Una carga está rodeada por un campo eléctrico cuando es lo suficientemente lenta y permanece inactiva. Esto tendría sentido para ti porque es una carga eléctrica. Sin embargo, cuando esa carga se excita y comienza a correr, genera un campo magnético. ¿No te parece extraño esto? ¡No estás solo, créeme! Ambos campos son parte de la misma fuerza de la naturaleza, como los físicos descubrieron más tarde: ¡el electromagnetismo! La noción de electromagnetismo es utilizada por un solenoide.
Solenoide
El solenoide es una bobina de alambre que funciona como un electroimán cuando la electricidad fluye a través de él. Los solenoides electromagnéticos se utilizan en una variedad de aplicaciones en todo el mundo.
Es casi imposible balancear un bate sin golpear un solenoide. Los solenoides se encuentran tanto en los altavoces como en los micrófonos. En realidad, un altavoz y un micrófono son esencialmente las mismas cosas cuando se ven desde la perspectiva opuesta. Los solenoides se usan en una variedad de motores de solenoide porque las bobinas se pueden reforzar agregando un núcleo de hierro. Los solenoides, como los imanes de barra, se componen de una gran bobina de alambre enrollada en muchas vueltas que genera un campo magnético homogéneo cuando la electricidad pasa a través de ella.
Tipos de solenoides
Los solenoides están disponibles en una variedad de diseños, materiales y funciones. Sin embargo, todos funcionan con los mismos principios eléctricos:
- Solenoide laminado de CA: lo que hace que un solenoide de CA sea famoso es la cantidad de fuerza que puede generar en su carrera inicial. Emiten un zumbido nítido mientras están en funcionamiento y están disponibles en una variedad de combinaciones y rangos. La carrera de un solenoide de CA puede ser más larga que la de un solenoide de CC.
- Solenoide de marco C de CC: un solenoide de marco C de CC tiene simplemente un marco que encierra la bobina con la forma de la letra C. Se usan más comúnmente en una disposición de CC, aunque también se pueden utilizar en un sistema de alimentación de CA.
- Solenoide de marco en D de CC: la bobina está cubierta por dos secciones de marcos en el solenoide de marco en D de DS. Se utilizan con frecuencia en entornos industriales. Estos solenoides también pueden funcionar con alimentación de CA.
- Solenoide lineal: estos solenoides se utilizan para actividades de medición y pueden aplicar una fuerza de tracción o empuje al equipo mecánico. Estos son los solenoides más populares y se utilizan en motores de arranque de vehículos. Estos solenoides se mueven linealmente cuando se les aplica una fuerza eléctrica, uniendo dos contactos. Esto permite que la electricidad de la batería fluya hacia varias secciones del vehículo, permitiéndole arrancar.
- Solenoide giratorio: este solenoide se utiliza para aplicaciones que necesitan un procedimiento de control simple y automatizado. Entre todas las variedades de solenoides, es el más duradero. Originalmente estaban destinados a mecanismos de defensa, pero hoy en día se pueden encontrar en una variedad de operaciones industriales automatizadas, como persianas y láseres.
Bucle amperiano para determinar el campo magnético
Considere un bucle amperiano e integre a lo largo de cada lado con lados abcd. El campo en bc y da es perpendicular a dl. El campo es cero a lo largo de cd. El componente de campo es 0 para las secciones transversales bc y ad. Como resultado, estas dos partes no tienen valor. Sea B el campo a lo largo de ab. Como resultado, L = h es la longitud adecuada del bucle amperiano. El número total de vueltas es nh si n es el número de vueltas por unidad de longitud.
I e = I (nh) es la corriente encerrada donde I es la corriente en el solenoide.
BL = μ 0 yo mi
segundo h = μ 0 yo (nh)
segundo = μ 0 norte yo
La regla de la mano derecha determina la orientación del campo. Un solenoide es un dispositivo que se usa a menudo para crear un campo magnético constante.
Un solenoide largo
El término «solenoide largo» se refiere a un solenoide con una longitud mayor que el radio. Está hecho de un alambre largo enrollado en forma de hélice con vueltas vecinas muy próximas entre sí. Como resultado, cada giro puede considerarse como un bucle circular. El campo magnético neto es la suma vectorial de todos los campos de las espiras. Las espiras están aisladas entre sí mediante el uso de alambres esmaltados para enrollar.
El campo magnético dentro de un solenoide largo es,
segundo = μ 0 norte yo
donde, n denota el número de vueltas por unidad de longitud y denota la corriente que fluye a través del solenoide.
El campo magnético en un extremo del solenoide largo es el siguiente:
B = (μ 0 n I)/2
Propiedades de un solenoide
- Los campos magnéticos de un solenoide están determinados por la densidad de las bobinas, el número de vueltas y la corriente que fluye a través de él.
- Debido a que pueden transformar la corriente eléctrica en movimiento mecánico, los solenoides se emplean con frecuencia en los interruptores.
- Fuera del centro, las líneas del campo magnético están más separadas y los campos son más débiles.
