miércoles, 17 de agosto de 2011

Inducción electromagnética

Una corriente eléctrica genera a su alrededor un campo magnético. Por lo tanto se pensó que el efecto inverso también podria producirse, es decir generar una corriente eléctrica utilizando campos magnéticos.
Faraday fue quien logro producir una corriente eléctrica por medios de campos magnéticos, realizando la siguiente experiencia:




Al mover el imán, en la espira se produce una corriente electrica, llamada corriente inducida.

De la experiencia se observa:
a)      La corriente inducida se produce cada vez que el imán se mueve con respecto a la espira
b)      Cuanto más rapidamente se mueve el iman, más intensa es la corriente
c)      Alejando un polo el galvanometero indica una corriente de sentido contrario que cuando se lo acerca
Conclusión: Todo campo magnético variable a traves de una espira o bobina genera en la misma una corriente inducida

INDUCCION POR CORRIENTES ELECTRICAS

En lugar de usar un imán para producir corrientes inducidas, se puede utilizar otro circuito electrico (una bobina que posea una bateria, una resistencia variable y un interruptor) que genera el campo magnético como el imán.

.Formas de producir una corriente inducida en la bobina:

1.- Produciendo un movimiento relativo entre las dos bobinas, se logra variar el campo magnético y en consecuencia aparace una corriente inducida
2.- Dejando fijas las bobinas, abriendo y cerrando el interruptor, varia el campo y aparece la corriente inducida
3.- Variando la resistencia, varia la corriente, varia el campo magnietico y por lo tanto aparece la corriente inducida.

LEY DE FARADAY

La tensión incida es igual a la velocidad de variación de flujo magnético.
Es decir cuanto más rapidamente varia el flujuo más intensa será la tensión inducida

e = Ư

      ∆t

LEY DE LENZ
La ley de Lenz sirve para determinar el sentido de la corriente inducida y dice lo siguiente:

El sentido de la corriente inducida es tal que se opone a la variación de flujo magnético que la produce


INDUCTANCIA MUTUA

Son las corrientes inducidas que se producen entre dos bobinas.

Las corrientes inducidas y tensiones inducidas dependerán del flujo magnético que atraviesan las dos bobinas y este flujo depende de los factores geométricos y de construcción de las bobinas. Todos estos factores se incluyen en un coeficiente M, llamado de inductancia Mutua

E= M Ư

           ∆t


AUTOINDUCCIÓN  




Es la corriente inducida que se produce en una sola bobina por su propia variación de campo magnético.
Si la corriente que circula por la bobina varia produce una variación de campo magnético y esta variación implica la aparición de una corriente inducida en la misma bobina.

Tambien es este caso los factores geométricos y de construcción de la bobina están incluidos en un coeficiente llamado de autoinducción


E= L Ư

           ∆t

AUTOINDUCCION EN UN CIRCUITO DE CORRIENTE CONTINUA


En los circuitos de corriente continua con bobinas, solamente se produce autoinducción en los instantes de cierre y apertura del circuito, o cuando se varia la intensidad.

En el instante de cierre, comienza a circular una corriente, formándose un campo magnético en la bobina. Se ha producido una variación de campo magnético (de cero pasa a un valor determinado). Esta variación provoca la aparición de una corriente inducida, por ley de Lenz opuesta a la principal. Esta corriente inducida es de breve duración dado que luego el campo no varía más.

En el instante de apertura, desaparece la corriente, desaparece el campo magnético, lo que implica una variación que genera otra corriente inducida que luego de un instante de tiempo desaparece porque no hay variación de campo

AUTOINDUCCION EN UN CIRCUITO DE CORRIENTE ALTERNA

En un circuito de corriente alterna con bobina siempre se produce autoinducción porque la intensidad de corriente alterna varia continuamente generando campo magnético variable.


CORRIENTES PARASITAS O DE FOUCAULT


Las Corrientes parásitas son corrientes inducidas que se originan en las masas de material magnético sometidos a flujos variables.

Como el hierro presenta resistencia al paso de corriente, habrá un desarrollo de calor, que representa una perdida.
A ifn de eliminar o disminuir las corrientes parásitas en los circuitos magnèticos sometidos a flujos variables, se construyen en formas de laminas superpuestas y aisladas entre si.






