Inducción Electromagnética

Inducción Electromagnética
Inducción Electromagnética. (Elektromagnetická indukce) (Transformadores y Generación de corriente alterna) animación Cuando veas este icono púlsalo para observar una animación que aparecerá en tu explorador video Cuando veas este icono púlsalo para observar una vídeo que aparecerá en tu explorador

Experimentos de Faraday (1831)
Michael Faraday En 1831 descubre que un campo magnético variable en la proximidad de un circuito eléctrico (cerrado) induce en él una corriente eléctrica. A este fenómeno se le denomina “inducción electromagnética” Animación Animación2

Experimentos de Faraday
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A la corriente eléctrica que se genera se le llama: “corriente inducida”. Al circuito donde aparece la corriente se le denomina circuito inducido, y al dispositivo que produce (induce) la corriente se denomina inductor. Faraday observo que la corriente inducida depende de los siguientes factores: Sólo aparece corriente cuando hay variación en el campo magnético ( cambio espacial: el imán o el circuito se mueven o cambio temporal el campo magnético aparece y desaparece -electroiman-) La corriente es mayor si: El campo B es más intenso El circuito tiene una superficie (área) mayor El cambio es más rápido Para entender y explicar el fenómeno Faraday invento el concepto de líneas de campo y el de flujo magnético Animación Animación2

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Experimento de Henry Corriente: “Se conductor”. Para que eléctrico)

Flujo Magnetico (magnetický tok)
El flujo magnético (Φ) a través de una superficie es una medida de la cantidad de líneas de campo magnético que atraviesan esa superficie. S ¿De qué depende el valor del flujo?

Flujo Magnetico (magnetický tok)
El flujo magnético que atraviesa la superficie de un circuito cerrado depende de los siguientes factores: De la intensidad del campo magnético (modulo del campo magnético, B) Del área del circuito cerrado (S) De la orientación del circuito respecto del campo magnético. En concreto del ángulo formado por B y la dirección normal (perpendicular) al plano del circuito circuito α En el sistema internacional el Flujo magnético se mide en Weber (1Wb=1T/m2)

Ley de Lenz-Faraday. Fuerza electromotriz inducida.
La teoría actual afirma que los campos magnéticos variables producen una fuerza electromotriz (tensión, diferencia de potencial) inducida (ε, Indukované elektromotorické napětí) que genera la corriente eléctrica inducida La Ley de inducción electromagnética de Faraday: “la fuerza electromotriz inducida (fem, ε) en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa la superficie del circuito”. La Ley de Lenz: “las fuerzas electromotrices o las corrientes inducidas serán de un sentido tal que se opondrán a la variación del flujo magnético que las produjeron”. +

Si llamamos Φ al flujo que atraviesa la superficie del circuito la expresión matemática de estas leyes es: (versión aproximada de la ley, nos da la fem media) (versión “real” y exacta de la ley, nos da la fem instantánea) Si llamamos Φ al flujo a través una espira y hay N espiras esta expresión se puede escribir: Animación1 Animación2

Observaciones: La palabra clave en la ley de Faraday es “cambio”, el flujo magnético tiene que cambiar en el tiempo para que halla fuerza electromotriz inducida (y por tanto corriente inducida). El flujo puede cambiar por distintas razones: Porque el causante (inductor) de un campo magnético permanente (el imán) se mueve respecto del circuito (inducido). Movimiento relativo entre inductor e inducido Porque aunque no haya movimiento el campo magnético está variando en el tiempo. (Ej una bobina en la que la corriente varia crea un campo magnético variable, porque es corriente alterna o porque se enciende y se apaga el circuito) Porque el área de la espira (del circuito cerrado) varía (Ej: la deformamos). Nota: Las 2 expresiones para la fem inducida (la fem media y la fem instantánea) dan el mismo resultado cuando el ritmo de variación del flujo magnético es constante.

Ejemplo1 (ej4) Calcular el valor de la fem inducida (media) en una bobina de 200 vueltas que tarda 2·10-1s en pasar entre los polos de un imán en forma de herradura desde un punto en que el flujo magnético es 5·10-3 Wb a otro en el cuál éste vale 8·10-3 Wb. ¿Cuánto valdrá la intensidad de corriente media si la Resistencia de la bobina es de 10Ω? Resolución: -N=200 - Δt=2·10-1s -Φ1= 5·10-3 Wb -Φ2= 8·10-3 Wb A

Ejemplo 2 Un campo magnético uniforme de 0.4 T atraviesa perpendicularmente una espira circular de 5cm de radio y 15 ohmios de resistencia. Calcula la fem y la intensidad de corriente inducidas si la espira gira un cuarto de vuelta alrededor de su diámetro en 0.1 s.) Resolución: Datos: B=0,4T r=5cm=0,05m. R=15Ω Δt=0,1s Giro de un cuarto de vuelta (angulo inicial=0º, angulo final=90º) Inicial: Final: B Φfinal =Φmax Φinicial= 0

Ejemplo 2 (ej5) Un campo magnético uniforme de 0.4 T atraviesa perpendicularmente una espira circular de 5cm de radio y 15 ohmios de resistencia. Calcula la fem y la intensidad de corriente inducidas si la espira gira un cuarto de vuelta alrededor de su diámetro en 0.1 s.) Resolución: Datos: B=0,4T r=5cm=0,05m. R=15Ω Δt=0,1s Giro de un cuarto de vuelta (angulo inicial=0º, angulo final=90º)

Ejemplo 3 (ej6) En un marco cuadrado de 30 cm de lado tenemos 10 vueltas de alambre enrollado. La intensidad de la componente horizontal del campo magnético terrestre es de 0.2 Wb/m2. Si se hace girar el marco alrededor de un eje vertical, a partir de un plano norte/sur hacia un plano este/oeste, en s ¿Cual es la fem inducida? ¿Cual es la corriente inducida si la resistencia de la bobina es de 2 Ω? ω B Inicial: Final: Φfinal =Φmax Φinicial= 0

Sentido de la corriente. Ley de Lenz.
La Ley de Lenz: “las fuerzas electromotrices o las corrientes inducidas serán de un sentido tal que se opongan a la variación del flujo magnético que las produjeron”. + De otra forma: La Ley de Lenz: “la corriente inducida y el campo magnético inducido tendrán un sentido que se oponga al cambio que los produce”. Animación1 Animación2

La Ley de Lenz: “la corriente inducida y el campo magnético inducido tendrán un sentido que oponga al cambio que los produce”. video Animación1 Animación2

La Ley de Lenz: “la corriente inducida y el campo magnético inducido tendrán un sentido que oponga al cambio que los produce”. Iinducida Movimiento del imán Caso A: El imán se acerca. El flujo magnetico aumenta “hacia la izquierda”, por lo que el circuito “se opone” a este cambio creando un campo magnético inducido hacia la derecha intentando que el flujo no aumente Animación1 Animación2

La Ley de Lenz: “las fuerzas electromotrices o las corrientes inducidas serán de un sentido tal que se opongan a la variación del flujo magnético que las produjeron”. Movimiento del imán Iinducida Caso B: El imán se aleja. El flujo magnético disminuye “hacia la izquierda”, por lo que el circuito “se opone” a este cambio creando un campo magnético inducido hacia la izquierda intentando que el flujo no disminuya Animación1 Animación2

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Ley de Lenz. Demostraciones
Demostraciones para las leyes de Lenz y de Faraday: DEmostraciones para el tema de campo magnético: Experimento de Oersted Motores de corriente continua Demostraciones para el tema de Induccion: El generador "pequenito" +amperimetro, voltimetro El generador grande+ bombillas El tubo de cobre y el de PVC con iman de neodimio El "anillo saltarin" (en electroiman) El transformador El freno magnético (con disco y con pendulo triangular) (correintes de foucault) Motores de alterna El altavoz El detector de metales, la linterna de induccion

B) N S S N C) D) +- +- Animación1 Animación2

G) H) Animación1 Animación2

F) -+ Animación1 Animación2

Generador. Producción de Corriente alterna.
Si hacemos girar una espira en el interior de un campo magnético (B), aproximadamente uniforme se inducirá en ella una fuerza electromotriz y por tanto una corriente eléctrica. Esta corriente está cambiando continuamente en el tiempo. La corriente cambia en magnitud y signo. Este principio es utilizado en el generador electromagnético para producir corriente alterna. Es un ejemplo clásico de transformación de energía mecánica (del movimiento) en energía eléctrica Animacion1

Si hacemos girar una espira en el interior de un campo magnético (B), aproximadamente uniforme. El flujo magnético que la atraviesa será: s el área de la espira α el ángulo entre B y la dirección normal de la espira. varía de 0º a 360º . Expresando el ángulo girado en función de la velocidad angular de giro ω•t representa el ángulo girado en radianes, ω la velocidad angular en rad/s.

Expresando el ángulo girado en función de la velocidad angular de giro ω•t representa el ángulo girado en radianes, ω la velocidad angular en rad/s. Por lo tanto en la espira se inducirá una fuerza electromotriz de valor: Si la bobina tiene N espiras:

Si mantenemos constante la inducción del campo y la velocidad de giro, siéndolo también el número de espiras y el área de las mismas, tendremos: Como puede verse en la fórmula la f.e.m. resultante tendrá forma senoidal.

Generadores de corriente
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Generadores de corriente
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Transformadores Si suponemos: t

Transformadores Si además suponemos que en el transformador no se pierde energía en forma de calor (tampoco se puede crear energía) la potencia en el circuito primario tiene que ser la misma que en el circuito secundario: Si la fem aumenta la intensidad tiene que disminuir:

Corrientes de Foucault
Freno magnético

Autoinducción

Aplicaciones

Detectores de metales

Micro y altavoces

Micro y altavoces Pon ejemplo (con altavoces), pide texto para casa explicando el funcionamiento de un altavoz, lo expondrán en voz alta y recogerás cinco o seis. Tienen que usar las palabras: inducción electromagnética, flujo, corriente eléctrica inducida, fuerza magnética, bobina

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