Te explico los CIRCUITOS MAGNÉTICOS a partir de los Eléctricos ⚡ Ley de Hopkinson Vs. Ley de Ohm

Hola protones, hoy vamos a adentrarnos en el maravilloso mundo del electromagnetismo. Si te hablo de electricidad, de resistencias, tensiones y corrientes, probablemente te resuelten bastante cercanos estos conceptos. Ahora bien, ¿ves igual de familiares los conceptos de fuerza magnetomotriz o reluctancia? Vamos a entenderlos en este vídeo. Para esto y mucho más, sígueme la corriente. Normalmente, los conceptos asociados a los fenómenos magnéticos resultan un poco más difíciles de comprender, probablemente porque no estamos tan acostumbrados a tratar con cuestiones tan intangibles. Al final, los circuitos eléctricos y electrónicos estamos acostumbrados a verlos en dispositivos con los que trabajamos día a día. Son elementos que vemos, que podemos imaginar, que podemos intuir, que podemos tocar. El electromagnetismo... magia. Así que vamos a aprovechar lo que ya sabemos de circuitos eléctricos para poder hacer paralelismos y comprender mejor a ese amigo invisible que es el magnetismo. ¿Recuerdas la ley de Ohm? La vimos en el canal hace unos meses, y si no la recuerdas no te preocupes porque te resumo a continuación de qué va. Los circuitos eléctricos se componen de una serie de elementos en los que se dan ciertos fenómenos. Estos elementos pueden ser dispositivos físicos o hacer referencia a comportamientos de los propios materiales por los que fluye la corriente. Me explico. Si pensamos en una resistencia, físicamente la resistencia tiene este aspecto en los circuitos electrónicos. Se mide en ohmios y es un dispositivo que va a presentar una oposición al paso de la corriente, y dicha oposición se reflejará en una disipación de energía en forma de calor. Pero el mismo concepto podemos encontrarlo en las propiedades del mismo material por el que circula la corriente. Los cables de alta tensión tienen una resistencia intrínseca en el material, que presentará cierta oposición al paso de la corriente y también disipará energía en forma de calor por efecto Joule. Esto ocurre también en las bombillas, donde el filamento se vuelve incandescente precisamente por esa resistencia al paso de la corriente y esa disipación del calor, que hace aumentar la temperatura del material hasta llegar a la incandescencia. Así que con esto tenemos claro que los circuitos podemos construirlos con elementos físicos como resistencias, bobinas o condensadores. Pero también esos elementos nos sirven para modelar matemáticamente los fenómenos que ocurren en grandes circuitos eléctricos, sin que necesariamente veamos una resistencia gigante en una línea de alta tensión. Vamos a centrarnos concretamente en la resistencia. Allá donde haya electricidad fluyendo va a haber un medio, y siempre el medio va a oponer una resistencia al paso de la corriente, por pequeña que sea. Puede ser mayor, puede ser menor según la conductividad del material, pero siempre va a haber una resistencia. Incluso en los materiales superconductores, que esa resistencia es muy muy muy chiquitita, sigue habiendo resistencia. Este fenómeno de oposición al paso de la corriente ocurre siempre y en todos lados. En algunos casos es una desventaja, y en otros puede ser una ventaja, como en los calefactores por ejemplo, que funcionan por el calentamiento de una resistencia mediante el paso de la corriente, o también en las cocinas vitrocerámicas. En ese caso, claro, es un efecto que buscamos, es un efecto intencionado. La ley de Ohm es la expresión que describe este fenómeno de oposición al paso de la corriente, y precisamente nos cuenta lo siguiente. La intensidad de corriente que circula por un conductor, medida en amperios, es directamente proporcional a la diferencia de potencial existente entre sus dos bornas, medida en voltios, e inversamente proporcional a la resistencia que presenta ese conductor al paso de dicha corriente, medida en ohmios. Todo esto es I igual V entre R. La intensidad es la tensión entre la resistencia. Para que veas lo conciso que es el lenguaje de las matemáticas. La corriente que circula será la tensión a la que está el conductor dividida entre la resistencia del material que lo compone. Y si lo expresamos en función de la tensión, tenemos que V es igual a I por R. El concepto detrás de la ley de Ohm hace referencia a que en un circuito cerrado, en el que, entre dos puntos, hay una diferencia de potencial, una tensión, va a haber circulación de corriente eléctrica, y esa circulación de corriente eléctrica se va a ver afectada por la resistencia que haya en el circuito, bien un elemento de resistencia o bien la resistencia que oponga el propio conductor. Gracias a esta sencilla explicación podemos comprender algunos fenómenos que ocurren en dos casos extremos. El primer caso se da cuando tenemos un circuito abierto, es decir, un circuito a cuyos extremos no hay conectado nada. En este caso estamos ante el equivalente de que haya conectada una resistencia muy elevada, casi infinita. El aire que hay entre las bornas desconectadas sería esa resistencia. Cuando nos encontramos en esta situación, vemos que una resistencia que tienda a ser infinita dará lugar a una corriente que tienda a ser cero, porque son inversamente proporcionales. Esto es, en circuitos abiertos no circulará la electricidad. El segundo caso que podemos tener es el de los cortocircuitos. Imagina que en lugar de tener estas bornas al aire, las conectamos por un cable ideal que no oponga ningún tipo de resistencia. En este caso veremos cómo, ante una resistencia que tiende a ser nula, la corriente eléctrica que va a circular será la máxima posible entre esos dos puntos. Y esto puede llegar a suponer un problema cuando no es intencional, sino en caso de accidentes. Estos son conceptos de mucha utilidad. Por ejemplo, el caso del circuito abierto se emplea en el uso de los voltímetros. Conectamos las bornas de un voltímetro a un circuito abierto, o digamos que lo conectamos en paralelo a un circuito, y podemos medir la diferencia de potencial que existe entre esos dos puntos. Por otra parte, el caso del cortocircuito nos sirve para entender la base de funcionamiento de los amperímetros, que son los dispositivos que miden la corriente eléctrica que circula por una zona del circuito concreta. Bien, ya hemos entendido la ley de Ohm para circuitos eléctricos. ¿Pero qué pasa con los campos magnéticos y con los circuitos magnéticos? Pues la ecuación equivalente, digamos, el paralelismo a la ley de Ohm para el caso de los circuitos magnéticos es la ley de Hopkinson, o ley general del circuito magnético. Pero primero, vamos a entender la naturaleza de estos campos magnéticos. Imaginemos un cable. Por ese cable va a circular corriente, y esa corriente generará un campo magnético alrededor del cable que se distribuirá con la forma de círculos concéntricos en torno a él. Si a ese cable le doy una vuelta en forma de espira, el giro del campo magnético tendrá el sentido que marque el sentido de la corriente eléctrica. Vemos que en la parte inicial la corriente baja y produce un campo magnético en este sentido. Luego, al formarse la espira, el campo magnético tendrá este sentido de aquí, y esto se debe a que la corriente está subiendo por el cable en este tramo. Si nos damos cuenta, entre una espira y otra se está generando un corredor en el que se suman los sentidos de los dos campos magnéticos. El campo magnético en el interior de estas espiras va a tender a intensificarse siempre. Ahora imaginemos que el cable lo enrollamos siguiendo la forma de un toroide. Espira, tras espira, tras espira, formando esta especie de donut, que dará una estructura como la que vemos en pantalla. Si hacemos circular la corriente por ese cable enrollado, se va a crear un campo magnético alrededor de todo el cable, y tendrá lugar el fenómeno que veíamos antes. Entre espira y espira se generará una especie de corredor en el que se intensifica el campo magnético, dando lugar a una distribución más intensa en el interior y más suave en el exterior. Además, si en el interior del cable enrollado, en lugar de haber aire, hubiese un material muy