3 INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

3 OBJETIVO “Aplicar los principios del Electromagnetismo para explicar el funcionamiento de diferentes aparatos de uso cotidiano”

MICHAEL FARADAY EN 1925 NM4 ¿SERÁ POSIBLE CONVERTIR MAGNETISMO EN ELECTRICIDAD?

NM4 “Pocos saben que un buen número de los pensamientos y teorías que pasan por la mente de un investigador científico terminan desechadas… MICHAEL FARADAY

NM4 “..pues también pasan, en secreto y en silencio, por su propia crítica severa y su examen adverso. Pocos saben que en la mayoría de las situaciones exitosas, apenas un décimo de las sugerencias, esperanzas y deseos que se presagiaban inicialmente se vuelven realidad ” MICHAEL FARADAY

NM4 BARRA METÁLICA RECTANGULAR MOVIÉNDOSE HACIA LA DERECHA EN DIRECCIÓN PERPENDICULAR A UN CAMPO MAGNÉTICO LA FUERZA MAGNÉTICA DESPLAZA ELECTRONES LIBRES HACIA EL EXTREMO INFERIOR DE LA BARRA                   x x x x x x x x x     x    x   

NM4 BARRA METÁLICA RECTANGULAR MOVIÉNDOSE HACIA LA IZQUIERDA EN DIRECCIÓN PERPENDICULAR A UN CAMPO MAGNÉTICO LA FUERZA MAGNÉTICA DESPLAZA ELECTRONES LIBRES HACIA EL EXTREMO SUPERIOR DE LA BARRA ELECTRO- NES LIBRES

CONCLUSIÓN NM4 LA BARRA SE COMPORTA COMO UNA FUENTE DE FEM:“FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA” SI SE CONECTA UN CONDUCTOR A SUS EXTREMOS, SE ESTABLECE UNA “CORRIENTE INDUCIDA”

NM4 BARRA METÁLICA QUE SE DESLIZA SOBRE UN CONDUCTOR AL INTERIOR DE UN CAMPO MAGNÉTICO UNIFORME SE ESTABLECE UNA CORRIENTE INDUCIDA i

NM4 Si la barra se moviera alternadamente a derecha e izquierda, ¿Qué ocurriría con la corriente inducida? BARRA METÁLICA QUE SE DESLIZA SOBRE UN CONDUCTOR AL INTERIOR DE UN CAMPO MAGNÉTICO UNIFORME

NM4 BARRA METÁLICA MOVIÉNDOSE EN UN SENTIDO Y OTRO SOBRE UN CONDUCTOR AL INTERIOR DE UN CAMPO MAGNÉTICO UNIFORME DE ESTA MANERA SE OBTENDRÍA UNA FUENTE DE FEM ALTERNA PRINCIPIO QUE REGULA EL FUNCIONAMIENTO DE LOS GENERADORES DE CORRIENTE ALTERNA

NM4 IMÁN EN MOVIMIENTO AL INTERIOR DE UNA ESPIRA DE ALAMBRE ¿Por qué? Si la VELOCIDAD ≠ 0, aparece una corriente inducida en la espira. Si la VELOCIDAD es 0; no se induce corriente

NM4 IMÁN EN MOVIMIENTO AL INTERIOR DE UNA ESPIRA DE ALAMBRE ¿Por qué? Si el imán se acerca a la bobina la corriente inducida tiene un sentido; pero si el imán se aleja, la corriente cambia su sentido

NM4 INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Al acercar el imán a la espira el galvanómetro detecta paso de corriente Al alejar el imán de la espira el galvanómetro detecta paso de corriente en sentido contrario APARECE UNA CORRIENTE INDUCIDA MIENTRAS HAYA MOVIMIENTO RELATIVO ENTRE LA ESPIRA Y EL IMÁN

NM4 Al introducir el imán en la bobina el galvanómetro detecta paso de corriente Al sacar el imán de la espira se produce corriente inducida, pero de sentido contrario INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

NM4 APROXIMACION A LA LEY DE FARADAY PARA LA INDUCCIÓN ELECTROMAGNETICA “TODO CAMPO MAGNÉTICO VARIABLE EN EL TIEMPO CREA UNA CORRIENTE ELÉCTRICA”

NM4 FLUJO MAGNÉTICO PLACA PLANA PERPENDICULAR A UN CAMPO MAGNÉTICO B DEFINICIÓN Producto Escalar entre el CAMPO MAGNÉTICO B y el vector A, que representa la NORMAL a la superficie de la placa

NM4 FLUJO MAGNÉTICO Unidad de FLUJO: 1 Weber (Wb) 1 (Wb) es el flujo magnético que atraviesa una superficie de 1 m 2 situada perpendicularmen- te a un campo de 1 (T)

NM4 FLUJO MAGNÉTICO PLACA PLANA PERPENDICULAR AL CAMPO MAGNÉTICO B : El Flujo representa el Nº de líneas de Inducción que atraviesan la superficie PLACA PLANA FORMANDO UN ÁNGULO  CON EL CAMPO MAGNÉTICO B: El Flujo se obtiene mediante:

NM4 ESPIRA GIRATORIA EN UN CAMPO MAGNÉTICO

NM4 ESPIRA GIRATORIA EN UN CAMPO MAGNÉTICO: DIVERSAS POSICIONES

CIRCUITO RC PARA CARGA Y DESCARGA NM4 DIVERSAS POSICIONES DE LA ESPIRA GIRATORIA VISTA FRONTAL  = B A (cos 0° = 1)

CIRCUITO RC PARA CARGA Y DESCARGA NM4 DIVERSAS POSICIONES DE LA ESPIRA GIRATORIA VISTA FRONTAL  =B A cos 

CIRCUITO RC PARA CARGA Y DESCARGA NM4 DIVERSAS POSICIONES DE LA ESPIRA GIRATORIA VISTA FRONTAL  = 0 (cos 90° = 0)

CIRCUITO RC PARA CARGA Y DESCARGA NM4 DIVERSAS POSICIONES DE LA ESPIRA GIRATORIA VISTA FRONTAL  TOMA VALOR NEGATIVO

NM4 MICHAEL FARADAY CONCLUYENDO… ¡..el valor de la fem inducida es mayor cuanto más rápido es el cambio de flujo…!  =  /  t

NM4 MICHAEL FARADAY EN 1931 HE DESCUBIERTO LA INDUCCIÓN ELECTROMAG- NÉTICA /watch?v=ZyG7q3SaDD0 simulation/faraday

GRÁFICA DE LA F.E.M. SINUSOIDAL NM4  =  0 sen  t

ECUACIÓN DE LA F.E.M. ALTERNA NM4  =  0 sen  t  : Valor de la fem en función del tiempo  0 : Valor Máximo de la fem  t : Fase

NM4 LEY DE FARADAY “ La fem inducida en un circuito es igual a la rapidez con que está cambiando el Flujo que atraviesa el circuito ”. Es decir:  = -  /  t ( El signo (-) fue introducido por LENZ ) law_es.html

NM4 LEY DE LENZ “ LA FEM INDUCIDA PRODUCE UNA CORRIENTE CUYO SENTIDO ES TAL QUE EL CAMPO MAGNÉTICO QUE GENERA TIENDE A OPONERSE A LA VARIACIÓN DEL FLUJO MAGNÉTICO QUE ATRAVIESA EL CIRCUITO” LA CORRIENTE INDUCIDA CIRCULA EN EL SENTIDO EN EL QUE SE GENERA UN CAMPO MAGNÉTICO POR LA ESPIRA, CUYO FLUJO TIENDE A CONTRARRESTAR EL DEL CAMPO MAGNÉTICO DEL IMÁN.

NM4 LEY DE LENZ

NM4 Si el Flujo Magnético aumenta, la corriente inducida genera un Campo Magnético de sentido contrario al existente en el circuito. LEY DE LENZ

NM4 Si el Flujo Magnético disminuye, la corriente inducida genera un Campo Magnético de igual sentido al existente en el circuito. LEY DE LENZ

NM4 GRANDES APLICACIONES DE LA INDUCCIÓN ELECTROMAGNETICA EL GENERADOR DE CORRIENTE ALTERNA EL TRANSFORMADOR

NM4 GENERADOR DE C.A.

NM4 ESQUEMA DE UN GENERADOR La espira gira con velocidad angular  constante en el campo magnético uniforme generado por el imán En la espira se induce una f.e.m. sinusoidal que cambia de sentido 2 veces en cada vuelta que da la espira

NM4 GENERADOR DE C.A. Para esta posición se induce una corriente eléctrica

NM4 GENERADOR DE C.A. Para esta posición NO se induce una corriente eléctrica ¿Por qué?

NM4 GENERADOR DE C.A.

NM4 GENERADOR DE C.A. Principio básico del generador de C.A.

NM4 GENERADOR DE C.A. REPRESENTACIÓN GRÁFICA DEL POTENCIAL ALTERNO V = V 0 sen (  t)  =2  f : RAPIDEZ ANGULAR DE LA ESPIRA Donde:

NM4 GENERADOR DE C.A.: CONCLUSIONES LA C.A. ( y el Potencial) ES OSCILANTE Su f depende de la frecuencia de giro de la espira En Chile: f = 50[Hz] V varía desde: +311[V] -311[V]

NM4 VALOR EFICAZ DE: INTENSIDAD DE C.A. DIFERENCIA DE POTENCIAL ALTERNO EL QUE INDICA EL AMPERÍMETRO i ef = i o /  2 EL QUE INDICA EL VOLTÍMETRO V ef = V o /  2

CIRCUITO RC PARA CARGA Y DESCARGA NM4 TRANSFORMADOR DE CORRIENTE ALTERNA BOBINADO PRIMARIO O INDUCTOR BOBINADO SECUNDARIO O INDUCIDO NÚCLEO DE HIERRO o FERRITA

NM4 NÚCLEOS MAGNÉTICOS NÚCLEO DE HIERRO DULCE NÚCLEO DE FERRITA ( Hierro, Bario, Boro, Molibdeno)

CIRCUITO RC PARA CARGA Y DESCARGA NM4 ECUACION BÁSICA DEL TRANSFORMADOR V 1 N 1 V 2 N 2 = Donde :  N 1 y N 2 : número de espiras del Primario y Secundario, respectivamente.  V 1 y V 2 : Dif. De Potencial del Primario y Secundario, respectivamente. (*)

CIRCUITO RC PARA CARGA Y DESCARGA NM4 TRANSFORMADOR “Las intensidades de corriente en Primario y Secundario son inversamente proporcionales al número de espiras” i 2 N 1 i 1 N 2 = (**) De (*) y (**) se concluye: V 1 i 1 = V 2 i 2 Por lo que: P 1 = P 2 Transformador Ideal: Potencia de Salida es igual a Potencia de Entrada

NM4 TRANSFORMADOR ELEVADOR ELEVADOR DE VOLTAJE REDUCTOR DE CORRIENTE

NM4 TRANSFORMADOR REDUCTOR REDUCTOR DE VOLTAJE ELEVADOR DE CORRIENTE

NM4 TRANSFORMADOR

CIRCUITO RC PARA CARGA Y DESCARGA NM4 LA BOBINA ELEMENTO DE UN CIRCUITO QUE ALMACENA ENERGÍA EN FORMA DE CAMPO MAGNÉTICO ESPIRAS DE ALAMBRE ARROLLADO A UN TUBO Símbolo

CIRCUITO RC PARA CARGA Y DESCARGA NM4 PROPIEDAD DE LA BOBINA SE OPONE A LOS CAMBIOS BRUSCOS DE LA CORRIENTE CIRCULANTE BOBINAS CON NÚCLEO DE AIRE

CIRCUITO RC PARA CARGA Y DESCARGA NM4 INDUCTANCIA (L) DE LA BOBINA CONSTANTE PROPIA DE CADA BOBINA QUE DEPENDE DE: - El N° de espiras : mayor N° mayor Inductancia - El diámetro de las espiras : mayor diámetro mayor Inductancia - La longitud del cable de que está hecha. - Tipo de material de que está hecho el núcleo.

CIRCUITO RC PARA CARGA Y DESCARGA NM4 UNIDAD DE INDUCTANCIA 1 HENRY (Hy) ó (H) Equivalente a 1 Volt seg por Ampere 1 (H) = 1(V s / A)

CIRCUITO RC PARA CARGA Y DESCARGA NM4 COMPORTAMIENTO DE LA BOBINA EN CORRIENTE CONTINUA: Deja pasar la corriente a través de ella sin oposición. Sólo se presenta oposición por breve tiempo, a partir del instante en que se hace la conexión a la fuente (mientras i aumenta a partir de cero) EN CORRIENTE ALTERNA : Presenta oposición al flujo de la corriente: Reactancia Inductiva (X L )

CIRCUITO RC PARA CARGA Y DESCARGA NM4 LA BOBINABOBINAS EN SERIE

CIRCUITO RC PARA CARGA Y DESCARGA NM4 LA BOBINABOBINAS EN PARALELO

CIRCUITO RC PARA CARGA Y DESCARGA NM4 ENERGIA EN LA BOBINA SE DETERMINA MEDIANTE LA ECUACIÓN: U B = ½ L i 2

CIRCUITO RC PARA CARGA Y DESCARGA NM4 USOS DE LA BOBINA 1.Formando parte del sistema de ignición de automóviles.

CIRCUITO RC PARA CARGA Y DESCARGA NM4 USOS DE LA BOBINA 2. En los sistemas de iluminación con tubos fluorescentes (En un elemento adicional que acompaña al tubo y que comúnmente se llama balastro )

CIRCUITO RC PARA CARGA Y DESCARGA NM4 USOS DE LA BOBINA 3. En las fuentes de alimentación: filtran componentes de C.A. para obtener sólo C.C. en la salida

CIRCUITO RC PARA CARGA Y DESCARGA NM4 FEM INDUCIDA POR UNA BOBINA “El Inductor (conectado a la red) induce una corriente en el Inducido (conectado al Voltímetro)”

CIRCUITO RC PARA CARGA Y DESCARGA NM4 INDUCTANCIA MUTUA i1i1 Toda variación de i 1 produce una variación en el B que genera, lo que produce una fem en la bobina 2 (  2 ) que es proporcional a la tasa de cambio de dicha corriente.  2 = - M (  i 1 /  t ) M : Inductancia Mutua

NM4 CENTRAL TERMOELÉCTRICA Se obtiene Energía Eléctrica a partir de la Energía Química desprendida en la reacción química de combustión que tiene lugar al quemar un combustible fósil.

NM4 CENTRAL HIDROELÉCTRICA Se aprovecha mediante un desnivel, la Energía Potencial del agua que transporta un río. El agua mueve las turbinas al hacer el agua por el desnivel

NM4 CENTRAL TERMOELÉCTRICA NUCLEAR Se aprovecha la energía desprendida en la Fisión de núcleos atómicos, para convertir un líquido (agua) en vapor a alta temperatura que incide sobre los álabes de la turbina

NM4 TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA El transporte desde las centrales hasta los centros de consumo se hace a muy Altos Voltajes y bajas intensidades, para evitar pérdidas por disipación calórica (Efecto Joule)