TRANSFORMADOR
El transformador es una máquina estática de inducción destinada a transformar un sistema primario de corriente alterna en otro sistema de intensidad y tensión generalmente diferente.


Esta constituido por un bobinado primario al cual se aplica la energía eléctrica y un bobinado secundario del cual se extrae la energia a consumir.





Es una máquina que funciona exclusivamente con corriente altera, dado que esta genera un flujo magnético variable.


Se llama transformador elevador de tensión aquel que entrega sobre el secundario un potencial mayor que la del primario y transformador reductor de tensión el que posee un secundario que suministra menor tensión que la del primario.


Para que el transformador sea elevador de tensión, el secundario debe tener mayor número de espiras.
Paa que sea reductor de tensilón, el secundario debe tener menor nº de espiras.


PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL GENERADOR ELECTRICO (Dinamo)







Se apllica una cupla a una espira, lo que hace que esa gire. Al girar se produce una variación de flujo magnético que la atraviesa y por lo tanto la espera al estar en presencia de un campo magnético variable produce una corriente inducida, cuyo sentido se puede determinar aplicando la ley de lenz


Si en lugar de tener una espira, existen varias, la corriente inducida que se obtiene es mayor, pudiendoen consecuencia ser aprovechado en un circuito exterior.


El generador convierte energía mecánica en eléctrica.


PARTES CONSTRUCTIVAS DEL GENERADOR








El generador esta compuesto por el Estator y el Rotor


El estator es la parte estatica (quieta) de la máquina y esta compuesto por

Carcaza
Maza o pieza polar
Bobinas inductoras
Escobillas

El rotor  o inducido es parte movil giratoria de la maquina y esta compuesto por

Eje
Tambor
Bobinas del rotor
Colector formado por delgas.

La carcaza es la envoltura metálica de la máquina. Su función es protegerla de los golpes y forma parte del circuito magnético.

Masa o piezas polares, Son los núcleos de Fe de las bobinas inductoras

Bobinas Inductoras. Forman el Norte y Sur del Campo magnético.

Escobillas. Su función es extraer la corriente inducidas de la bobinas del rotor

Eje. Sostiene todo el rotor. Transmite el movimiento de rotación.

Tambor. Forma parte del circuito magnético. Y sostiene las bobinas del rotor

Bobinas del Rotor. En ellas se producen las corrientes inducidas.

Colector. Recoge las corrientes inducidas. Está formado por las delgas. Las delgas son medios anillos que convierte la corriente inducida alterna en continua.

Magnetismo e Inducción electromagnética

MAGNETISMO


En la naturaleza existe un material que tiene la propiedad de atraer trozos de hierro, llamado magnetita, químicamente es un óxido de hierro y más conocido como imán.

Se pueden diferenciar dos tipos de imanes: los naturales y los artificiales.

CARACTERISTICAS DE UN IMAN NATURAL

-          Tienen dos polos, llamados norte y sur
-          Polos del mismo nombre se repelen y polos de distinto nombre se atraen
-          La atracción y repulsión se observan en  los extremos del imán, mientras que en la parte media encontramos una zona neutral.
-          Si partimos un imán en dos partes, cada una actuará como otro imán, es decir poseen polos norte y sur. En consecuencia no se puede tener un polo aislado, siempre existirán dos y de nombres contrarios
-          Pueden imantar a otro trozo de hierro por inducción. Un trozo de Fe por contacto o cercanía a un imán se convierte en imán (ejemplo alfileres)
-          La acción magnética se ejerce a través de todos los medios.

CAMPO MAGNETICO

Se llama campo magnético a toda región del espacio donde aparecen fuerzas de origen magnético..

A efectos de visualizar la forma del campo magnético, se colocan limaduras de hierro sobre un vidrio o cartulina sobre uno o varios imanes.
Se obtiene así una figura llamada espectro magnético. Las limaduras se disponen formando líneas llamadas líneas de fuerza del campo magnético.


  CARACTERISTICAS DE LAS LINEAS DE FUERZA

-          Dos líneas de fuerza del mismo campo no se cortan, es decir son paralelas
-          Las líneas van del polo norte al polo sur
-          Son cerradas.






PERMEABILIDAD MAGNETICA


La permeabilidad magnética es una característica del material que evidencia la facilidad de imantarse.
µ° = permeabilidad magnética del vacío µ° =
                                                                           ┐
                                                                         10

µ╔ = permeabilidad magnética relativa. Indica cuantas veces es más magnético el material con respecto al vacío

CAMPOS MAGNETICOS PRODUCIDOS POR UNA CORRIENTE

Los fenómenos de los imanes naturales también pueden lograrse por medio de corrientes eléctricas.
Se puede demostrar colocando limaduras de Fe alrededor de un conductor. Al hacer circular corriente eléctrica por el conductor las limaduras se mueven y se orientan formando las líneas de fuerza.  El movimiento de las limaduras indica la presencia de un campo magnético.
El sentido de las líneas de fuerza de determinan utilizando la regla de la mano derecha.



CAMPO MAGNETICO EN UNA ESPIRA

Si en lugar de tener un conductor rectilíneo, lo hacemos en forma circular, este recibe el nombre de espira.

De la misma forma la corriente produce el campo magnético, cuyas líneas de fuerza también se obtienen utilizando la regla de la mano derecha.

Esta disposición hace que el campo magnético en el interior de la espira sea mas intenso que en el exterior.




CAMPO MAGNETICO EN UNA BOBINA



MAGNITUDES DE CAMPO MAGNETICO

INDUCCIÓN MAGNETICA

Símbolo = B
Unidad = Weber
                    M²

Representa la cantidad de líneas de fuerza que atraviesan la superficie de un metro cuadrado.

FLUJO MAGNETICO

Es el valor del campo magnético a través de una superficie determinada o en estudio

Símbolo = Ø
Unidad = Weber

RELUCTANCIA

Es la resistencia que presentan los materiales a magnetizarse



LEY DE HOPKINSON (es la ley de ohm en el magnetismo)

Ley de Ohm                                                                         Ley Hopkinson

I = V                                                                                       Ø = NI
      R                                                                                               R


Analogías eléctricas y magnéticas

                                                                Eléctricas                          Magnéticas

Lo que circula por el circuito                     I                                           Ø
Lo que provoca la corriente  o el flujo      V                                         NI
Lo que se opone a la corriente o
al flujo magnético                                      R                                          R (reluctancia)

Dadas las analogías eléctricas y magnéticas no se pueden resolver los circuitos magnéticos en forma similar a los eléctricos porque la permeabilidad magnética relativa del hierro es totalmente variable y por lo tanto no es posible calcular la Reluctancia
En consecuencia los circuitos magnéticos se deber resolver con ayuda de curvas de imantación de los materiales que indican su comportamiento magnético.

INTENSIDAD DEL CAMPO MAGNETICO

H = NI
        L

H = intensidad de campo magnético
N = número de espiras
I = corriente que circula por las espiras
L = longitud de la bobina

Representa el campo magnético producido por la bobina.

Diferencia entre B y H

H (intensidad de campo magnético) es el campo magnético  producido exclusivamente por la bobina)
B (inducción magnética) es la magnetización del hierro que se introduce en la bobina

CICLO DE HISTERESIS



FUERZA MAGNETICA EN UN CONDUCTOR

Cuando un conductor que transporta corriente electrica se coloca en un campo magnetico, en el conductor aparece una fuerza.

Dos campos magneticos se combinan para producir un único campo distorsionado que ejerce una fuerza sobre el conductor.

Las lineas de fuerza de los dos campos  individuales tiene la ma misma dirección encima del conductor, creando en esa zona un campo más intenso.
Debajo del conductor el campo producido por el mismo tiene sentidos inverso, de forma tal que ambos tienden a formar una región debilitada. En consecuencia el conductor se moverá hacia abajo porque el empujao desde el campo mas fuerte hacia elmás debil.
Esta fuerza puede calcularse a traves de la siguiente expresión:
F = I.L.B senα

PRINCIPIO FUNCIONAMIENTO MOTOR ELECTRICO




Se coloca en el interior de un campo magnético una espira a la cual se le aplica una corriente.
Al estar un conductor por el cual circula corriente en presencia de un campo magnético aparecen fuerzas que hacen girar a la espira.
A mayor cantidad de espiras mayor cupla y por lo tanto mayor potencia.
Un motor convierte energía elétrica en mecánica