Magnetismo, Resistores y Condensadores: Conceptos y Fórmulas

Magnetismo

Los materiales magnéticos se clasifican en función de su comportamiento en presencia de un campo magnético:

• Materiales paramagnéticos: Son sustancias que, al ser colocadas en un campo magnético, se convierten en imanes y se orientan en la dirección del campo. Tienen un comportamiento similar al del aire, no desvían las líneas de fuerza. Ejemplo: estaño.
• Materiales diamagnéticos: Son materiales que, al colocarse en un campo magnético, se magnetizan en sentido contrario al campo. Dificultan el paso de las líneas de fuerza y provocan que estas se separen y pasen por el aire o el vacío. Ejemplos: cobre, hidrógeno.
• Materiales ferromagnéticos: Son sustancias que, al colocarse en un campo magnético, forman regiones, llamadas dominios, que están magnetizadas en diferentes direcciones. Concentran las líneas de fuerza y permiten obtener imanes permanentes. Ejemplo: hierro puro.

Permeabilidad relativa: Es la relación entre las líneas de fuerza que cruzan una unidad de superficie en un material magnético y en el vacío. Se calcula dividiendo la permeabilidad en el material entre la permeabilidad en el vacío:

μ/μ0 = μrelativa

• Materiales paramagnéticos: B > B₀
• Materiales diamagnéticos: B < B₀

Donde:

• B: Inducción o densidad de flujo.

B/B0 = μrelativa

Ley de Biot y Savart: Determina el campo magnético creado por una corriente eléctrica en un punto determinado.

Fenómenos del Magnetismo

• Saturación magnética: También conocida como magnetismo remanente, ocurre cuando, después de la desaparición del campo magnético, la sustancia aún presenta inducción magnética.
• Intensidad coercitiva: Es el método para eliminar el magnetismo remanente. Se realiza invirtiendo el campo magnético hasta que, en un punto, la inducción es cero. Esto se logra aplicando una intensidad de campo -H_c.
• Histéresis magnética: Consiste en repetir la inversión del campo magnético las veces que sea necesario para desimantar el material, cada vez con menor intensidad.
• Ley de Faraday: Establece que la fuerza electromotriz inducida en un circuito es igual y de signo contrario a la rapidez con que varía el flujo magnético que atraviesa dicho circuito.

Fórmulas

Inducción magnética:

Ley de Biot y Savart:

En espiras y solenoides:

Intensidad magnética: Similar a la inducción, pero con B₀ y μ₀ (μ₀ = 4π x 10^-7).

Ley de Laplace (fuerza magnética):

Ley de Faraday:

Resistores

La resistencia eléctrica se define como la capacidad de diferentes conductores para oponerse al paso de la corriente eléctrica. Los resistores son componentes encargados de ofrecer una determinada oposición al paso de la corriente.

Características de los Resistores

• Valor nominal: Valor de resistencia dado por el fabricante.
• Tolerancia: Porcentaje que el fabricante se compromete a cumplir.
• Potencia nominal: Potencia que disipa un resistor en condiciones normales y temperaturas entre 20 y 25 °C.
• Código de colores: Se encuentra en el cuerpo del resistor y permite identificar diferentes características de cada elemento.

Clasificación de los Resistores

Los resistores se clasifican en lineales y no lineales.

Resistores Lineales Fijos

El valor de la resistencia no puede variar.

• Bobinados: Poseen un núcleo cerámico y aislante donde se enrollan espiras. Son los clásicos, pero la temperatura los puede estropear. Se calculan con la fórmula: R = ρ * L / S
• Conglomerados: Son pequeños y cómodos, y permiten valores más altos que los bobinados. Sin embargo, el sobrecalentamiento los rompe fácilmente.
• Película de carbón: Son los resistores más utilizados por su aguante térmico. Tienen una capa de carbón en el núcleo aislante.
• Película metálica: Ofrecen gran precisión y suelen estar fabricados con materiales como el oro.

Resistores Lineales Variables

Se puede variar su valor. Se utilizan, por ejemplo, en el control de volumen de aparatos. En paralelo se denominan potenciómetros y en serie, reóstatos.

Resistores Lineales Ajustables

Se utilizan para modificar el valor óhmico en circuitos de disipación débil.

Resistores No Lineales

Su resistencia varía en función de otros parámetros.

• LDR (Light Dependent Resistor): Varían con la luz.
• NTC (Negative Temperature Coefficient) y PTC (Positive Temperature Coefficient): Varían con la temperatura.
• VDR (Voltage Dependent Resistor): Varían con la tensión.

Condensadores

Tipos de Condensadores

Condensadores Fijos

Mantienen su capacidad invariable. Se clasifican según el dieléctrico:

• De papel: Se fabrican utilizando láminas de aluminio y, como dieléctrico, un papel especial. Se utilizan en la compensación de potencias reactivas.
• De plástico: El plástico funciona mejor como dieléctrico. Son los más utilizados, también llamados condensadores de estiroflex.
• De poliéster: Similares a los anteriores, pero más pequeños gracias al uso de poliéster.
• De mica: Son más precisos y estables. Se fabrican con láminas de latón que sobresalen y se unen eléctricamente por el extremo.
• De cerámica: Pueden adoptar la forma que se desee según el uso y la capacidad requerida.
• Electrolíticos: Su volumen es mucho mayor, pero tienen una capacidad mucho más grande. Trabajan a baja tensión y son peligrosos. Los de tantalio son muy parecidos, pero el óxido de tantalio permite reducir el espacio.

Condensadores Variables

Se utilizan, por ejemplo, para sincronizar emisoras de radio.

Condensadores Ajustables

Se emplean en acoplamientos capacitivos variables.

Fórmulas

Capacidad de un condensador (donde ε es la permitividad y se proporciona, a menos que sea en el vacío, donde ε₀ = 8.85 x 10^-12):

Carga y descarga de condensadores:

Energía almacenada:

Bobinas: Coeficiente de autoinducción:

Dos bobinas próximas: Coeficiente de inducción mutua:

Intensidad: