroso-férrico, al que
los antiguos llamaron magnetita, poseía la propiedad de atraer
partículas de hierro. Hoy en día la magnetita se conoce como imán
natural y a la propiedad
que tiene de atraer los metales se le denomina “magnetismo”.
Los chinos fueron los primeros en descubrir que cuando se le permitía a
un trozo de magnetita girar libremente,
ésta señalaba siempre a una misma dirección; sin embargo, hasta
mucho tiempo después esa
característica no se aprovechó como medio de orientación. Los
primeros que le dieron uso práctico a la magnetita en función de brújula
para orientarse durante la navegación fueron los árabes.
Como todos sabemos, la Tierra constituye un gigantesco imán natural; por
tanto, la magnetita o cualquier otro
tipo de imán o elemento magnético que gire libremente sobre un
plano paralelo a su superficie, tal como lo hace una brújula, apuntará
siempre al
polo norte magnético. Como aclaración hay que diferenciar el polo
norte magnético de la Tierra del Polo Norte geográfico. El Polo
Norte geográfico es el punto donde coinciden todos los meridianos que
dividen la Tierra,
al igual que ocurre con el Polo Sur.
Sin embargo, el polo norte magnético se encuentra situado a 1 200
kilómetos de distancia del norte geográfico, en las coordenadas 78º 50´ N
(latitud Norte) y 104º 40´ W (longitud Oeste), aproximadamente sobre la isla Amund
Ringness, lugar hacia donde apunta siempre la aguja de la brújula y no
hacia el norte geográfico, como algunas personas erróneamente creen.
IMANES PERMANENTES
Cualquier tipo de imán, ya sea natural o artificial, posee dos polos
perfectamente diferenciados: uno denominado polo norte y el otro denominado polo sur.
Una de las características principales que distingue a los imanes es la fuerza de atracción o repulsión que ejercen
sobre otros metales las líneas magnéticas que se forman entre sus polos.
Cuando enfrentamos dos o más imanes independientes y acercamos cada uno
de ellos por sus extremos, si los polos que se enfrentan tienen
diferente polaridad se atraen (por ejemplo, polo norte con polo sur),
pero si las polaridades son
las mismas (polo norte con norte, o polo sur con sur), se rechazan.
Cuando
aproximamos los polos de dos imanes, de inmediato se establecen un
determinado número de líneas de fuerza magnéticas de atracción o de
repulsión, que actúan directamente sobre los polos enfrentados.
Las líneas de fuerza de atracción o repulsión que se establecen entre
esos polos son invisibles, pero su existencia se puede comprobar visualmente si
espolvoreamos limallas de hierro sobre un papel o cartulina y la colocamos encima de uno o más imanes.
INDUCCIÓN MAGNÉTICA
Si cogemos un alambre de cobre o conductor de cobre, ya sea con forro aislante o sin
éste, y lo movemos de un lado a otro entre los polos diferentes de dos imanes,
de forma tal que atraviese y corte sus líneas de fuerza magnéticas,
en dicho alambre se generará por inducción una pequeña fuerza electromotriz
(FEM), que es posible medir con un galvanómetro, instrumento semejante a un voltímetro, que
se utiliza para detectar pequeñas tensiones o voltajes.
Este fenómeno físico, conocido como "inducción
magnética" se origina cuando el conductor corta las líneas de
fuerza magnéticas del imán,
lo que provoca que las cargas eléctricas contenidas en el metal
del
alambre de cobre
(que hasta ese momento se encontraban en reposo), se pongan en
movimiento creando un flujo de corriente eléctrica. Es preciso aclarar
que el fenómeno de inducción magnética sólo se produce cada vez que
movemos el conductor a través de las líneas de fuerza magnética.
Sin embargo, si mantenemos sin mover el alambre dentro del campo
magnéticos
procedente de los polos de los dos imanes,
no se inducirá corriente alguna.
En esa propiedad de inducir corriente eléctrica cuando se mueve un conductor
dentro de un campo magnético, se basa el principio de funcionamiento de los generadores de corriente eléctrica.
Ahora bien, si en vez de moverlo colocáramos el mismo conductor de cobre
dentro del campo magnético de los dos imanes y aplicamos una diferencia
de potencial, tensión o voltaje en sus extremos,
como una batería, por ejemplo, el campo magnético que produce la
corriente eléctrica
alrededor del conductor al circular a través del mismo, provocará
que las líneas de fuerza o campo magnético de los imanes
lo rechacen. De esa forma el conductor se moverá hacia un lado o
hacia otro,
en dependencia del sentido de circulación que tenga la corriente,
provocando que rechace el campo magnético y trate de alejarse de
su influencia.
El campo magnético que se crea alrededor del alambre de cobre o conductor
cuando fluye la corriente eléctrica, hace que éste se comporte
también como si fuera un imán y en esa propiedad se basa el principio de funcionamiento de los motores eléctricos.
En la actualidad la magnetita no se emplea como imán, pues se pueden fabricar imanes permanentes
artificiales de forma industrial a menor costo.
En la actualidad se fabrican imanes permanentes artificiales, para su
empleo, por ejemplo, en la
fabricación de altavoces para equipos de audio, dinamos para el
alumbrado en las bicicletas, pequeños motores para uso en juguetes o en
equipos electrónicos, en la junta hermética de la puerta de
los frigoríficos y, por supuesto, en la fabricación de brújulas.
