Energía Electromagnética
Definición:
Ventajas de la energía electromagnética
Una ventaja de utilizar una fuente de energía electromagnética es que, dependiendo del dispositivo electromecánico utilizado, no se requiere una fuente eléctrica externa para generar energía eléctrica. Un ejemplo de esto es un generador de corriente alterna (CA). Cuando la energía mecánica de rotación hace girar una bobina dentro del generador, expone esa bobina a cambios en el campo magnético. Estos cambios inducen la producción de tensión de corriente alterna, tensión en la que la corriente cambia de dirección a una determinada frecuencia, entre los dos extremos de salida de la bobina. Dado que no se requiere más energía que el movimiento mecánico del serpentín giratorio, este tipo de dispositivo puede ser ventajoso en situaciones en las que se dispone de una fuente de energía mecánica, como una turbina de vapor o de gas, o un motor diésel o de gasolina.
Otra ventaja de usar una fuente de energía electromagnética es que puede generar energía de CA o CC. Como se mencionó anteriormente, un generador de CA utiliza campos magnéticos variables para crear energía eléctrica de CA. Un generador de CC funciona de manera similar; sin embargo, se necesitan algunas piezas adicionales para convertir la fuente de alimentación de CA en CC. Muchos motores y generadores de corriente continua utilizan un dispositivo llamado interruptor para convertir la corriente alterna que deja al generador de energía en corriente que fluye en una sola dirección, o corriente continua. Al igual que con un generador de CA, muchos tipos de generadores de CC sólo requieren una fuente confiable de energía mecánica para generar electricidad.
Desventajas de la energía electromagnética
Las fuentes de energía electromagnética pueden no ser tan útiles, o pueden ser peligrosas para su uso, bajo ciertas circunstancias. Por ejemplo, si necesita tener una fuente de alimentación que debe tener una salida de corriente regulada, los generadores de corriente alterna y continua deben funcionar a una velocidad variable. Además, mientras que un generador de corriente continua produce una corriente eléctrica que fluye en una dirección, la corriente eléctrica es irregular. Para regular la corriente producida por un generador de corriente continua, se necesita equipo eléctrico adicional como una batería, un condensador y un inductor y componentes electrónicos llamados diodos para asegurar que la corriente se mantenga dentro de un rango controlado.
Debido a que los generadores utilizan campos electromagnéticos para producir electricidad, estos campos pueden ser peligrosos para algunas personas que utilizan equipos médicos sensibles, como marcapasos. Estos mismos campos electromagnéticos también pueden interferir con otros dispositivos eléctricos y electrónicos, como teléfonos móviles y ordenadores. El proceso de generación de energía eléctrica también produce calor, por lo que sería mejor no utilizar un generador alrededor de elementos o en ambientes donde haya material inflamable o combustible.
Estudio del electromagnetismo
Existe una gran confusión sobre quién descubrió exactamente las ondas electromagnéticas, la radiación electromagnética o la energía electromagnética. Sin embargo, los primeros registros encontrados en relación con la energía electromagnética describen que el electromagnetismo fue descubierto por primera vez en 1820 por Hans Christian Orsted, un físico y químico danés. Cuando instaló el aparato para preparar una conferencia nocturna, notó que la fluctuación de la corriente eléctrica desvió la aguja de la brújula de su norte magnético cuando encendió y apagó la batería; la batería es la fuente de la corriente eléctrica. Orsted estaba convencido de que la corriente eléctrica es capaz de crear un campo magnético, lo que demostraba que existía una relación lógica entre la corriente eléctrica y el magnetismo; y esta relación se conocía como electromagnetismo.
En resumen, la definición de energía electromagnética puede darse como la fuente de energía necesaria para transmitir información (en forma de ondas) de un lugar (material) a otro. Esta información puede ser en forma de luz, calor o cualquier otra forma. Entendamos paso a paso lo que es la energía electromagnética.
Conceptos básicos
Carga eléctrica:
Es un atributo de las partículas subatómicas, que determina sus interacciones cuando se colocan en los campos eléctrico y magnético. La materia cargada eléctricamente se ve afectada por el campo electromagnético y viceversa.
Corriente eléctrica:
Es el movimiento o flujo de partículas cargadas eléctricamente. Hay dos tipos de partículas cargadas, es decir, partículas cargadas positivamente, es decir, protones y partículas cargadas negativamente, es decir, electrones.
Magnetismo:
El magnetismo es una fuerza que afecta la interacción de materiales o partículas cargadas en movimiento, desarrollando fuerzas atractivas o repulsivas entre ellas.
Onda electromagnética:
Es una onda creada por la aceleración de partículas cargadas que se colocan en el campo magnético y eléctrico; ambos campos actúan en ángulo recto entre sí. La oscilación de las partículas en la onda emite una energía llamada energía de onda electromagnética.
Energía del espectro electromagnético:
Un espectro de ondas electromagnéticas de todas las frecuencias y longitudes de onda posibles forma un espectro electromagnético. La energía total del espectro se denomina energía del espectro electromagnético.
Radiación electromagnética:
La radiación electromagnética es un conjunto de ondas electromagnéticas que viajan en el vacío o en la materia. La energía irradiada por las ondas electromagnéticas se denomina energía de radiación electromagnética.
Campo electromagnético:
El campo electromagnético es causado por objetos cargados eléctricamente, que influyen en el comportamiento de los materiales o partículas cargados en todo el campo. La cantidad total de energía en el campo y en los materiales afectados se denomina energía del campo electromagnético.
