Inducción electromagnética Capítulo 29 Inducción electromagnética

Reflexione Al “deslizar” una tarjeta de crédito por el lector digital, la información codificada en un patrón magnético al reverso se transmite al banco. ¿Por qué es necesario deslizar e insertar la tarjeta en vez de sostenerla fijamente frente a la ranura del lector? Comente su respuesta y al final del capítulo regrese a esta sección para retroalimentar su punto de vista.

A continuación… La evidencia experimental de que un campo magnético variable induce una fem. Cómo es que la ley de Faraday relaciona la fem inducida en una espira con el cambio del flujo magnético a través de la espira. Cómo determinar el sentido de una fem inducida. Cómo calcular la fem inducida en un conductor que se mueve a través de un campo magnético.

A continuación… La manera en que un flujo magnético variable genera un campo eléctrico que es muy diferente del producido por un arreglo de cargas. Las cuatro ecuaciones fundamentales que describen por completo la electricidad y el magnetismo.

29.1 Experimentos de inducción Si un imán permanece fijo y la bobina se mueve, se detecta corriente durante el movimiento. Esto se llama corriente inducida. La fem correspondiente que se requiere para generarla recibe el nombre de fem inducida.

29.1 Experimentos de inducción 29.1 Demostración del fenómeno de la corriente inducida.

29.1 Experimentos de inducción

29.2 Ley de Faraday 29.3 Cálculo del flujo magnético a través de un elemento del área.

29.2 Ley de Faraday 29.4 Cálculo del flujo de un campo magnético uniforme a través de un área plana.

29.2 Ley de Faraday La ley de Faraday de la inducción establece lo siguiente: La fem inducida en un circuito cerrado es igual al negativo de la razón de cambio en el tiempo del flujo magnético a través del circuito.

29.2 Ley de Faraday

29.2 Ley de Faraday (Continúa)

29.2 Ley de Faraday (Continuación)

29.2 Ley de Faraday 29.7 Diagrama para el Ejemplo 29.2. Si se conectan los extremos del alambre de esta figura, ¿cómo será la dirección de la corriente en la bobina respecto a la de la fem?

29.2 Ley de Faraday

29.2 Ley de Faraday

29.2 Ley de Faraday 29.9 Los alternadores comerciales utilizan muchas espiras de alambre enrolladas alrededor de una estructura con apariencia de barril llamada armadura. La armadura y el alambre permanecen fijos mientras los electroimanes giran sobre un eje (que no se muestra), el cual pasa por el centro de la armadura. La fem inducida resultante es mucho más grande de lo que sería posible con una sola espira de alambre.

29.2 Ley de Faraday 29.10 a) Diagrama de un generador de cd que utiliza un conmutador de anillo partido. Las mitades del anillo están unidas a la espira y giran con esta. b) Gráfica de la fem inducida resultante entre las terminales a y b.

29.2 Ley de Faraday

29.3 Ley de Lenz La ley de Lenz es un método alternativo para determinar la dirección de una corriente o una fem inducidas. Esta ley no es un principio independiente; se puede obtener de la ley de Faraday.

29.3 Ley de Lenz La ley de Lenz establece lo siguiente: La dirección de cualquier efecto de inducción magnética es tal que se opone a la causa del efecto.

29.3 Ley de Lenz

29.3 Ley de Lenz 29.14 Direcciones de las corrientes inducidas conforme el imán de barra se mueve a lo largo del eje de una espira conductora. Si el imán de barra está fijo, no hay corriente inducida. (Continúa)

29.3 Ley de Lenz 29.14 Direcciones de las corrientes inducidas conforme el imán de barra se mueve a lo largo del eje de una espira conductora. Si el imán de barra está fijo, no hay corriente inducida. (Continuación)

29.4 Fuerza electromotriz en movimiento 29.15 Una varilla conductora que se mueve en un campo magnético uniforme. a) La varilla, la velocidad y el campo son perpendiculares entre sí. b) Dirección de la corriente inducida en el circuito.

29.4 Fuerza electromotriz en movimiento

29.4 Fuerza electromotriz en movimiento El campo magnético de la Tierra apunta hacia el norte (magnético). Por sencillez, suponga que el campo no tiene componente vertical. Si usted sostiene una varilla metálica en su mano y camina hacia el este, ¿cómo debería orientar la varilla para obtener la fem de movimiento máxima entre sus extremos?

29.5 Campos eléctricos inducidos

29.5 Campos eléctricos inducidos 29.18 Aplicaciones de campos eléctricos inducidos. a) Los datos se almacenan en el disco duro de una computadora, con un patrón de áreas magnetizadas sobre su superficie. Para leer los datos, se coloca una bobina sobre un brazo móvil cerca del disco giratorio. La bobina experimenta un flujo magnético variable, lo cual induce una corriente cuyas características dependen del patrón codificado en el disco. b) Este automóvil híbrido tiene un motor de gasolina y un motor eléctrico. Cuando el vehículo se detiene, las ruedas giratorias impulsan en reversa el motor para que actúe como generador. La corriente inducida resultante sirve para recargar las baterías del vehículo. c) El cigüeñal giratorio de un avión con motor de pistones hace girar un imán, lo que induce una fem en una bobina adyacente y genera la chispa que enciende el combustible en los cilindros del motor. Esto mantiene en marcha al motor incluso en el caso de que llegaran a fallar otros sistemas eléctricos de la aeronave.

29.6 Corrientes parásitas Muchos dispositivos eléctricos contienen masas de metal que se mueven en campos magnéticos o se ubican en campos magnéticos variables donde hay corrientes inducidas que circulan por todo el volumen del material. Sus patrones de flujo recuerdan los remolinos en un río y reciben el nombre de corrientes parásitas.

29.6 Corrientes parásitas 29.19 Corrientes parásitas inducidas en un disco metálico giratorio.

29.6 Corrientes parásitas

29.7 Corrientes de desplazamiento y ecuaciones de Maxwell

29.7 Corrientes de desplazamiento y ecuaciones de Maxwell

29.7 Corrientes de desplazamiento y ecuaciones de Maxwell La relación entre los campos eléctricos y magnéticos y sus fuentes se enuncian en forma compacta en las cuatro ecuaciones de Maxwell.

29.7 Corrientes de desplazamiento y ecuaciones de Maxwell Ley de Gauss para campos eléctricos: Ley de Gauss para campos magnéticos:

29.7 Corrientes de desplazamiento y ecuaciones de Maxwell Ley de Ampère: Ley de Faraday:

29.8 Superconductividad

29.8 Superconductividad

29.8 Superconductividad Efecto Meissner: durante la transición superconductora en presencia del campo todo el flujo magnético es expelido del volumen de la esfera, y el flujo magnético ΦB a través de la bobina se reduce a cero.

29.8 Superconductividad En un material diamagnético la magnetización provoca que los materiales sean repelidos por un imán permanente y el imán también es repelido por el material diamagnético. Esa fuerza magnética repulsiva sostiene (“hace levitar”) al imán.

29.8 Superconductividad 29.25 Un superconductor (la placa negra) ejerce una fuerza de repulsión sobre un imán (el cilindro metálico), lo que sostiene a este en el aire.

Para terminar… El capítulo 29 ha concluido, es momento de regresar al inicio del mismo para corroborar si su respuesta inicial se sustenta con los contenidos revisados en este capítulo. De no ser así, proponga otra solución a esta interrogante.

Conocimientos a prueba Llegó el momento de poner en práctica los conocimientos adquiridos, por ello lo invitamos a resolver la sección de Problemas al final del capítulo en el libro. ¡Suerte!