Electroimán
Un electroimán es una bobina de cable, a menudo enrollada alrededor de un núcleo de hierro, que se convierte en imán solo mientras fluye corriente eléctrica a través de ella.
Definition
Un electroimán es un imán que puede encenderse y apagarse, hecho enrollando cable alrededor de una pieza de hierro y haciendo pasar electricidad a través de él, y las grúas de deshuesaderos usan electroimanes gigantes para levantar autos enteros, ya que apagar la corriente deja caer el auto justo donde se desea. Es un imán temporal creado al pasar corriente a través de una bobina de cable, usualmente enrollada alrededor de un núcleo de hierro que concentra y fortalece el campo resultante, desapareciendo cuando la corriente se detiene e invirtiendo sus polos si la corriente se invierte, con la intensidad aumentando con más corriente, más vueltas de cable, y un mejor material de núcleo, alimentando motores, altavoces, timbres, máquinas de resonancia magnética y grúas de deshuesadero. Un solenoide largo con $n$ vueltas por metro que lleva corriente $I$ produce un campo interior casi uniforme $B = \mu_0 n I$, e insertar un núcleo ferromagnético de permeabilidad relativa $\mu_r$ multiplica esto por cientos a miles para el hierro suave hasta que el núcleo se satura cerca de $1.5$ a $2\ \text{T}$; la bobina almacena energía $U = \tfrac{1}{2}LI^2$ en su inductancia, su fuerza electromotriz autoinducida resiste los cambios en la corriente, produciendo la chispa que se ve cuando se apaga una carga inductiva, y los electroimanes superconductores llevan corrientes persistentes sin ninguna pérdida resistiva, alcanzando campos por encima de $10\ \text{T}$ en escáneres de resonancia magnética y aceleradores de partículas.
Example
Enrollar cable aislado alrededor de un clavo grande y conectar los extremos a una batería permite que el clavo recoja clips de papel, que caen en el momento en que se desconecta la batería; una bobina de $50$ vueltas alrededor de un clavo que levanta $5$ clips aproximadamente duplica su capacidad de levantamiento a unos $10$ clips si las vueltas se duplican a $100$ o la corriente se duplica con una segunda batería en serie. Un solenoide de $0.20\ \text{m}$ de largo con $1{,}000$ vueltas ($n = 5{,}000\ \text{m}^{-1}$) que lleva $2\ \text{A}$ tiene un campo con núcleo de aire de $B = 4\pi \times 10^{-7} \times 5000 \times 2 \approx 0.0126\ \text{T}$, y un núcleo de hierro suave con $\mu_r \approx 200$ elevaría eso a unos $2.5\ \text{T}$ en principio, pero el hierro se satura primero, limitando el campo real a cerca de $1.8\ \text{T}$.
Key Insight
Un imán permanente queda fijo a una sola intensidad para siempre, mientras que un electroimán puede hacerse más fuerte, más débil, invertirse, o apagarse en una fracción de segundo, por eso todo motor eléctrico está construido en torno a uno. El electroimán cerró el lazo entre la electricidad y el magnetismo: Oersted descubrió que la corriente mueve una brújula, Faraday descubrió que un imán en movimiento produce corriente, y poner una bobina en cada lado da el transformador, el generador y el motor, las tres máquinas de las que funciona la red moderna.