Ejemplos de energía electromagnética
Campanas:
El mecanismo de estos dispositivos, todos los días, consiste en la circulación de una carga eléctrica por medio de un electroimán, cuyo campo magnético atrae un pequeño martillo metálico a una campana, interrumpiendo el circuito y permitiéndole volver a arrancar, de modo que el martillo lo golpea repetidamente y produce el sonido que llama la atención.
Trenes de suspensión magnética:
En lugar de rodar sobre las vías como los trenes convencionales, este modelo de tren ultra-tecnológico está hecho de levitación magnética gracias a los potentes electroimanes instalados en su parte inferior. La repulsión eléctrica entre los imanes y el metal del andén sobre el que circula el tren mantiene el peso del vehículo en el aire.
Transformadores eléctricos:
Un transformador, estos dispositivos cilíndricos que en algunos países vemos en las líneas eléctricas, sirven para controlar (aumentar o disminuir) el voltaje de una corriente alterna. Esto se consigue mediante bobinas dispuestas alrededor de un núcleo de hierro, cuyos campos electromagnéticos permiten modular la intensidad de la corriente de salida.
Motores eléctricos:
Los motores, como todos sabemos, transforman la energía en movimiento, mediante una combinación de rotor y extractor. El primero es móvil y contiene una serie de bobinas, que están situadas entre los polos fijos del imán que es el extractor. Este movimiento se mantiene constante gracias al campo electromagnético y permite, a través de un interruptor, producir una curva que mueve el vehículo hacia adelante.
Los dínamos:
Estos dispositivos sirven para aprovechar la rotación de las ruedas de un vehículo, como un coche, para hacer girar un imán y producir un campo magnético que suministra corriente alterna a las bobinas.
El teléfono:
La magia de este dispositivo cotidiano no es otra que la capacidad de convertir las ondas sonoras (como la voz) en modulaciones de un campo electromagnético que puede ser transmitido, inicialmente por un cable, a un receptor en el otro extremo que es capaz de derramar el proceso y recuperar las ondas sonoras electromagnéticamente contenidas.
Hornos de microondas:
Estos aparatos funcionan a partir de la generación y concentración de ondas electromagnéticas en los alimentos. Estas ondas son similares a las utilizadas para la radiocomunicación, pero de alta frecuencia que transforman los diplodos (partículas magnéticas) de los alimentos a velocidades muy altas, ya que éstas tratan de alinearse con el campo magnético resultante. Este movimiento es lo que genera el calor.
Imágenes por resonancia magnética (IRM):
Esta aplicación médica del electromagnetismo ha sido un gran avance en salud sin precedentes ya que nos permite examinar de manera no invasiva dentro del cuerpo de los seres vivos la manipulación electromagnética de los átomos de hidrógeno contenidos en él, para generar un campo interpretable por computadoras especializadas.
Micrófonos:
Estos dispositivos, tan comunes hoy en día, funcionan gracias a un diafragma atraído por un electroimán, cuya sensibilidad a las ondas sonoras permite que se traduzcan en una señal eléctrica. Esto puede ser transmitido y decodificado remotamente, o incluso almacenado y reproducido posteriormente.
Espectrómetros de masas:
Es un dispositivo que permite analizar con gran precisión la composición de ciertos compuestos químicos mediante la separación magnética de los átomos que los componen, mediante su ionización y lectura por un ordenador especializado.
Osciloscopios:
Instrumentos electrónicos cuya finalidad es representar gráficamente las señales eléctricas que varían en el tiempo, procedentes de una fuente específica. Para ello, utilizan un eje de coordenadas en la pantalla cuyas líneas son el resultado de la medición de las tensiones procedentes de la señal eléctrica determinada. Se utilizan en medicina para medir las funciones del corazón, el cerebro u otros órganos.
Por el contrario, un análisis de las amplitudes medias muestra que, para los fines prácticos perseguidos, puede considerarse constante a lo largo de todo el año e incluso con su curso (investigadores franceses y rusos señalan diferencias del 4 al 5% en 18 años); desapareciendo el riesgo de períodos de sequía, característico de las centrales hidroeléctricas.
Tarjetas magnéticas:
Esta tecnología permite la existencia de tarjetas de crédito o débito, que tienen una cinta magnética algo polarizada, para encriptar la información de la orientación de sus partículas ferromagnéticas. Al introducir información en ellos, los dispositivos designados polarizan estas partículas de una manera específica para que el orden pueda ser «leído» para recuperar la información.
Almacenamiento digital en cintas magnéticas:
Clave en el mundo de las computadoras y los ordenadores, almacena grandes cantidades de información en discos magnéticos cuyas partículas están polarizadas de una manera específica y son descifrables por un sistema computarizado. Estos discos pueden ser extraíbles, como los disquetes o pendrives existentes, o pueden ser permanentes y más complejos, como los discos duros.
Tambores magnéticos:
Este modelo de almacenamiento de datos, popular en las décadas de 1950 y 1960, fue una de las primeras formas de almacenamiento de datos magnéticos. Se trata de un cilindro metálico hueco que gira a altas velocidades, rodeado de un material magnético (óxido de hierro) sobre el que se imprime la información mediante un sistema de polarización codificado. A diferencia de los discos, no tenía cabeza de lectura y esto permitía una cierta agilidad en la recuperación de la información.
Luces de bicicleta:
Las luces incorporadas en la parte delantera de las bicicletas, que se encienden cuando se mueven, funcionan gracias a la rotación de la rueda a la que está acoplado un imán, cuya rotación produce un campo magnético y, por tanto, una modesta fuente de electricidad alterna. Esta carga eléctrica se conduce a la bombilla y se traduce en luz.
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