Inducción Electromagnética.

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1 Inducción Electromagnética.
Fig. 1 Fig. 2 Prof: Felipe Hernández

2 Densidad de flujo magnético
El flujo magnético (Φ) a través de una superficie es una medida de la cantidad de líneas de campo magnético que atraviesan esa superficie Df Densidad de flujo magnético: DA S

3 Cuando el área A es perpendicular al flujo:
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 (A) 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 Cuando el área A es perpendicular al flujo: n A q a B

4 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 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”. +

5 Ley de Lenz-Faraday. Fuerza electromotriz inducida.
Si llamamos Φ al flujo a través una espira y hay N espiras esta expresión se puede escribir: Fig. 3

6 Sentido de la corriente. Ley de Lenz.
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”. v I v S N I B inducido I B inducido N S Movimiento a la izquierda N S Movimiento a la derecha El flujo que disminuye por movimiento a la derecha induce flujo a la izquierda en la espira. El flujo que aumenta a la izquierda induce flujo a la derecha en la espira.

7 Fuerza electromotriz debida al movimiento.
Supongamos una varilla conductora que se desliza a lo largo de dos conductores que están unidos a una resistencia. El flujo magnético varía porque el área que encierra el circuito también lo hace. I Fig. 4

8 Si el alambre de longitud L se mueve con velocidad v un ángulo q con B:
fem E inducida v sen q v q B

9 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

10 Generador. Producción de Corriente alterna.
Si hacemos girar una espira en el interior de un campo magnético (B), aproximadamente uniforme. El flujo magnético que la atraviesa será: A 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.

11 Generador. Producción de Corriente alterna.
Por lo tanto en la espira se inducirá una fuerza electromotriz de valor: Si la bobina tiene N espiras:

12 Generador. Producción de Corriente alterna.
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.

13 Principio Electrodinámico
El principio se basa en el hecho de que cuando un conductor eléctrico corta las líneas de fuerza de un campo magnético, se “induce” en dicho conductor una tensión eléctrica. Los valores de la aguja del voltímetro indican los valores máximos correspondientes a cada media vuelta. Con giro uniforme del motor, la curva de tensión entre los valores máximos es senoidal

14

15 Un poderoso electroimán produce un campo magnético uniforme de 1,6 [T] sobre un área de sección transversal de 0,2[m2].Alrededor del electroimán se coloca una bobina que tiene 200 vueltas y una resistencia de 20[Ω]. Luego la corriente en el electroimán disminuye suavemente hasta que alcanza cero en 20[ms]. ¿Cuál es la corriente inducida en la bobina?

16 Una barra metálica gira a una relación constante en el campo magnético de la tierra. La rotación ocurre en una región donde la componente del campo magnético terrestre perpendicular al plano de rotación es Si la barra mide 1,00m de largo y su rapidez angular es ¿Qué diferencia de potencial se desarrolla en sus extremos?

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18 Una espira rectangular de un generador de corriente alterna de dimensiones a y b tiene N vueltas. Esta espira se conecta a unos anillos colectores y gira con una velocidad angular ω en el interior de un campo magnético uniforme B. a) Encontrar la diferencia de potencial entre los dos anillos. b) Si a= 1cm, b= 2cm, N= 1000 y B= 2 [T] ¿Con que frecuencia angular ω deberá hacerse girar la bobina para generar una fem cuyo máximo valor sea 110 [V].?

19 a) b)

20 Una bobina rectangular de 80 vueltas, 20[cm] de ancho y 30 [cm] de longitud esta situada en un campo magnético B=0,8[T] dirigido hacia adentro, como indica la figura, solo la mitad de la bobina se encuentra en la región del campo magnético. La resistencia de la bobina es de 30[Ω]. Determinar la magnitud y dirección de la corriente inducida al desplazarse la bobina con una velocidad de 2[m/s] Hacia la derecha Hacia arriba Hacia abajo a) b) En sentido antihorario