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El misterio de los campos magnéticos giratorios: ¿quién descubrió este maravilloso fenómeno?
Un campo magnético rotatorio (RMF) es un campo magnético generado por un sistema de bobinas colocadas simétricamente que son alimentadas por corriente multifásica. El campo magnético giratorio puede ser generado por una corriente multifásica (dos o más) o, en el caso de una corriente monofásica, por dos bobinas diseñadas con una diferencia de fase. Este fenómeno tiene una amplia gama de aplicaciones, especialmente en el campo de la maquinaria eléctrica, como motores de inducción, generadores y reguladores de inducción.
En 1824, el físico francés François Arago propuso por primera vez la existencia de un campo magnético rotatorio en un experimento que utilizó un disco de cobre giratorio y una aguja, al que llamó "rotación de Arago".
La historia de los campos magnéticos rotatorios se remonta al siglo XIX, cuando varios científicos estudiaron el fenómeno. Los experimentadores británicos Charles Babbage y John Herschel descubrieron que podían hacer girar la placa de cobre de Arago simplemente girando un imán de herradura debajo de ella. Más tarde, el científico británico Michael Faraday atribuyó este fenómeno a la inducción electromagnética.
En 1879, el físico británico Walter Bailey demostró un motor de inducción primitivo reemplazando el imán de herradura por cuatro electroimanes y activando manualmente un interruptor. Esta innovación sentó las bases para investigaciones posteriores sobre campos magnéticos rotatorios.
El concepto de un campo magnético giratorio en un motor de CA fue explorado ampliamente en la década de 1780 por el físico e ingeniero eléctrico italiano Galileo Ferraris y el inventor serbio-estadounidense Nikola Tesla. Ferraris construyó un modelo de demostración didáctica en 1885, aunque no describió públicamente el principio hasta 1888. Tesla construyó un prototipo exitoso en 1887 y obtuvo una patente en Estados Unidos en 1888.
Basado en el principio del campo magnético rotatorio de Ferraris, Friedrich August Hazelwand desarrolló el primer generador trifásico de CA en 1887. Más tarde, Mikhail Dolivo-Dobrovolsky desarrolló la primera fuente de energía trifásica utilizando el generador Hazelwand, y en 1891 construyó la primera planta de energía trifásica del mundo en Frankfurt, Alemania.
Cómo funciona un campo magnético giratorio
Los campos magnéticos rotatorios son el principio clave detrás del funcionamiento de las máquinas de inducción. Un motor de inducción consta de un estator y un rotor. En el estator, las bobinas fijas están dispuestas de una manera específica para que el campo magnético generado por la corriente bifásica gire a una velocidad angular determinada por la frecuencia de CA. El rotor está formado por bobinas enrolladas a lo largo de ranuras, que están cortocircuitadas y en las que se induce corriente mediante el flujo magnético cambiante producido por el estator.
Aunque sólo se necesitan dos bobinas desfasadas 90 grados para producir un campo magnético giratorio simétrico, en la práctica casi siempre se utilizan tres juegos de bobinas para dar cabida a un sistema de corriente alterna sinusoidal trifásica simétrica. La diferencia de fase entre estos tres conjuntos de bobinas es de 120 grados. En este caso, el campo magnético se trata como una función lineal y se aplican tres ondas sinusoidales con una diferencia de fase de 120 grados para formar un vector giratorio con una magnitud constante.Para el rotor, el flujo magnético generado inicialmente reaccionará a los polos magnéticos del estator, haciendo que el rotor gire en una dirección determinada.
En este campo magnético giratorio, el rotor continuará manteniendo un campo magnético constante y se moverá sincrónicamente con el campo magnético del estator. Cuando se coloca un imán permanente en este campo magnético, mantiene la alineación con el campo externo. Este efecto se utilizó tempranamente en los motores de CA.
Aplicaciones modernas y desarrollo
Las aplicaciones de los campos magnéticos rotatorios ya no se limitan a los motores eléctricos. Los motores de inducción actuales suelen tener rotores en cortocircuito en lugar de imanes, lo que permite que el rotor siga el campo magnético rotatorio de un estator con múltiples devanados. Las bobinas en cortocircuito en el rotor de este tipo de motor crean corrientes de Foucault en el campo magnético giratorio del estator, que a su vez generan una fuerza de Lorentz para impulsar el rotor. Este diseño revolucionario hace que los motores de campo magnético giratorio modernos sean más eficientes y confiables.
Aunque los principios de los campos magnéticos rotatorios son atemporales y la tecnología continúa avanzando, los descubridores y sus contribuciones a este campo aún están plagados de discusión y controversia. Cuando miramos atrás a esta historia llena de innovación y trabajo duro, ¿podemos definir claramente quién fue el primer descubridor en revelar el misterio del campo magnético giratorio?
