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EL FENOMENO DE LAS INDUCTANCIASLa inductancia es el campo magnético que crea una corriente eléctrica al pasar a través de una bobina de hilo conductor enrollado alrededor de la misma que conforma un inductor. Un inductor puede utilizarse para diferenciar señales cambiantes rápidas o lentas. Al utilizar un inductor con un condensador, la tensión del inductor alcanza su valor máximo a una frecuencia dependiente de lacapacitancia y de la inductancia.La inductancia depende de las características físicas del conductor y de la longitud del mismo. Si se enrolla un conductor, la inductancia aumenta. Con muchas espiras se tendrá más inductancia que con pocas. Si a esto añadimos un núcleo de ferrita, aumentaremos considerablemente la inductancia.Existen fenómenos de inducción electromagnética generados por un circuito sobre sí mismo llamados de inducción propia o autoinducción; y los producidos por la proximidad de dos circuitos llamados de inductancia mutua.Un ejemplo de inductancia propia, lo tenemos cuando por una bobina circula una corriente alterna. Como sabemos, al circular la corriente por la bobina formará un campo magnético alrededor de ella, pero al variar el sentido de la corriente también lo hará el campo magnético alrededor de la bobina, con lo cual se produce una variación en las líneas del flujo magnético a través de ella, esto producirá una fem inducida en la bobina.La fem inducida con sus respectivas corrientes inducidas son contrarias a la fem y la corriente recibidas. A este fenómeno se le llama autoinducción.Por definición: la autoinducción es la producción de una fem en un circuito por la variación de la corriente en ese circuito. La fem inducida siempre se opone al cambio de corriente. La capacidad de una bobina de producir una fem autoinducida se mide con una magnitud llamada inductancia.
nductancia
Una bobina
En electromagnetismo y electrónica, la inductancia ( ), es una medida de la oposición a un
cambio de corriente de un inductor o bobina que almacena energía en presencia de un campo
magnético, y se define como la relación entre el flujo magnético ( ) y laintensidad de corriente
eléctrica ( ) que circula por la bobina y el número de vueltas (N) del devanado:
La inductancia depende de las características físicas del conductor y de la longitud del mismo. Si se
enrolla un conductor, la inductancia aumenta. Con muchas espiras se tendrá más inductancia que
con pocas. Si a esto añadimos un núcleo de ferrita, aumentaremos considerablemente la
inductancia.
El flujo que aparece en esta definición es el flujo producido por la corriente exclusivamente. No
deben incluirse flujos producidos por otras corrientes ni por imanes situados cerca ni por ondas
electromagnéticas.
Esta definición es de poca utilidad porque es difícil medir el flujo abrazado por un conductor. En
cambio se pueden medir las variaciones del flujo y eso sólo a través del voltaje inducido en el
conductor por la variación del flujo. Con ello llegamos a una definición de inductancia equivalente
pero hecha a base de cantidades que se pueden medir, esto es, la corriente, el tiempo y la tensión:
El signo de la tensión y de la corriente son los siguientes: si la corriente que entra por la extremidad
A del conductor, y que va hacia la otra extremidad, aumenta, la extremidad A es positiva con
respecto a la opuesta. Esta frase también puede escribirse al revés: si la extremidad A es positiva, la
corriente que entra por A aumenta con el tiempo.
En el SI, la unidad de la inductancia es el henrio (H), llamada así en honor al científico
estadounidense Joseph Henry. 1 H = 1 Wb/A, donde el flujo se expresa en weber y la intensidad
en amperios.
El término "inductancia" fue empleado por primera vez por Oliver Heaviside en febrero
de 1886,1 mientras que el símbolo se utiliza en honor al físicoHeinrich Lenz.2 3
La inductancia siempre es positiva, salvo en ciertos circuitos electrónicos especialmente concebidos
para simular inductancias negativas, y los valores de inductancia prácticos, van de unos décimos de
nH para un conductor de 1 milímetro de largo, hasta varias decenas de miles de Henrios para
bobinas hechas de miles de vueltas alrededor de núcleos ferromagnéticos.
Como se manifiesta la corriente en un circuito magnetico?
Circuito magnéticoEste artículo o sección necesita referencias que aparezcan en una publicación acreditada, como revistas especializadas, monografías, prensa diaria o páginas de Internet fidedignas.Puedes añadirlas así o avisar al autor principal del artículo en su página de discusión pegando: {{subst:Aviso referencias|Circuito magnético}}
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Estructura de un circuito magnético simple
Se denomina circuito magnético a un dispositivo en el cual las líneas de fuerza del campo
magnético se hallan canalizadas trazando un camino cerrado. Para su fabricación se utilizan
materiales ferromagnéticos, pues éstos tienen una permeabilidad magnética mucho más alta que el
aire o el espacio vacío y por tanto el campo magnético tiende a confinarse dentro del material,
llamado núcleo. El llamado acero eléctrico es un material cuya permeabilidad magnética es
excepcionalmente alta y por tanto apropiado para la fabricación de núcleos.
Un circuito magnético sencillo es un anillo o toro hecho de material ferromagnético envuelto por
un arrollamiento por el cual circula unacorriente eléctrica. Esta última crea un flujo magnético en el
anillo cuyo valor viene dado por:
Donde es el flujo magnético, es la fuerza magnetomotriz, definida como el producto del
número de espiras N por la corriente I ( ) y es la reluctancia, la cual se puede
calcular por:
Donde es la longitud del circuito, medida en metros, representa la permeabilidad magnética del
material, medida en H/m (henrio/metro)y elÁrea de la sección del circuito (sección del núcleo
magnético, perpendicular al flujo), en metros cuadrados.
Los circuitos magnéticos son importantes en electrotecnia, pues son la base teórica para la
construcción de transformadores, motores eléctricos, muchos interruptores automáticos, relés, etc.
Que es el flujo magnetico?
Flujo magnéticoEl flujo magnético Φ (representado por la letra griega fi Φ), es una medida de la cantidad
de magnetismo, y se calcula a partir del campo magnético, la superficie sobre la cual actúa y el
ángulo de incidencia formado entre las líneas de campo magnético y los diferentes elementos de
dicha superficie. La unidad de flujo magnético en el Sistema Internacional de Unidades es el weber y
se designa por Wb (motivo por el cual se conocen como weberímetros los aparatos empleados para
medir el flujo magnético). En el sistema cegesimal se utiliza el maxwell (1 weber =108 maxwells).
[Wb]=[V]·[s]1
Flujo magnético por una espira.
Si el campo magnético B es vector paralelo al vector superficie de área S, el flujo Φ que pasa a
través de dicha área es simplemente el producto del valor absoluto de ambos vectores:
En muchos casos el campo magnético no será normal a la superficie, sino que forma un
ángulo con la normal, por lo que podemos generalizar un poco más tomando vectores:
Vectores normales a una superficie dada.
Generalizando aún más, podemos tener en cuenta una superficie irregular atravesada
por un campo magnético heterogéneo. De esta manera, tenemos que considerar cada
diferencial de área:
Se denomina flujo magnético a la cantidad de líneas de fuerza que pasan por un
circuito magnético.
Cuantización del flujo magnético[editar]
Cuantización del flujo magnético en un anillo superconductor.2
Como ya predijo Fritz London en 1948, es posible observar la cuantización del
flujo magnético en sustanciassuperconductoras. El cuanto de flujo magnético es
una constante física:
.
El inverso del cuanto de flujo magnético KJ = 1/Φ0 se suele conocer
como constante de Josephson, por Brian David Josephson.
Empleando el efecto Josephson es posible medir con mucha precisión el
cuanto de flujo magnético, lo cual se ha empleado junto con el efecto Hall
cuántico para medir la constante de Planck con la máxima precisión hasta la
fecha. Es bastante irónico el hecho de que la constante de Planck suela estar
asociada a sistemas microscópicos, pero su valor se calcule a partir de dos
fenómenos macroscópicos como el efecto Josephson y el efecto Hall
cuántico.3 4 5
Que son los entrehierros y sus aplicaciones?
LECTROMAGNETISMO
CIRCUITOS MAGNÉTICOS
-Introducción
-Bobinado
-Entrehierro
-Reluctancia
-Excitación
-Flujo
-Longitud del circuito
-Permeabilidad del vacío
-Permeabilidad absoluta
-Circuito equivalente eléctrico
-Aplicación para el cálculo de circuitos magnéticos
-Excitación
-Núcleo
-Fuerza electromotriz
-Inductancia
-Intensidad
-Superficie del núcleo
-Número de espiras
-Permeabilidad relativa
-Analogía con los circuitos eléctricos
-Ejemplos
Introducción
Se denomina circuito magnético a un dispositivo en el que las líneas de fuerza del campo magnético están canalizadas a través de un material generalmente ferromagnético, lo que hace que el campo magnético se fluya, casi exclusivamente, por dicho material.
Las formas de estos dispositivos varían dependiendo de su función, aunque nosotros trataremos circuitos con simetrías simples, tales como la Figura 1, para facilitar el cálculo.
Figura 1
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Excitación
La excitación o alimentación no es más que la fuente de corriente con la cual se genera el flujo del circuito.
Esta fuente de suministro puede ser de muchos tipos dependiendo de la utilidad del dispositivo. Por lo general se utiliza corriente alterna aunque en algunos casos también la continúa.
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Bobinado
El bobinado rodea el núcleo, tiene forma de solenoide y somete al núcleo a un campo magnético constante en toda su sección, en una dirección que dependerá de la corriente. Es importante en el bobinado el numero de espiras N.
Figura 2
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Núcleo
El núcleo está diseñado para transportar el flujo creado por la corriente en el bobinado. Suele estar fabricado con materiales ferromagnéticos que tienen una permeabilidad mucho más alta que el aire o el espacio y por tanto, el campo magnético tiende a quedarse dentro del material.
Figura 3
A la hora de escoger o calcular el núcleo como se verá es importante tanto la sección S como la longitud l.
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Entrehierro
El entrehierro no es más que una zona donde el núcleo o camino del flujo sufre un salto o discontinuidad que se traduce en una zona con baja permeabilidad. Se representa tal y como se muestra en la Figura 4.
Figura 4
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Fuerza magnetomotriz
La fuerza magneto motriz (F.m.m) es aquella capaz de producir un flujo magnético entre dos puntos de un circuito magnético. La f.m.m se puede deducir de la ley de Ampere (Ecuación 1).
(1)
Donde N es el número de vueltas de la bobina o solenoide que alimenta el núcleo, e i la intensidad que circula por dicha bobina.
Sus unidades son Amperios · vuelta (A·v).
Si consideramos el campo constante a lo largo de toda la longitud del circuito:
(2)
Donde F es el flujo en el núcleo, y R la reluctancia del núcleo.
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Reluctancia
La reluctancia magnética de un material es la resistencia que éste posee al verse influenciado por un campo magnético.
Depende de las características del material, en el caso que nos concierne, del material del núcleo y de su forma. La reluctancia de un circuito magnético viene dada por la Ecuación 3.
(3)
Donde l es la longitud del núcleo, la permeabilidad del material, y S la superficie, perpendicular al flujo, del núcleo. El acoplamiento de la reluctancia en serie y/o paralelo en un núcleo, es idéntico al del acoplamiento de resistencias en un circuito eléctrico.
Si no se tiene acceso a los valores del núcleo también se puede calcular mediante la ecuación 4.
(4)
Donde es la fuerza magneto motriz, es el flujo en el núcleo, i la corriente en el bobinado de excitación y N el numero de espiras de dicho bobinado.
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Inducción B
La intensidad del campo magnético, a veces denominada inducción magnética, se representa por la letra B y es un vector tal que en cada punto coincide en dirección y sentido con los de la línea de fuerza magnética correspondiente. Se puede definir como el número de líneas de flujo por unidad de superficie que existen en el circuito magnético perpendiculares a la dirección del campo.
(5)
Donde es la permeabilidad del núcleo o material en el cual esta aplicado el campo, H es la excitación
magnética, S la superficie, perpendicular al flujo, del núcleo y el flujo en el núcleo magnético.
La unidad de la inducción es el Tesla (T).
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Excitación
Causa imanadora o excitación magnética por unidad de longitud del circuito magnético. Para su cálculo partiremos de la ley de ampere que establece que la circulación del vector H a través de un camino cerrado es igual al sumatorio de las corrientes que encierra dicha curva. En el caso de un circuito magnético tenemos la Ecuación 6.
(6)
Si consideramos el campo constante a lo largo de todo el circuito tenemos:
(7)
Donde l es la longitud del circuito magnético, i la intensidad que circula por la bobina y N el número de espiras de dicha bobina.
Las unidades de la excitación magnética son el amperio-vuelta por metro A·v/m
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Intensidad
Es la intensidad que aporta la fuente de alimentación a la bobina. Es la encargada de generar el campo magnético que origina el flujo en el núcleo del circuito. Para su cálculo se emplean las Ecuación 8.
(8)
Las unidades de la intensidad son el Amperio (A).
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Flujo
Es el producto vectorial de la inducción y el vector superficie:
(9)
Se denomina flujo disperso o simplemente dispersión F d . al flujo que no se concatena en el núcleo del circuito
magnético, es decir, aquel flujo que en lugar de cerrarse por el núcleo se cierra por el aire.
Aunque para cálculos más exactos es necesario tenerlo en cuenta, para los cálculos que se realizan en este trabajo se ha despreciado el flujo disperso.
En el Sistema Internacional, se mide en Weber (Wb). 1 Wb = 1 T m 2
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Superficie del núcleo
Figura 5
Es la superficie del núcleo perpendicular al campo generado por la bobina. Se mide en m2 .En ocasiones es necesario su cálculo para dimensionar el núcleo de las maquinas, para ello se emplea la Ecuación 10.
(10)
En ocasiones se dan los parámetros de forma del núcleo, en este caso el cálculo de la superficie se hará teniendo en cuenta estos parámetros.
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Longitud del circuito
Figura 6
Es la longitud total del recorrido del campo, depende de la forma del núcleo al igual que la superficie, pero, si no nos dan los valores geométricos del núcleo podemos emplear la Ecuación 11.
(11)
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Número de espiras
Es el número de vueltas que tiene el bobinado de excitación. Si no nos dan este valor podemos calcularlo mediante la Ecuación 12.
(12)
Figura 7.
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Permeabilidad del vacío
La permeabilidad del vacío, conocida también como constante magnética, se representa mediante el símbolo µ 0y tiene como valor de la Figura 8.
Figura 8
En un circuito magnético se utiliza para el cálculo de la permeabilidad absoluta y/o como la permeabilidad del entrehierro.
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Permeabilidad relativa del material
Permeabilidad relativa, denotada a veces por el símbolo µm , es el cociente de la permeabilidad absoluta del medio específico y la permeabilidad del vacío dada por constante magnética µ0 .
(13)
Los materiales se pueden clasificar según su permeabilidad magnética relativa en ferromagnéticos, diamagnéticos y paramagnéticos.
Para los núcleos de los circuitos magnéticos se utilizan materiales ferromagnéticos, cuyo valor de permeabilidad magnética relativa es muy superior a 1. Los materiales ferromagnéticos atraen el campo magnético hacia su interior. Esa propiedad recibe el nombre de ferromagnetismo. Ejemplos de ellos son el hierro y el níquel.
Figura 9: Gráfica de variación de la permeabilidad en los materiales ferromagnéticos.
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Permeabilidad absoluta
Para comparar entre sí los materiales, se utiliza la permeabilidad magnética absoluta (µ) como el producto entre la permeabilidad magnética relativa (µr) y la permeabilidad magnética de vacío (µ0):
µ =µ r·µo (13)
Posee las mismas dimensiones que la permeabilidad del vacío, µ0 , esto es, se mide en T·m/A.
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Analogía con los circuitos eléctricos
Se puede hacer una analogía entre circuitos magnéticos y eléctricos.
En un circuito magnético existe una fuerza magneto motriz equivalente a la fuerza electromotriz o voltaje de los circuitos eléctricos. En un circuito magnético, al igual que en una fuente de voltaje, la fuerza magneto motriz tiene una polaridad asociada, y depende de la entrada y salida del flujo (positivo por donde sale el flujo y negativa por
donde entra o regresa a la fuente). El sentido del flujo se determina por medio de la regla de la mano derecha.
Tal y como en un circuito eléctrico una fuerza electromotriz produce una corriente, en el circuito magnético la
fuerza magneto motriz produce un flujo . La reluctancia de un circuito magnético es equivalente a la resistencia eléctrica, donde la permeabilidad es análoga a la resistividad. Las reluctancias obedecen las mismas reglas que las resistencias en el circuito eléctrico.
Para analizar un circuito magnético, considerando la analogía que existe entre este y el circuito eléctrico, podemos utilizar las ecuaciones que rigen estos últimos tales como la ley de ohm, y las leyes de Kirchhoff…. (Tabla 1).
Tabla 1
Pero también existen sus diferencias :
En un circuito eléctrico las cargas se mueven a lo largo del circuito, sin embargo en los circuitos magnéticos no existe movimiento de flujo.
En los circuitos eléctricos la intensidad de corriente es constante, a no ser que existan ramificaciones, sin
embargo, en los circuitos magnéticos hay pérdida de flujo al exterior, que puede ser a veces mayor que la que circula por el circuito. Es el denominado anteriormente flujo disperso.
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Circuito equivalente eléctrico
Para entender mejor el circuito equivalente, es necesario conocer bien las equivalencias tanto de la Tabla 1 como la Tabla 2.
Tabla 2
Si ahora consideramos un circuito como el de la Figura 10.
Figura 10
Las equivalencias estudiadas anteriormente y la Figura 10 conducen de inmediato a considerar un circuito como el de la Figura 11.
Figura 11
Donde F es la fuerza magneto motriz de la fuente, el flujo en el núcleo, R n es la reluctancia en el núcleo
que tiene una caída de fuerza magneto motriz asociada Fn , R a es la reluctancia en el entrehierro que tiene una caída de fuerza magneto motriz asociada Fa .
Es fácil intuir la similitud con un circuito eléctrico como el de la Figura 12, y por lo tanto , la aplicación de las reglas de resolución del mismo (Tabla 3) .
Figura 12
Tabla 3
En los casos anteriores se ha descartado el flujo disperso, aunque en la mayoría de los casos este flujo se ignora,
dada la complejidad para su cálculo, si fuese necesario pondremos una resistencia en paralelo con y Ra que represente estas pérdidas, Figura 13.
Figura 13
Que es equivalente al circuito eléctrico de la Figura 14.
Figura 14
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Ejemplos
Ilustraremos lo explicado con algún ejemplo. Salvo que se diga lo contrario se considerara el flujo disperso nulo, el área S del núcleo constante a lo largo del mismo y el área del entrehierro igual a la del núcleo
El ejemplo más sencillo es un circuito como el representado en la Figura 15.
Figura 15
Para su cálculo primero diseñaremos el circuito equivalente.
Figura 16
La longitud total media del circuito es lt =4·l , y la reluctancia podemos calcularla con las Ecuación 14.
(14)
La intensidad i necesaria para generar el flujo viene dada por la Ecuación 15.
(15)
Y el flujo:
(16)
En el supuesto de un circuito con entrehierro como el de la Figura 17 el circuito equivalente es el de la Figura 18.
Figura 17
Figura 18
En este caso se procede primero al cálculo de las reactancias del núcleo y del entrehierro. Para ello se toma como longitud media total del núcleo ln =4·l - l a , donde a es la longitud media del entrehierro.
Por tanto las reactancias serán:
(17)
Donde es la reactancia del núcleo, la permeabilidad del núcleo, la reactancia del entrehierro y su permeabilidad que, en ocasiones, si el entrehierro es de aire, se sustituye por la permeabilidad del vacío.
Por tanto la reactancia total del circuito será:
(18)
La intensidad vendrá dada por:
(19)
Y el flujo:
(20)
Otro caso especial es el circuito con núcleo de tres columnas (usado en transformadores trifásicos).
Figura 19
Para facilitar el cálculo en este caso dividiremos el núcleo en partes iguales como las de la Figura 20, cada una de
las cales tiene una reluctancia
Figura 20
(21)
El circuito equivalente no será más que una combinación serie-paralelo de reluctancias como las de la Figura 20 en este caso el circuito será el indicado en la Figura 21.
Fgura 21
Para resolverlo reduciremos el circuito a una reluctancia única como la de la Figura 22 (c).
(a) (b) (c)
Figura 22
En la Figura 22 (c) se tiene:
(22)
Una vez obtenido el flujo es fácil obtener el y el a partir de la Figura 22 (a) ya que no es más que un divisor de flujo (similar al divisor de intensidad de un circuito eléctrico.
(23)
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Aplicación para el cálculo de circuitos magnéticos
En muchos de los problemas que se proponen a lo largo de la vida de estudiante y de los profesionales es necesario el cálculo del campo magnético en una determinada zona del espacio, sin casi conocimiento de las características del circuito que genera dicho campo.
Existen diversos métodos para el cálculo de dichos campos, uno de estos mediante una célula Hall como la descrita anteriormente.
Para describir este método se ha creado una aplicación (Figura 23) en la que se dispone de un circuito magnético (en el cual se pueden modificar todas sus variables) y donde se puede aproximar el cálculo del campo magnético creado mediante una célula Hall, insertada en el entrehierro.
Figura 23
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E.T.S.I. Industriales Rúa Maxwell 9
36310 Vigo. Pontevedra (SPAIN)
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Actualizada el 02-M
El flujo magnetico Aplicaciones en la ingenieria
LA ÉPOCA MODERNA
EN ESTE capítulo presentaremos algunas de las aplicaciones del magnetismo y su influencia en el mundo moderno. Podemos decir que la revolución que está sufriendo el mundo en el campo tecnológico y que afectará sin duda toda la vida cultural, política y social de lo que resta del siglo y del subsiguiente, es producto en gran medida del avance de la física. Esto se ve de manera particular en el desarrollo de la microelectrónica y de otras áreas de alta tecnología que utilizan los principios del electromagnetismo en el diseño de aparatos y sistemas de información, medición, etc. Asimismo, la creación de nuevos materiales y su aplicación se basa en gran medida en el conocimiento logrado en el electromagnetismo y la mecánica cuántica.
Por supuesto que el magnetismo halló aplicación desde el siglo pasado. El teléfono y el telégrafo alrededor de 1880 eran aparatos activados por baterías y, basados en el descubrimiento de Oersted, las grandes aplicaciones a la ingeniería de la inducción electromagnética son el motor eléctrico y el dínamo. El mismo Henry, codescubridor de la inducción electromagnética, había construido un motor en 1831 y diseñado juguetes primitivos. Edison inventó un generador bipolar en 1878, un año antes de inventar el filamento de luz eléctrico. El hecho de que hubiera un generador de potencia hizo que el uso de luz eléctrica se difundiera rápidamente. Con el experimento de Hertz se sentaron las bases para la transmisión inalámbrica de ondas de radio. De la misma forma, aparatos como la radio y la televisión utilizan muchos de los conocimientos que sobre electromagnetismo se generaron en las primeras decenas del siglo XX.
Las aplicaciones que se realizan en la actualidad son variadísimas y la ciencia del magnetismo se ha vuelto central en nuestra tecnología como medio ideal de almacenamiento de datos en cintas magnéticas, discos magnéticos y burbujas magnéticas. Además, se empieza a aplicar en la medicina. Como ya lo mencionamos, el desarrollo de nuevos materiales y su aplicación a modernas tecnologías es uno de los dínamos que mueven a la sociedad posindustrial representada por los Estados Unidos y, sobre todo, por Japón, donde, por cierto, la llegada de Ewing a fines del siglo pasado motivó un esfuerzo sin precedente de Honda para desarrollar el estudio del magnetismo. Por su parte, los otros países desarrollados también poseen un gran acervo de conocimientos para obtener un considerable avance en el campo. En cuanto a los países subdesarrollados el gran desafío consiste en utilizar en forma óptima los escasos recursos
(sobre todo humanos) que se tienen para no quedar a la zaga de esta explosión científica y tecnológica.
A continuación presentaremos en forma selectiva algunos de los usos del magnetismo en diversas áreas. Esta descripción no pretende cubrir todos los temas de aplicación del magnetismo, ni mucho menos asegurar que los temas que tratamos están desarrollados exhaustivamente. Sólo queremos presentar un panorama de las inmensas posibilidades que en este campo existen cuando la ciencia y la tecnología se conjugan en forma imaginativa. Para esto examinaremos el área de nuevos materiales magnéticos sólidos, los ferrofluidos, la tecnología en informática basada en el magnetismo, la resonancia magnética nuclear en la medicina y el efecto de campos magnéticos en tecnología nuclear.
ALEACIONES Y COMPUESTOS CRISTALINOS
Una de las ramas importantes del magnetismo se ocupa de los efectos que influyen en la estructura y formación de dominios magnéticos tanto en bulto como en películas delgadas. En forma específica, del comportamiento de materiales magnéticos granulares que no contengan dominios, sino que sean dominios únicos (como en el caso de las bacterias discutido anteriormente). Esto es muy importante, ya que sus propiedades son más fáciles de entender. Cuando se dice que un material es magnéticamente duro significa que las partículas que lo componen son muy anisotrópicas y, por lo tanto, que su rotación se dificulta. De esta manera, una gran cantidad de materiales como rocas, magnetita, etc., han sido investigados y utilizados sobre todo en medios de grabación magnética.
Existe un gran interés por estudiar aleaciones compuestas por materiales magnetoelásticos especiales que tengan aplicaciones en sellos metalo-vidriosos, tubos de guía de onda, etc. La cancelación que ocurre entre la expansión térmica positiva de la mayoría de los materiales y la contribución magnética negativa origina que en aleaciones llamadas invar (como fierro-níquel) expansión térmica sea casi nula. Otras aleaciones como níquel-platino, que es cristalina, y fierro-boro, que es amorfa, muestran una gran potencialidad para aplicaciones como las arriba mencionadas.
Otra aplicación de aleaciones magnéticas amorfas proviene de que se necesitan materiales magnéticos a los se les pueda cambiar su dirección de magnetización con poco gasto de energía. Estos materiales encuentran su uso en transformadores y se necesitan para minimizar pérdidas por calor. En aleaciones magnéticas producidas por templado rápido y de composición fierro-níquel metaloide (como silicio, bario, etc.) se minimiza la formación de anisotropías de los dominios magnéticos y el material es magnéticamente más suave.
El llamado mérito de un imán permanente está en relación con la intensidad de su magnetización permanente. El obtener aleaciones permanentes de, por ejemplo, hierro-neodinio-boro, ya sea por templado rápido o por técnicas menos sofisticadas, ha permitido nuevas aplicaciones. La extrema dureza de estos materiales tiene su origen en la estructura cristalina tetragonal, la cual aumenta la anisotropía magnética. La aplicación de estos materiales aún no ha sido evaluada completamente.
Transductores que transformen movimientos mecánicos en señales eléctricas son fundamentales para la industria moderna. Los transductores basados en el magnetismo utilizan el hecho de que al aplicar un esfuerzo las propiedades magnéticas del material utilizado como transductor varían en forma proporcional. A esto se le conoce como magnetostricción. Los nuevos compuestos policristalinos muestran una magnetización 50 veces mayor que el níquel. Las aplicaciones en la industria militar son obvias (detección de submarinos).
De lo anteriormente expuesto es claro que la búsqueda de materiales magnéticos con propiedades específicas para cientos
de aplicaciones está en pleno auge.1 Sin lugar a dudas la computadora ayudará al diseño y estudio de materiales sólidos con un comportamiento extremo. A continuación estudiaremos con más detalle un material líquido extremadamente interesante, tanto desde el punto de vista científico como desde el tecnológico.
Cuales son las incidencia en el medio ambiente y los seres vivos de la exposicion de flujos magneticos en el medio ambiente
OS CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS: ¿UN PROBLEMA DE SALUD PÚBLICA?
J. Antonio Heredia-Rojas, Laura Rodríguez-Flores, Martha Santoyo-Stephano, Esperanza Castañeda-Garza, Abraham Rodríguez-De la Fuente.Facultad de Ciencias Biológicas, Universidad Autónoma de Nuevo León (México)E mail [email protected] y jheredia [email protected]
Introducción
Desde que el hombre apareció en el planeta ha convivido con los campos magnéticos de la tierra y con los campos electromagnéticos provenientes del espacio exterior, los que probablemente tuvieron y tienen influencia sobre
diversas funciones biológicas. Como resultado del avance tecnológico que conlleva a un aumento en el uso de la energía eléctrica, en este último siglo el ser humano está cada vez más expuesto a campos electromagnéticos (CEM) de frecuencia extremadamente baja particularmente de 50-60 Hz, similares a los producidos por el tendido eléctrico y una gran variedad de aparatos electrodomésticos. Por otra parte, las personas ocupacionalmente expuestas a campos magnéticos incluyen, entre otros, operadores de resonancia magnética, radar y radiofrecuencia, instalaciones de física especializada y biomédica, trabajadores de fundición eléctrica y procesos electrolíticos.
A finales de los años setenta aparecieron trabajos que sugerían la asociación entre CEM y cáncer, particularmente leucemia infantil (1). A partir de entonces se han llevado a cabo una gran cantidad de estudios, tanto epidemiológicos como de laboratorio, para tratar de establecer una posible relación entre la exposición a CEM y enfermedades del ser humano (2). En la presente revisión, se tratará de dar una aproximación al contexto actual sobre la controversia que se ha dado acerca del riesgo potencial que representa el estar sometido a la influencia de campos magnéticos y si esto podría llegar a convertirse en un problema de salud pública. Asimismo se presenta un resumen de la experiencia de siete años de trabajo en que hemos investigado el efecto biológico de los campos magnéticos.
Física de los Campos Electromagnéticos
Wood (3), señala que en los tiempos de Tales de Mileto (640 – 546 a. C.), el hombre hablaba de atracciones magnéticas. Desde hace más de dos mil años, los chinos utilizaron la brújula magnética para orientarse en sus viajes marítimos y por los desiertos de Mongolia. Como es sabido, el fundamento de la brújula es adoptar una orientación, la cual esta dada por un campo magnético periférico.
Ya en tiempos modernos, el físico danés Hans Christian Oersted, en 1820, observó que la orientación de la aguja de una brújula puede cambiar por la acción de una corriente eléctrica de forma semejante a como lo hacía un imán. Esto lo llevó a pensar que alrededor de un conductor de electrones se forma un campo que se manifiesta como un imán, siendo así como relacionó el magnetismo con la electricidad (4).
Un campo magnético se define como la región en el espacio en el que un objeto magnetizado puede, a su vez, magnetizar a otros cuerpos. De acuerdo a la distribución de su intensidad se pueden clasificar en:
a. Homogéneos: en donde la intensidad del campo es uniforme.
b. Heterogéneos: en donde la intensidad disminuye proporcionalmente con la distancia del centro.
Y de acuerdo a sí son constantes o variables en el tiempo se clasifican en:
a. Estáticos: las líneas de fuerza y su dirección son constantes en el tiempo.
b. Oscilantes: la carga se alterna en cada impulso a la vez que la intensidad también varía.
Tomando en cuenta ambos criterios de clasificación, el efecto de los campos magnéticos sobre los diversos sistemas biológicos dependerá de sí éste es homogéneo, heterogéneo, estático u oscilante (5).
Por otro lado, un campo eléctrico se origina por cargas eléctricas estáticas. Cuando el campo magnético y eléctrico en una región determinada varían en el tiempo, ambos se relacionan de tal manera que todo campo eléctrico que varíe con el tiempo, siempre va acompañado de un campo magnético también variable y viceversa, por lo tanto, el así llamado campo electromagnético, es resumido por Parker (6) como la interrelación entre campo eléctrico y magnético en una sola entidad física.
Según Stewart (7), en general para la transmisión de corriente alterna (A. C.), en Norteamérica, la frecuencia es de 60 Hertz (Hz) y para Europa y otras regiones, es de 50 Hz, entendiéndose por frecuencia el número de ciclos completos por unidad de tiempo. En el Sistema Internacional de Unidades 1 ciclo/1 seg. equivale a 1 Hz.
Por otra parte, en un campo magnético la fuerza esta dada por la densidad de flujo magnético (también llamada intensidad magnética), siendo esta el número de líneas de fuerza que pasan por unidad de área. La unidad en el sistema sexagesimal para la intensidad magnética es el Oersted (Oe) establecido en 1932 por acuerdo internacional, como sustituto de Gauss (G), aunque sigue utilizándose más éste ultimo en la literatura. Para el Sistema Internacional de Unidades la densidad de flujo magnético está dada en Teslas (T), en donde cada T equivale a 10,000 G (8).
A su vez, la intensidad de un campo magnético depende no solo de una variable eléctrica, sino además de la distancia, su magnitud se relaciona directamente con el flujo de corriente (medido en amperes) y es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. En forma similar, la magnitud del campo eléctrico está en proporción directa al voltaje y decrece conforme la distancia aumenta (9).
Efectos Biológicos de los Campos Magnéticos
Debido a su composición electrolítica los seres vivos son por lo general buenos conductores de la electricidad. A través de las membranas celulares y de los fluidos corporales intra y extracelulares existen corrientes iónicas, especialmente en las células nerviosas y musculares a las cuales debe estar asociado un campo magnético. Además, en los sistemas biológicos existen estructuras magnéticamente influenciables como los radicales libres que presentan propiedades paramagnéticas y aquellas en las que intervienen sustancias ferromagnéticas. La respuesta de un sistema biológico a un campo magnético externo depende tanto de las propiedades magnéticas intrínsecas del sistema como de las características del campo externo y de las propiedades del medio en el cual tiene lugar el fenómeno (10).
Experimentalmente se ha probado que en los cambios que sufren algunos parámetros de los sistemas biológicos por la acción de los campos magnéticos influyen no solamente la intensidad, sino también las características espaciales y temporales de dicho campo (11). Dentro de este contexto es diferente el efecto de un campo estático, que solamente produciría una rotación de los dipolos magnéticos tendiendo a orientarlos en la dirección del campo y restringiendo su movilidad , ocasionando así un efecto significativo si éstos participan en reacciones químicas. En contraste, un campo oscilante que presenta variaciones periódicas con el tiempo y que puede inducir movimientos sobrepuestos a la oscilación en los dipolos magnéticos moleculares, podría afectar la velocidad de las reacciones químicas dependiendo de la amplitud, frecuencia y sentido de las variaciones del campo magnético. En la literatura científica un gran número de trabajos prueban el efecto de los campos magnéticos sobre reacciones enzimáticas in vitro, dando efectos cualitativa y cuantitativamente diferentes dependiendo de la reacción que se trate y de las características del campo (12).
Por otra parte, en los seres vivos que se desplazan en el seno de un campo magnético como el terrestre, se induce una diferencia de potencial que puede alterar su motilidad. Aunque el campo geomagnético es relativamente débil, estos efectos han sido observados en elasmobranquios. Se sabe que los tiburones y rayas poseen mecanismos basados en la inducción electromagnética para orientarse y localizar a sus presas y que la intensidad del campo magnético puede ser un factor limitante en la capacidad de respuesta del sujeto. También se ha propuesto que las aves migratorias poseen un mecanismo de orientación para la navegación basado en la generación de potenciales eléctricos inducidos electromagnéticamente. Igualmente, se ha encontrado que algunos microorganismos, particularmente bacterias, tienen la propiedad de orientar su movimiento en respuesta a un campo magnético externo (magnetotactismo), estas bacterias contienen una o dos cadenas intracelulares ricas en partículas de fierro. Asimismo se han descrito propiedades de magnetosensibilidad para una gran diversidad de insectos migratorios y aún en el ser humano, aunque en éste último el hallazgo es controversial (13).
Por otra parte, las ondas de radio y algunos tipos de luz ultravioleta, son algunas radiaciones no ionizantes a las que el hombre está frecuentemente expuesto. Los efectos biológicos de las primeras están siendo determinados en la actualidad, mientras que el daño que produce la luz ultravioleta en el ADN se ha relacionado con la formación de dímeros de timina, que es la lesión más frecuentemente inducida por esta radiación, por lo general estos daños son eliminados por las células a través de mecanismos de reparación por escisión. Si las células expuestas no son eficientes en este tipo de reparación, el daño al ADN permanecerá y la célula sufrirá alteraciones considerables como en el caso del Xeroderma pigmentosum y del cáncer en la piel (14).
Por otro lado, radiaciones no ionizantes de frecuencia extremadamente baja como es el caso de los campos magnéticos de 60 Hz han mostrado tener efectos sobre los sistemas biológicos y se ha informado que éstos pueden afectar la velocidad de las reacciones y una gran cantidad de procesos bioquímicos. Asimismo, se ha informado que los CEM tienen efectos sobre la síntesis de ADN, ARN y proteínas, cambios en la producción de hormonas; modificación de la respuesta inmune y en el grado de crecimiento y diferenciación celular (15).
Adicionalmente se han obtenido evidencias experimentales que sugieren que los CEM afectan el crecimiento y proliferación en varios tipos de células. (16,17,18,19)
Desde el punto de vista físico, se ha demostrado que es el campo eléctrico inducido por el campo magnético variable el que determina la respuesta celular. Sin embargo, la influencia de un campo magnético estático añadida al campo variable, también ha quedado demostrada, por lo que el mecanismo de interacción es más complejo que la sola influencia de campos eléctricos inducidos. Se supone que la interacción principal ocurre en la membrana celular y más específicamente en los canales iónicos, siendo los del calcio los que participan más activamente en las alteraciones biológicas (20).
Se ha evaluado también el efecto de los campos eléctricos en embriones. En un estudio, se expusieron ratones C3H/He machos, a un campo eléctrico de 20 kV/m de 50 Hz de frecuencia por dos semanas. Después, cada ratón macho fue apareado con 2 hembras diferentes cada semana durante un período de 8 semanas para que las hembras fueran fecundadas por los ratones que habían sido expuestos al campo eléctrico y no se encontraron alteraciones en la sobrevivencia de los embriones (21).
En otro estudio Nordstrom y cols. (22) encontraron un incremento en la frecuencia de malformaciones congénitas en niños cuyos padres trabajaban en fuentes generadoras de alta tensión, lo cual podría indicar, efecto a nivel genético de los CEM.
Por otra parte, es bien sabido que los CEM pueden producir una variedad de efectos benéficos en los sistemas biológicos. Los campos magnéticos pulsantes por ejemplo, son usados para la reparación de fracturas óseas, Andrew y Basset (23), mostraron que el tejido óseo es sensible a campos magnéticos y eléctricos de baja frecuencia. Primero se sometió al tejido a un campo magnético variable de baja frecuencia y se detectó que en el tejido se inducía una corriente, ya que la lectura del voltímetro se modificaba en presencia de dicho campo. De este modo se inicio el estudio de la posible utilización de campos magnéticos para la terapia de fracturas persistentes y en algunos casos, de osteoporosis.
Campos Electromagnéticos y Cáncer
Recientemente se ha discutido la posible asociación de la exposición a CEM con el desarrollo de leucemia aguda y se ha propuesto una relación entre la forma de exposición al campo magnético en niños y adultos, sin embargo, no se han definido bien a estos agentes físicos como causantes de la enfermedad (24).
Asimismo, en varios estudios epidemiológicos se ha correlacionado la exposición de seres humanos a campos electromagnéticos con una alta incidencia de cáncer. (25,26,27,28,29)
En contraste, Costa y Hoffmann (30), descubrieron que campos magnéticos de alta intensidad, en el intervalo 1 a 50 T, con una frecuencia de 5 a 1000 KHz, reducen la concentración de células malignas en tejido animal. Por lo general para el tratamiento del cáncer, el tejido enfermo se somete de 1 a 1000 pulsos de 100 m seg a un segundo de duración dependiendo del tipo de tumor. El efecto de este tratamiento es la reducción en el número de células malignas; después se aplica la quimioterapia. La ventaja es que no se genera calor en el tejido y aunque el tejido normal también sufre alteración, el cambio es menor comparado con el efecto que tiene en las células cancerosas. En adición, las células del sistema inmunológico no se afectan con el tratamiento por lo que el efecto neto en el organismo es favorable.
Por otro lado, se han postulado teorías acerca de la posibilidad de carcinogénesis asociada con los CEM. Así, Fitzgerald (31), propuso un mecanismo para explicar la formación de un tumor debido a esta causa en el cual se tienen al menos dos etapas: 1) Etapa de iniciación, en la cual el ADN es dañado por un agente externo, produciendo ADN anormal y dando lugar a la expresión de proteínas anormales. Para la iniciación se requiere suficiente energía para romper los enlaces químicos del ADN (más de la que pueden proporcionar los CEM a los cuales estamos habitualmente expuestos). 2) Etapa de promoción, que es el período de latencia entre la exposición a un carcinógeno y la manifestación de cáncer. De acuerdo a lo anterior los CEM actuarían más bien como promotores que como iniciadores, ya que acelerarían el proceso de desarrollo de cáncer más que inducirlo directamente.
En un estudio experimental (32) se indujeron tumores mamarios en ratas utilizando el 7, 12 dimetilbenzantraceno (DMBA) a un grupo de 99 ratas hembras para luego exponer a campos magnéticos de 100 m T por 24 horas diarias durante 7 días; otro grupo de 99 ratas fue utilizado como testigo bajo las mismas condiciones ambientales que el grupo expuesto al tratamiento. Los resultados indicaron que las ratas tratadas con DMBA y expuestas por un largo período al campo magnético, manifestaron un crecimiento e incidencia de tumores mamarios malignos mayor que el del grupo no expuesto al campo magnético.
Por otro lado se ha observado que cuando se exponen cultivos de células cancerosas a campos magnéticos, se presentaba un aceleramiento significativo en el crecimiento celular, el cual continuaba a una tasa rápida aún después de la exposición al campo magnético. Asimismo, en ratas en las que se indujo la formación de tumores mamarios químicamente, se encontró que presentaban un grado mayor de crecimiento de tumor cuando se exponían a campos magnéticos de baja frecuencia (33)
Por otra parte, se ha sugerido que el riesgo de leucemia infantil puede estar relacionado con los efectos combinados de campos magnéticos estáticos y de campos magnéticos de frecuencia extremadamente baja(34). También en otro estudio (35), se ha sugerido que los CEM tienen relación con el cáncer, para esto, se incubaron cultivos de sangre periférica en presencia de un CEM de 5 mT y 50 Hz de frecuencia. Los resultados obtenidos indicaron que los efectos carcinogénicos originados por los CEM no son de tipo iniciador, pero probablemente tengan efectos promotores.
Efectos Genéticos de los Campos Electromagnéticos
No hay a la fecha un consenso general acerca del efecto genotóxico atribuído a la exposición a CEM de 60 Hz, sin embargo se han realizado diversos estudios que incluyen una diversidad de modelos biológicos, por ejemplo en una investigación se expuso a Salmonella typhimurium previamente tratada con azida (mutágeno químico) a un CEM de 2 Gauss y de 60 Hz de frecuencia, y se encontró un incremento de 14% en la tasa de mutación (36).
Por otro lado, Koana y cols. (37), estimaron los efectos genéticos de los campos magnéticos sobre la mosca de la fruta Drosophila melanogaster. Las larvas jóvenes tanto de genotipos normales y mutantes fueron expuestas a un campo magnético homogéneo de 0.6 T por 24 h, y luego fueron dejadas para continuar el desarrollo bajo condiciones de cultivo normal y finalmente emerger al estadío de pupa. Después de la eclosión los sobrevivientes fueron contados y se encontró que el número de adultos de genotipo mutante, aumentó aproximadamente un 8 % comparado con el grupo control, lo cual sugiere que el campo
magnético estático provoca daño a nivel del DNA de células larvarias eliminando los homocigóticos recesivos.
En lo que respecta al efecto en cromosomas, Nordenson y cols. (38) expusieron células amnióticas de humano a un campo magnético sinusoidal de 30µT y de 50 Hz por espacio de 72 h y encontraron un incremento en la frecuencia de aberraciones cromosómicas comparado con un grupo no expuesto.
En contraste Galt y cols. (39) probaron el efecto de un CEM de 30µT de 50 Hz sobre células amnióticas humanas durante un período de exposición de tres días, con el fin de confirmar los experimentos realizados por Nordenson y colaboradores en los cuales el rompimiento de cromosomas y la formación de gaps era relativamente alta después de la exposición. Pero ellos no encontraron incremento de daño a los cromosomas en las células expuestas a campos electromagnéticos.
En un estudio relacionado a los anteriores, se encontró un incremento significativo de aberraciones cromosómicas cuando exponían cultivos de linfocitos periféricos de bovino a CEM de 50 Hz. También se observó un incremento en el número de aberraciones cromosómicas en células tumorales de ratón después de exponerlas a campos electrostáticos y también en linfocitos expuestos a microondas (40).
En otra investigación, se expusieron líneas celulares linfocíticas de pacientes con síndromes de inestabilidad cromosómica a campos magnéticos de 1-2 Gauss de 60 Hz, y no encontraron efecto en la frecuencia de intercambio de cromátidas hermanas y rompimiento de cromosomas (41).
Por otro lado, en otro trabajo se analizaron linfocitos humanos periféricos de 32 trabajadores ocupacionalmente expuestos a transformadores que generan campos magnéticos intensos por más de 20 años y no se encontraron cambios en la frecuencia de aberraciones cromosómicas ni del intercambio de cromátidas hermanas (42).
Además, en otro estudio relacionado, se expusieron linfocitos humanos in vitro a campos electromagnéticos de 2.5 mT. y los resultados obtenidos no demostraron efecto genotóxico ocasionado por los mismos (43).
Por otra parte Rosenthal y Obe (44), expusieron linfocitos humanos periféricos a CEM y encontraron que no alteraban la frecuencia espontánea de intercambio de cromátidas hermanas y aberraciones cromosómicas, pero cuando se sometían linfocitos previamente expuestos a mutágenos químicos a la acción de los CEM, se encontró una frecuencia de intercambio de cromátidas hermanas mayor qué cuando estaban en presencia del mutágeno químico, pero en ausencia del campo magnético, lo cual sugería un efecto sinérgico.
En otro trabajo se estudió el efecto in vitro de los campos electromagnéticos pulsantes de 10, 20 y 40 Gauss por 48 horas sobre linfocitos humanos periféricos, utilizando la prueba citogenética de intercambio de cromátidas hermanas y no encontraron diferencia estadísticamente significativa entre los grupos expuestos a CEM y el testigo (45).
Sin embargo Khalil y Qassem (46) expusieron linfocitos humanos a CEM de 1.05 mT y frecuencia de 50 Hz por 24, 48 y 72 h y encontraron disminuida la actividad mitótica y un alto índice de aberraciones cromosómicas.
Por otra parte, se realizaron exposiciones de linfocitos humanos a campos eléctricos (0.5,2.0,5.0 kV/m) de 50 Hz para ver si estos producían efecto genotóxico (estudiando la formación de micronúcleos) in vitro. Se encontró que los campos eléctricos de 50 Hz de frecuencia no producen efectos genotóxicos a nivel cromosómico (47).
En otro trabajo realizado en seres humanos, se determinó la frecuencia de aberraciones cromosómicas, intercambio de cromátidas hermanas, índice de replicación y micronúcleos en
linfocitos periféricos de 27 muestras de trabajadores de fuentes de alta tensión, que tuvieron períodos prolongados de exposición a los CEM de 50 Hz y 27 muestras de trabajadores de la línea telefónica que servían como grupo de referencia. Lo que se obtuvo fue que no existían diferencias estadísticamente significativas entre los grupos en el análisis de intercambio de cromátidas hermanas, índice de replicación o formación de micronúcleos. Sin embargo, se observó un incremento con el rompimiento de cromosomas en los trabajadores de fuentes de alta tensión comparado con el grupo de referencia, por lo cual se sugiere que la exposición a CEM 50 Hz está asociada con un incremento en el rompimiento de cromátidas (48).
Evaluación del Potencial Genotóxico y Citotóxico de Campos Electromagnéticos de 60 Hz.
En años recientes, se ha trabajado en el laboratorio de Física de la Facultad de Ciencias Biológicas de la Universidad Autónoma de Nuevo León, sobre un proyecto de largo alcance que tiene como propósito evaluar el riesgo genotóxico y/o citotóxico asociado con una exposición a CEM oscilantes de 60 Hz similares a los generados por el tendido eléctrico, sub-estaciones de distribución y en general por dispositivos que funcionan con electricidad de la red de corriente alterna y que circundan nuestro medio ambiente, en células de mamífero. Se midió la influencia de estos campos magnéticos en cultivos de Linfocitos humanos (49) a intensidades de 1.0, 1.5 y 2.0 mT y se observó un aumento en la proliferación celular, evaluado por el índice mitótico y proliferativo. Asimismo evaluamos el efecto de los CEM en células sanguíneas circulantes de ratón in vivo (50) y encontramos que los linfocitos disminuyen y los neutrófilos se incrementan en respuesta a un tratamiento magnético similar al utilizado para el caso de los linfocitos in vitro. También, se ha estudiado en nuestro laboratorio el efecto clastogénico en células de médula ósea de ratón in vivo y se encontró un aumento en la frecuencia de células micronucleadas, lo que es un indicador de rupturas cromosómicas, en animales tratados a las intensidades magnéticas antes mencionadas (51). Sin embargo, al estudiar los efectos de este factor físico sobre células germinales reproductoras de ratón in vivo, no se encontró efecto citotóxico o genotóxico al evaluar aberraciones en cromosomas meióticos y alteraciones morfológicas de células espermáticas (52). Recientemente se estudiaron los efectos agudos de 1.0 mT de CEM de 60 Hz sobre funciones ex vivo de macrófagos y linfocitos murinos y sobre crecimiento de células tumorales y no se detectó ningun cambio, en comparación con animales no tratados (53).
Conclusión
Basados en lo anteriormente mencionado, no se puede afirmar contundentemente que los campos electromagnéticos puedan considerarse un problema de salud pública generalizado, sin embargo, hay suficiente evidencia de que estos campos representan una forma de energía que conviene evitar. Recientemente se ha postulado que los campos magnéticos del medio ambiente juegan un papel importante en la alteración de la expresión génica lo que puede tener consecuencias negativas sobre la salud humana(54). También se ha dicho que la gran variabilidad y lo controversial de los resultados, se debe a que hay demasiadas variables involucradas y que no todos los experimentos se realizan con la rigurosidad necesaria (55).
Por otro lado, es evidente que a través del tiempo ha sido creciente la cantidad de agentes físicos y químicos a los que nos vemos expuestos como producto del desarrollo tecnológico e industrial, en consecuencia también ha aumentado el interés público por los posibles efectos negativos que para la salud pudiera tener la exposición a estos factores. Si bien, para una gran cantidad de éstos (pesticidas, metales pesados, radiaciones ionizantes, etc.) ya se han comprobado efectos adversos para la salud, existen otros agentes que son objeto de gran controversia debido a que sus efectos no han sido determinados con claridad, como anteriormente se indicó al respecto de la exposición de CEM de frecuencia extremadamente baja.
Los resultados de las investigaciones aquí presentadas, incluyendo nuestra propia experiencia, sugiere que los campos magnéticos son capaces de modificar actividades celulares, y que esto debe ser considerado en la estimación del riesgo potencial que representa una exposición laboral o ambiental a estos agentes físicos.
Resumen
En la presente revisión, se da una aproximación al contexto actual sobre la controversia que se ha dado acerca del riesgo potencial que representa el estar sometido a la influencia de campos magnéticos y si esto podría llegar a convertirse en un problema de salud pública. Los resultados de las investigaciones aquí presentadas, sugieren que los campos magnéticos son capaces de modificar actividades celulares, y que esto debe ser considerado en la estimación del riesgo potencial que representa una exposición laboral o ambiental a estos agentes físicos
Palabras clave: campos electromagnéticos, salud pública
Abstract
In the present revision, an approach to the present context occurs on the controversy that has occurred about the potential risk that represents being submissive the influence of magnetic fields and if this could get to become a problem of public health. The results of the investigations presented here, suggest them magnetic fields are able to modify cellular activities, and that this must be considered in the estimation of the potential risk that represents a labor or environmental exposition these physical agents
Key words:Electromagnetic field, Public health
Referencias
1.- Wertheimer C.L. and E. Leeper 1979. Electrical wiring configurations and childhood cancers. Am. J. Epidemiol. 109: 273-284.
2.- Juutilainen J. and S. Lang 1997. Genotoxic, carcinogenic and teratogenic effects of electromagnetic fields. Introduction and overview. Mutat. Res. 387: 165-171.
3.- Wood R. 1991. Magnetismo: De la brújula a los imanes superconductores. 1ª. Edición. McGraw-Hill. Capítulo 12 Biomagnetismo. pp 165-173.
4.- Galar-Castelan I. 1988. Electricidad y magnetismo para Estudiantes de Ciencias Biológicas. Editorial Limusa.1ª. Edición. Mex., pp. 223-237.
5.- Pothakamury U.R., B.J. Barletta, G.V. Barbosa y B.G. Swanson 1993. Inactivación de microorganismos en alimentos usando campos magnéticos oscilantes. Revista Española de Ciencia y Tecnología de alimentos. 33: 479-489.
Definir la reactancia inductivo y enunciar la formula
Reactancia inductiva[editar]
La reactancia inductiva se representa por y su valor viene dado por:
en la que:
= Reactancia inductiva en ohm = Inductancia en henrios
= Frecuencia en hertz = Frecuencia angular
¿que es reactancia?
En electrónica se denomina reactancia a la oposición ofrecida al paso de
la corriente alterna por inductores (bobinas) o condensadores y se mide
en Ohmios. Los otros dos tipos básicos de componentes de los circuitos,
transistores y resistores, no presentan reactancia.
Cuando circula corriente alterna por alguno de estos dos elementos que
contienen reactancia la energía es alternativamente almacenada y
liberada en forma de campo magnético, en el caso de las bobinas, o de
campo eléctrico, en el caso de los condensadores. Esto produce un
adelanto o atraso entre la onda de corriente y la onda de tensión. Este
desfasaje hace disminuir la potencia entregada a una carga resistiva
conectada luego de la reactancia sin consumir energía.
la reactancia capacitiva es el tipo de reactancia que se opone al cambio
del voltaje por lo cual se dice que la corriente (i) adelanta al voltaje (v) por
90°, por lo cual al represetar este defasamiento en un diagrama de onda
senoidal y/o de fasores la corriente irá 90° adelante del voltaje
en la reactancia inductiva es lo contrario a la capacitiva, en este caso la
corriente sera la que sea adelantada por el volteaje puesto que la
reactancia inductiva se opone a los cambios de voltaje.
que entiende s por frecuencia eléctrica cuales son las mas raras ylas mas comunes enh el mundo
FrecuenciaPara el uso de este término en Estadística, véase Frecuencia estadística.
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Tres luces parpadeando cíclicamente, con frecuencias (f) de 0,5 Hz (arriba), 1 Hz (centro) y 2 Hz (abajo).
El período (T), mostrado en segundos es recíproco a la frecuencia.
Ejemplos de ondas de distintas frecuencias; se observa la relación inversa con la longitud de onda.
Frecuencia es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier
fenómeno o suceso periódico.
Para calcular la frecuencia de un suceso, se contabilizan un número de ocurrencias de este teniendo
en cuenta un intervalo temporal, luego estas repeticiones se dividen por el tiempo transcurrido.
Según el Sistema Internacional (SI), la frecuencia se mide en hercios (Hz), en honor a Heinrich
Rudolf Hertz. Un hercio es la frecuencia de un suceso o fenómeno repetido una vez por segundo.
Así, un fenómeno con una frecuencia de dos hercios se repite dos veces por segundo. Esta unidad
se llamó originariamente «ciclo por segundo» (cps). Otras unidades para indicar la frecuencia son
revoluciones por minuto (rpm). Las pulsaciones del corazón y el tempo musical se miden en «pulsos
por minuto» (bpm, del inglés beats per minute).
Un método alternativo para calcular la frecuencia es medir el tiempo entre dos repeticiones
(periodo) y luego calcular la frecuencia (f) recíproca de esta manera:
donde T es el periodo de la señal.
Índice
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1 Frecuencias de ondas
2 Frecuencia de la corriente alterna
3 Longitudes de onda
4 Física de la luz
5 Véase también
6 Referencias
7 Enlaces externos
Frecuencias de ondas[editar]
Artículo principal: Longitud de onda.
Dos frecuencias, una de «ritmo» superior a la otra.
La frecuencia tiene una relación inversa con el concepto de longitud de onda (ver gráfico),
a mayor frecuencia menor longitud de onda y viceversa. La frecuencia f es igual a
la velocidad v de la onda, dividido por la longitud de onda λ (lambda):
Cuando las ondas viajan de un medio a otro, como por ejemplo de aire a agua, la
frecuencia de la onda se mantiene constante, cambiando sólo su longitud de onda y la
velocidad.
Por el efecto Doppler, la frecuencia es una magnitud invariable en el universo. Es
decir, no se puede modificar por ningún proceso físico excepto por su velocidad de
propagación o longitud de onda.
Frecuencia de la corriente alterna[editar]
Voltaje y frecuencia: 220-240 V/60 Hz 220-240 V/50 Hz 100-127 V/60 Hz 100-127 V/50 Hz
En Europa, Asia, Oceanía, África y gran parte de América del Sur, la frecuencia
de corriente alterna para uso doméstico (en electrodomésticos, etc.) es de 50 Hz. En
cambio en América del Norte de 60 Hz.
Para determinar la frecuencia de la corriente alterna producida por un generador
eléctrico se utiliza la siguiente ecuación:
F= P•Vg/120
Donde:
F: frecuencia (en Hz)
P: número de polos (siempre deben ser pares)
Vg: velocidad de giro (en rpm).
otra manera de calcular la frecuencia de la corriente alterna producida
por un generador eléctrico:
F=P•Vg/60
Donde:
F: frecuencia (en Hz)
P: número de pares de polos.
Vg: velocidad de giro (en rpm).
Longitudes de onda[editar]
Artículo principal: Longitud de onda.
De acuerdo a lo indicado anteriormente, la longitud de onda
tiene una relación inversa con la frecuencia, a mayor
frecuencia, menor longitud de onda, y viceversa. La
longitud de onda λ (lambda) es igual a la velocidad v de la
onda, dividido por la frecuencia f:
Una onda electromagnética de 2 milihercios tiene una
longitud de onda aproximadamente igual a la distancia
de la Tierra al Sol (150 millones de kilómetros). Una
onda electromagnética de 1 microhercio tiene una
longitud de onda de 0,0317 años luz. Una onda
electromagnética de 1 nanohercio tiene una longitud
de onda de 31,69 años luz.
Física de la luz[editar]
Artículos principales: Luz y Radiación electromagnética.
El espectro electromagnético completo señalando la parte
visible de la radiación electromagnética.
La luz visible es una onda electromagnética, que
consiste en oscilaciones eléctricas y campo
magnéticos que viajan por el espacio. La frecuencia de
la onda determina el color: 4×1014 Hz es la luz roja,
8×1014 Hz es la luz violeta, y entre estos (en el rango
de 4-8×1014 Hz) están todos los otros colores del arco
iris. Una onda electromagnética puede tener una
frecuencia de menos de 4×1014 Hz, pero no será
visible para el ojo humano, tales ondas se
llaman infrarrojos (IR). Para frecuencias menores, la
onda se llama microondas, y en las frecuencias aún
más bajas tenemos las ondas de radio. Del mismo
modo, una onda electromagnética puede tener una
frecuencia mayor que 8×1014 Hz, pero será invisible
para el ojo humano, tales ondas se
llaman ultravioleta (UV). Las ondas de frecuencia
mayor que el ultravioleta se llaman rayos X, y con
frecuencias más altas aún encontramos los rayos
gamma.
Todas estas ondas, las ondas de radio de baja
frecuencia hasta los rayos gamma de alta frecuencia,
son fundamentalmente las mismas, y todas ellas son
llamadas radiación electromagnética. Todas ellos
viajan a través del vacío a la velocidad de la luz.
Otra característica de una onda electromagnética es
la longitud de onda. La longitud de onda es
inversamente proporcional a la frecuencia, por lo que
una onda electromagnética con una frecuencia más
alta tiene una longitud de onda más corta, y viceversa.
Cual es el valor eficaz de una tensión cuya amplitud es de 200 voltios
Corriente alterna
Figura 1: Forma sinusoidal.
Se denomina corriente alterna (abreviada CA en español y AC en inglés, de alternating current) a
la corriente eléctrica en la que la magnitud y el sentido varían cíclicamente. La forma de oscilación
de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una oscilación sinusoidal (figura 1),
puesto que se consigue una transmisión más eficiente de la energía. Sin embargo, en ciertas
aplicaciones se utilizan otras formas de oscilación periódicas, tales como la triangular o la cuadrada.
Utilizada genéricamente, la CA se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a
las empresas. Sin embargo, las señales de audio y de radio transmitidas por los cables eléctricos,
son también ejemplos de corriente alterna. En estos usos, el fin más importante suele ser la
transmisión y recuperación de la información codificada (o modulada) sobre la señal de la CA.
Índice
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1 Historia
2 Corriente alterna frente a corriente continua
3 Las matemáticas y la CA sinusoidal
o 3.1 Oscilación senoidal
o 3.2 Valores significativos
o 3.3 Representación fasorial
4 Corriente trifásica
5 Véase también
6 Referencias
Historia[editar]
En el año 1882 el físico, matemático, inventor e ingeniero Nikola Tesla, diseñó y construyó el primer
motor de inducción de CA. Posteriormente el físicoWilliam Stanley, reutilizó, en 1885, el principio de
inducción para transferir la CA entre dos circuitos eléctricamente aislados. La idea central fue la de
enrollar un par de bobinas en una base de hierro común, denominada bobina de inducción. De este
modo se obtuvo lo que sería el precursor del actual transformador. El sistema usado hoy en día fue
ideado fundamentalmente por Nikola Tesla; la distribución de la corriente alterna fue comercializada
por George Westinghouse. Otros que contribuyeron en el 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 contínua (CC), que es un
sistema ineficiente para la distribución de energía a gran escala debido a problemas en la
transmisión de potencia, comercializado en su día con gran agresividad por Thomas Edison.
La primera transmisión interurbana de la corriente alterna ocurrió en 1891, cerca
de Telluride, Colorado, a la que siguió algunos meses más tarde otra enAlemania. A pesar de las
notorias ventajas de la CA frente a la CC, Thomas Edison siguió abogando fuertemente por el uso
de la corriente contínua, de la que poseía numerosas patentes (véase la guerra de las corrientes).
De hecho, atacó duramente a Nikola Tesla y a George Westinghouse, promotores de la corriente
alterna, a pesar de lo que ésta acabó por imponerse. Así, utilizando corriente alterna, Charles
Proteus Steinmetz, de General Electric, pudo solucionar muchos de los problemas asociados a la
producción y transmisión eléctrica, lo que provocó al final la derrota de Edison en la batalla de las
corrientes, siendo su vencedor Nikola Tesla y su financiador George Westinghouse.
Corriente alterna frente a corriente continua[editar]
La razón del amplio uso de la corriente alterna viene determinada por su facilidad de transformación,
cualidad de la que carece la corriente continua. En el caso de la corriente continua, la elevación de
la tensión se logra conectando dínamos en serie, lo que no es muy práctico; al contrario, en
corriente alterna se cuenta con un dispositivo: el transformador, que permite elevar la tensión de una
forma eficiente.
La energía eléctrica 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, mediante un transformador se puede elevar el voltaje hasta altos valores (alta tensión),
disminuyendo en igual proporción la intensidad de corriente. Con esto la misma energía puede ser
distribuida a largas distancias con bajas intensidades de corriente y, por tanto, con bajas pérdidas
por causa del efecto Joule y otros efectos asociados al paso de corriente, tales como la histéresis o
las corrientes de Foucault. Una vez en el punto de consumo o en sus cercanías, el voltaje puede ser
de nuevo reducido para su uso industrial o doméstico y comercial de forma cómoda y segura.
Las matemáticas y la CA sinusoidal[editar]
Algunos tipos de oscilaciones periódicas tienen el inconveniente de no tener definida su expresión
matemática, por lo que no se puede operar analíticamente con ellas. Por el contrario, la oscilación
sinusoidal no tiene esta indeterminación matemática y presenta las siguientes ventajas:
La función seno está perfectamente definida mediante su expresión analítica y gráfica.
Mediante la teoría de los números complejos se analizan con suma facilidad
los circuitos de alterna.
Las oscilaciones periódicas no sinusoidales se pueden descomponer en suma de una
serie de oscilaciones sinusoidales de diferentes frecuencias que reciben el nombre de
armónicos. Esto es una aplicación directa de las series de Fourier.
Se pueden generar con facilidad y en magnitudes de valores elevados para facilitar el
transporte de la energía eléctrica.
Su transformación en otras oscilaciones de distinta magnitud se consigue con facilidad
mediante la utilización de transformadores.
Oscilación senoidal[editar]
Artículo principal: Senoide.
Figura 2: Parámetros característicos de una oscilación sinusoidal.
Una señal sinusoidal, , tensión, , o corriente, , se puede expresar
matemáticamente según sus parámetros característicos (figura 2), como una función del tiempo
por medio de la siguiente ecuación:
donde
es la amplitud en voltios o amperios (también llamado valor máximo o de pico),
la pulsación en radianes/segundo,
el tiempo en segundos, y
el ángulo de fase inicial en radianes.
Dado que la velocidad angular es más interesante para matemáticos que
para ingenieros, la fórmula anterior se suele expresar como:
donde f es la frecuencia en hercios (Hz) y equivale a la inversa del
período . Los valores más empleados en la distribución
son 50 Hz y 60 Hz.
Valores significativos[editar]
A continuación se indican otros valores significativos de una señal
sinusoidal:
Valor instantáneo (a(t)): Es el que toma la ordenada en un
instante, t, determinado.
Valor pico a pico (App): Diferencia entre su pico o máximo
positivo y su pico negativo. Dado que el valor máximo
de sen(x) es +1 y el valor mínimo es -1, una señal sinusoidal
que oscila entre +A0 y -A0. El valor de pico a pico, escrito como
AP-P, es por lo tanto (+A0)-(-A0) = 2×A0.
Valor medio (Amed): Valor del área que forma con el eje de
abcisas partido por su período. El valor medio se puede
interpretar como el componente de continua de la oscilación
sinusoidal. El área se considera positiva si está por encima del
eje de abcisas y negativa si está por debajo. Como en una
señal sinusoidal el semiciclo positivo es idéntico al negativo, su
valor medio es nulo. Por eso el valor medio de una Oscilación
sinusoidal se refiere a un semiciclo. Mediante el cálculo
integral se puede demostrar que su expresión es la siguiente;
Pico o cresta: Valor máximo, de signo positivo (+), que
toma la oscilación sinusoidal del espectro
electromagnético, cada medio ciclo, a partir del punto “0”.
Ese valor aumenta o disminuye a medida que la amplitud
“A” de la propia oscilación crece o decrece positivamente
por encima del valor "0".
Valor eficaz (A): El valor eficaz se define como el valor de
una corriente (o tensión) continua que produce los mismos
efectos calóricos que su equivalente de alterna. Es decir
que para determinada corriente alterna, su valor eficaz (Ief)
será la corriente contínua que produzca la misma
disipación de potencia (P) en un resistor (R).
Matemáticamente, el valor eficaz de una magnitud variable
con el tiempo, se define como la raíz cuadrada de la media
de los cuadrados de los valores instantáneos alcanzados
durante un período:
En la literatura inglesa este valor se conoce como R.M.S.
(root mean square, valor cuadrático medio), y de hecho en
matemáticas a veces es llamado valor cuadrático medio de
una función. En el campo industrial, el valor eficaz es de
gran importancia, ya que casi todas las operaciones con
magnitudes energéticas se hacen con dicho valor. De ahí
que por rapidez y claridad se represente con la letra
mayúscula de la magnitud que se trate (I, V, P, etc.).
Matemáticamente se demuestra que para una corriente
alterna sinusoidal el valor eficaz viene dado por la
expresión:
El valor A, tensión o intensidad, es útil para calcular la
potencia consumida por una carga. Así, si una tensión
de alterna, desarrolla una cierta potencia P en una
carga resistiva dada, una tensión de contínua de
Vrms desarrollará la misma potencia P en la misma
carga, por lo tanto Vrms = VCA.
Representación fasorial[editar]
Una función sinusoidal puede ser representada por
un número complejo cuyo argumento crece
lineálmente con el tiempo(figura 3), al que se
denomina fasoro representación de Fresnel, que
tendrá las siguientes características:
Girará con una velocidad angular ω.
Su módulo será el valor máximo o el eficaz, según convenga.
Figura 3: Representación fasorial de una oscilación
sinusoidal.
La razón de utilizar la representación fasorial está
en la simplificación que ello supone.
Matemáticamente, un fasor puede ser definido
fácilmente por unnúmero complejo, por lo que
puede emplearse la teoría de cálculo de estos
números para el análisis de sistemas de corriente
alterna.
Consideremos, a modo de ejemplo, una tensión
de CA cuyo valor instantáneo sea el siguiente:
Figura 4: Ejemplo de fasor tensión.
Tomando como módulo del fasor su valor eficaz,
la representación gráfica de la anterior tensión
será la que se puede observar en la figura 4, y se
anotará:
denominadas formas polares, o bien:
denominada forma binómica.
Corriente trifásica[editar]
Artículo principal: Electricidad trifásica.
La generación trifásica de energía eléctrica es la
forma más común y la que provee un uso más
eficiente de los conductores. La utilización de
electricidad en forma trifásica es común
mayoritariamente para uso en industrias donde
muchas de las máquinas funcionan con motores
para esta tensión.
Figura 5: Voltaje de las fases de un sistema trifásico.
Entre cada una de las fases hay un desfase de 120º.
La corriente trifásica está formada por un conjunto
de tres formas de oscilación, desfasadas una
respecto a la otra 120º (grados), según el
diagrama que se muestra en la figura 5.
Las corrientes trifásicas se generan
mediante alternadores dotados de tres bobinas o
grupos de bobinas, enrolladas sobre tres sistemas
de piezas polares equidistantes entre sí. El retorno
de cada uno de estoscircuitos o fases se acopla
en un punto, denominado neutro, donde la suma
de las tres corrientes, si el sistema está
equilibrado, es cero, con lo que el transporte
puede ser efectuado usando solamente tres
cables.
Esta disposición sería la denominada conexión
en estrella, existiendo también la conexión
en triángulo odelta en las que las bobinas se
acoplan según esta figura geométrica y los hilos
de línea parten de los vértices.
Existen por tanto cuatro posibles interconexiones
entre generador y carga:
1. Estrella - Estrella
2. Estrella - Delta
3. Delta - Estrella
4. Delta - Delta
En los circuitos tipo estrella, las corrientes de fase
y las corrientes de línea son iguales y, cuando el
sistema está equilibrado, las tensiones de línea
son veces mayor que las tensiones de fase y
están adelantadas 30° a estas:
En los circuitos tipo triángulo o delta, pasa lo
contrario, las tensiones de fase y de línea,
son iguales y, cuando el sistema está
equilibrado, la corriente de fase es
veces más pequeña que la corriente de línea
y está adelantada 30° a ésta:
El sistema trifásico es un tipo particular
dentro de los sistemas polifásicos de
generación eléctrica, aunque con mucho
el más utilizado.
Que es el movimiento angular y como se expresa
Use of Complex Impedance
El manejo de la impedancia de un circuito de corriente alterna con múltiples componentes se convierte rápidamente en un asunto inmanejable si para representar los voltajes y las corrientes, se utilizan los senos y cosenos. Una construcción matemática que rompe esa la dificultad es el uso de funciones exponenciales complejas. Las partes básicas de esta estrategia son las siguientes:
Relación de Euler
Forma Polar de Número Complejo
Combinaciones de Impedancias
Diagrama Fasor
Combinaciones RL y RC
Ejemplo de Elementos Paralelos
Índice
Conceptos sobre
Circuitos AC
HyperPhysics*****Electricidad y Magnetismo M Olmo R Atrás
Impedancia Compleja para RL y RCEl uso de la inpedancia compleja es una técnica importante para manejar circuitos de AC de múltiples componentes. Si se usa un plano complejo con la resistencia a lo largo del eje real, entonces se tratarán como números imaginarios las reactancias de loscondensadores e inductanciasPara las combinaciones series de componentes tales como las combinanciones RL y RC, los valores de los componentes, se suma como si fueran las componentes de un vector. Aquí se muestra la forma cartesiana de la impedancia compleja. También pueden escribirse en forma polar. Las impedancias de esta forma, se pueden utilizar como bloques de construcción para el cálculo de impedancias de los circuitos combinados como el circuito paralelo RLC.
ImpedanciaComportamiento AC de una Inductancia
Comportamiento AC de un Condensador
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Conceptos sobre
Circuitos AC
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Impedancia Compleja para RL y RC
Esto muestra las expresiones de los diagramas fasoriales y la impedancia complejapara los circuitos RL y RC en forma polar. También se pueden expresar en forma cartesiana.
Impedancia Forma Polar del Número Complejo
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Conceptos sobre
Circuitos AC
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VATIMETRO
PINSA AMPERIMETRICA
MULTIMETRO
TRANSFORMADOR VARIABLE
INDUCTOR CON NUCLEO DE HIERRO