conductor, este fenómeno se intensificaría aún más. Tendríamos mucho más campo magnético en el interior del toroide, y se dispersaría mucho más el campo magnético del exterior. Una vez visualizado cómo se comportan los campos magnéticos, vamos a volver al punto en el que nos encontrábamos. La ley general del circuito magnético, o ley de Hopkinson, nos cuenta cómo el flujo de estos campos magnéticos va a ser directamente proporcional a la fuerza magnetomotriz e inversamente proporcional a la reluctancia. ¿Cómo? Ahora te lo explico. ¿Te acuerdas de que la oposición al paso de la corriente eléctrica se llamaba resistencia? Muy bien, pues para los campos magnéticos también hay una oposición que presenta el medio, y a esa oposición la llamaremos reluctancia magnética. Cuanto más impermeable sea el medio al flujo del campo magnético, más reluctancia habrá, porque el campo magnético tendrá más oposición para seguir fluyendo. También, cuanta mayor longitud tenga que recorrer ese campo magnético, más reluctancia habrá, porque se va a tener que enfrentar a la permeabilidad que tenga el medio durante una longitud mucho más larga. Por tanto, va a tener la oposición de todo este espacio, no solamente de este. ¿Ves por dónde voy? Así podemos entender que cuanta menos reluctancia tenga un medio, más flujo de campo magnético habrá. Y en último lugar tenemos esta F chunga de aquí, que es la fuerza magnetomotriz. De forma similar a la tensión, o fuerza electromotriz, que nos representaba la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos, en función de la que habría más o menos corriente, la fuerza magnetomotriz nos va a representar la capacidad de producir un flujo magnético entre dos puntos de un circuito magnético. Recordemos el dibujito de antes. Habrá más campo magnético cuanto mayor sea el número de espiras que tengamos, y también cuanta más corriente eléctrica circule por dichas espiras. Así que la fuerza magnetomotriz será la multiplicación entre el número de espiras y la corriente eléctrica. Entendiendo este concepto ya podemos entender claramente que cuanta más fuerza magnetomotriz tengamos, más flujo magnético tendremos. Como ves, hemos comprendido a la perfección los conceptos de flujo magnético, fuerza magnetomotriz y también de reluctancia gracias al paralelismo con los circuitos eléctricos, al paralelismo con la ley de Ohm. Esta analogía nos permite establecer definiciones formales similares entre los conceptos eléctricos y magnéticos, y también hace más intuitivo y sencillo trabajar con estos conceptos y con estas expresiones. Así, como ves en la siguiente tabla, la fuerza magnetomotriz es equivalente a la diferencia de potencial eléctrico, el flujo magnético será equivalente a la corriente eléctrica, la reluctancia será equivalente a la resistencia, la densidad de flujo magnético será como la densidad de corriente eléctrica, la permeabilidad magnética de un medio equivaldrá a la conductividad eléctrica de un medio, y la excitación magnética vendrá a ser el concepto equivalente al campo eléctrico. Mantén estas comparaciones en mente y conceptualmente te resultará más sencillo e intuitivo adentrarte en el mundo del electromagnetismo. Y por supuesto, siempre ten en cuenta que no estamos hablando de igualdades, sino de analogías comparativas. Espero que te haya resultado interesante este vídeo. Comenta por aquí abajo si te ha ayudado a comprender mejor las similitudes, digamos, los puntos en común entre los conceptos eléctricos y los conceptos magnéticos. Y también ten en cuenta que en las próximas semanas vamos a continuar viendo más aspectos del electromagnetismo, para poder atar mucho mejor las bases a partir de las cuales se ha desarrollado posteriormente toda la ingeniería eléctrica. Para más energía y para más electricidad no te olvides de suscribirte y darle a la campanita para enterarte de los próximos vídeos que publiquemos en el canal. Además, si te ha gustado este vídeo, un like no vendría mal para que YouTube lo recomiende a más personas. Como siempre, volveremos a vernos muy pronto. Sígueme la corriente.