- El campo magnético homogéneo del solenoide largo se encuentra en el medio.
- Incluso un pequeño solenoide puede ejercer unos pocos Newtons de fuerza.
- La fuerza con la que se atrae hacia él una varilla ferromagnética colocada cerca de un solenoide se puede estimar midiendo el cambio en la energía del campo magnético cuando la varilla se introduce dentro del solenoide:
Fuerza sobre la varilla = Cambio en la energía del campo magnético/distancia recorrida por la varilla dentro del solenoide.
Aplicaciones de solenoide
Son adecuados para cierto tipo de mecanismo de bloqueo de puertas. En estos sistemas de bloqueo se utilizan electroimanes, lo que los hace extremadamente seguros.
- Tiene una amplia gama de aplicaciones, que incluyen sistemas médicos, industriales, de bloqueo y automotrices.
- Se utilizan en inductores, válvulas y antenas, entre otras cosas.
- En los automóviles, los solenoides se utilizan en engranajes de inyección de combustible.
- El solenoide se utiliza principalmente como interruptor de alimentación.
- Se ven comúnmente en impresoras de computadora.
- Se utiliza para operar electrónicamente una válvula.
Ventajas del solenoide
- Un solenoide ofrece una serie de beneficios que no encontrará en una bobina normal:
- Cuando se introduce electricidad en un solenoide, hace que responda instantáneamente.
- No hay contaminación en el aire cuando se utiliza un motor de solenoide en los vehículos.
- Los motores de solenoide se pueden utilizar para reemplazar los motores de combustible fósil.
Toroide
Un toroide es un anillo circular hueco en forma de rosquilla con numerosas vueltas de alambre esmaltado enrolladas tan juntas que no hay espacio entre ellas. Cuando se requieren altas inductancias a bajas frecuencias, se puede pensar en un toroide como un solenoide circular utilizado en un circuito eléctrico como inductor.
Un toroide es una bobina de alambre aislado o esmaltado enrollado alrededor de una forma de dona de hierro en polvo. Los usos de los toroides incluyen inductores de bajo nivel, inductores de potencia, transformadores de bajo nivel, transformadores de corriente y transformadores de potencia.
Un solenoide infinito en forma de anillo se conoce como toroide. El campo magnético dentro de un toroide se puede calcular de la siguiente manera:
B = (μ 0 NI/2 π r)
donde, denoto la cantidad de corriente que pasa a través del solenoide.
Sea r el radio promedio del toroide y n el número de vueltas por unidad de longitud, entonces:
N = 2rn = número de vueltas por unidad de longitud del perímetro (promedio) del toroide.
Aplicaciones de Toroide
- Se utiliza en la creación de instrumentos musicales.
- Un toroide se utiliza en equipos médicos modernos.
- Se utiliza en la industria de las telecomunicaciones.
Ejemplos de preguntas
Pregunta 1: ¿Cuáles son las diferencias entre solenoide y toroide?
Responder:
El solenoide tiene forma cilíndrica, mientras que el toroide tiene forma circular.
La formación del campo magnético está fuera del solenoide mientras que el campo magnético está dentro del toroide.
El campo magnético dentro del solenoide es uniforme mientras que no es uniforme en el toroide.
El campo magnético en el solenoide es igual a μ 0 n I mientras que en el toroide es μ N l / 2 π r .
Pregunta 2: ¿Cuáles son las similitudes entre el solenoide y el toroide?
Responder:
- Cuando se les suministra corriente eléctrica a ambos, actúan como materiales electromagnéticos.
- El campo magnético generado por el toroide y el solenoide son idénticos.
- Ambos se basan en el concepto electromagnético.
Pregunta 3: ¿Cuál es el campo magnético en el espacio vacío encerrado por el toroide de radio R?
Responder:
El campo magnético está restringido exclusivamente al cuerpo interno del toroide, como sabemos. Esto toma la forma de líneas de fuerza magnéticas que son concéntricas. Como resultado, cada punto en el espacio vacío rodeado por un toroide tendrá un campo magnético con B igual a cero. Como no hay corriente neta en esta región, el campo magnético es cero. Como resultado, el momento magnético del toroide es cero.
Pregunta 4: ¿Cuál es la naturaleza del campo magnético dentro de un solenoide?
Responder:
El campo magnético dentro de un solenoide siempre es uniforme, lo que significa que tiene la misma fuerza magnética en la bobina.
Pregunta 5: Un solenoide largo se fabrica enrollando firmemente un alambre con un radio de 1 mm alrededor de un marco cilíndrico hasta que las vueltas consecutivas casi se tocan. Si un solenoide lleva una corriente de 2 A, ¿cuál es el campo magnético en su centro?
Responder:
Dado:
Corriente, yo = 2 A
Radio, r = 1 mm
Número de vueltas en 2 mm = 1
n = 2000 vueltas/m
Campo magnético, B = μ 0 n I
= 4π × 10 −7 × 2000 × 2 T
= 5.024 × 10 -3 T
Por lo tanto, el campo magnético en el centro del solenoide es 5,024 × 10 -3 T .