ELECTROMAGNETISMO
En 1820 el físico danés Hans Christian Oerted descubrió que entre el
magnetismo y las cargas de la corriente eléctrica que fluye por un
conductor existía una estrecha relación.
Cuando eso ocurre, las cargas eléctricas o electrones que se encuentran en
movimiento en esos momentos, originan la aparición de un campo magnético tal a
su alrededor, que puede desviar la aguja de una brújula.
Si cogemos un trozo de alambre de cobre desnudo, recubierto con barniz
aislante y lo enrollamos en forma de espiral, habremos creado un
solenoide con núcleo de aire.
Si a ese solenoide le aplicamos una tensión o voltaje, desde el mismo
momento que la corriente comienza a fluir por las espiras del alambre de
cobre, creará un campo magnético más intenso que el que se origina en
el conductor normal de un circuito eléctrico cualquiera cuando se
encuentra extendido, sin formar espiras.
Después, si a esa misma bobina con núcleo de aire le introducimos un
trozo de metal como el hierro, ese núcleo, ahora metálico, provocará que
se intensifique el campo magnético y actuará como un imán eléctrico (o
electroimán), con el que se podrán atraer diferentes objetos metálicos
durante todo el tiempo que la corriente eléctrica se mantenga circulando
por las espiras del enrollado de alambre de cobre.Cuando el flujo de corriente eléctrica que circula a través del
enrollado de cobre cesa, el magnetismo deberá desaparecer de inmediato,
así como el efecto de atracción magnética que ejerce el núcleo de hierro
sobre otros metales. Esto no siempre sucede así, porque depende en gran
medida de las características del metal de hierro que se haya empleado
como núcleo del electroimán, pues en algunos casos queda lo que se
denomina "magnetismo remanente" por un tiempo más o menos prolongado
después de haberse interrumpido totalmente el suministro de corriente
eléctrica.
METALES FERROMAGNÉTICOS
La mayoría de los cuerpos existentes en la naturaleza presentan
una estructura molecular en la que reina el más absoluto desorden y no
se pueden magnetizar. Sin embargo existen también algunos metales en los
que sus átomos pueden actuar esporádicamente como imanes elementales,
alineándose como tales si se someten a la influencia de un campo
magnético. Cuando eso ocurre se magnetizan, convirtiéndose en un imán
temporal, o en un imán permanente.
A.- Metal de hierro en estado normal (no magnetizado),
cuyos átomos se encuentran desordenados. B.- El mismo metal
de hierro, ahora magnetizado, donde se puede observar que todas sus
moléculas se encuentran ordenadas, guardando una misma
orientación.
Los metales que se magnetizan con facilidad reciben el nombre de
“paramagnéticos” y los que no se magnetizan o son difíciles de
magnetizar se denominan “diamagnéticos”.
Entre los “paramagnéticos” los metales más fáciles de magnetizar se
denominan “ferromagnéticos”, debido a que fue en el hierro (ferro)
el metal en el que se detectó por primera vez esa propiedad. Pero
además del hierro se consideran también ferromagnéticos otros metales
como el níquel, el cobalto y algunos compuestos especiales.
La fuerza magnética de un electroimán se puede incrementar de
varias formas, como por ejemplo: a) añadiendo más espiras de alambre enrollado alrededor del núcleo
metálico; b) incrementando el flujo de corriente; c) elevando la tensión o voltaje aplicado al propio enrollado.
Hay metales que se pueden magnetizar de forma permanente y otros que
sólo lo permiten de forma transitoria cuando lo afecta un campo
magnético
cualquiera, ya sea procedente de un imán permanente o de un
electroimán. Los
electroimanes generalmente pierden el magnetismo y regresan a su
estado original en cuanto se les saca del área de influencia de un campo
magnético. No obstante, existen algunos metales que demoran algún
tiempo en perder el magnetismo. En esos casos se dice que
al metal le queda “magnetismo remanente”.
Los electroimanes pueden ser de diferentes tamaños y formas según el uso
al que se destinen. Los más pequeños se emplean, por ejemplo, para
construir timbres de aviso o alarma, relés para diferentes
funciones, interruptores automáticos de corriente,
altavoces, cabezales de grabadoras de audio y vídeo, cabezales de
lectura-escritura de disquetes, etc.
Los de mayor tamaño se emplean en grúas para levantar metales o
chatarra.
En Alemania y Japón existen trenes que funcionan por levitación magnética llamados “Maglev”.
Esos trenes emplean poderosos electroimanes que les permiten levantarse o “levitar” por encima de los
rieles, por lo que llegan a desarrollar velocidades de unos 500 kilómetros por hora (aproximadamente 300 millas por hora)
pues al no tener casi contacto directo el cuerpo del tren con los rieles, no
existe prácticamente pérdidas de energía por fricción.
El electromagnetismo encuentra también aplicación en los
transformadores de corriente eléctrica para elevar o disminuir la
tensión o voltaje que requieren diferentes
los dispositivos eléctricos que empleamos diariamente, tanto en
los
centros de trabajo como en el hogar.
. Si la intensidad de corriente es constante, entonces 
