FISICA2 Unidad9 Induccion Electromagnetica

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1 Inducción electromagnética Inducción de la corriente eléctrica Aplicaciones de la inducción electromagnética Experiencias de Faraday Flujo magnético Autoinducción Inducción mutua Producción y transporte de la corriente eléctrica Experiencia de Henry Ley de Lenz Generadores eléctricos Ley de Faraday Tema 9:Inducción electromagnética
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  • 15/07/2015 IPEP Cdiz - Departamento de Fsica y Qumica 1

    Induccin

    electromagntica

    Induccin de la

    corriente elctrica

    Aplicaciones

    de la induccin

    electromagntica

    Sntesis

    electromagntica

    Experiencias de Faraday

    Flujo magntico

    Autoinduccin

    Induccin mutua

    Produccin y transporte

    de la corriente elctrica

    Ecuaciones de Maxwell

    Experiencia de Henry

    Ley de Lenz

    Generadores elctricos

    Ley de Faraday

    Tema 9:Induccin electromagntica

  • 15/07/2015 IPEP Cdiz - Departamento de Fsica y Qumica 2

    1.Induccin de la corriente elctrica

    1.1 Experiencias de Faraday

    G

    SN

    Si acercamos el imn a la bobina, aparece en ella una corriente inducida durante el movimiento del imn

    El sentido de la corriente inducida en la bobina se invierte si alejamos el imn.

    Con la bobina y el imn fijos no observamos corriente inducida alguna

    Se obtienen los mismos resultados si mantenemos fijo el imn y movemos la bobina

    Esto demuestra que la induccin de corriente elctrica en un circuito es debida a campos magnticos variables.

  • 15/07/2015 IPEP Cdiz - Departamento de Fsica y Qumica 3

    G

    +

    1.Induccin de la corriente elctrica (Cont.)

    1.1 Experiencias de Faraday

    Al conectar el interruptor se induce una corriente en la bobina izquierda. Las corrientes en las dos bobinas circulan en sentidos contrarios

    Al desconectar el interruptor se induce de nuevo una corriente en la bobina izquierda. Ahora la corriente inducida tiene sentido opuesto a la del caso anterior.

    Se induce una corriente en la bobina izquierda mientras aumenta o disminuye la intensidad de corriente en la bobina derecha, pero no mientras se mantiene constante. Esto

    demuestra, como en el caso anterior, que la induccin de corriente elctrica en un circuito

    es debida a campos magnticos variables.

    La induccin electromagntica consiste en la aparicin de una corriente elctrica en un circuito

    cuando vara el nmero de lneas de induccin magntica que lo atraviesan

    B

    Applet

    A.Franco

  • 15/07/2015 IPEP Cdiz - Departamento de Fsica y Qumica 4

    1.2 Flujo magnticoPara explicar cuantitativamente este fenmeno introducimos el concepto de flujo magntico.

    El flujo magntico a travs de una superficie que se encuentra en el seno de un campo

    magntico es una medida del nmero de lneas de induccin que atraviesan dicha superficie.

    SBPara un campo uniforme y una superficie plana el flujo magntico es el producto escalar:

    B S

    ngulo(B,S) 0

    B S cos0 B S

    S

    SB B

    Campo variable

    En la superficie de la izquierda: S=Vector superficieMdulo :Valor del rea de la superficie

    Direccin: Perpendicular a la superficie

    En el S.I. el flujo magntico se mide en:

    B S cos Weber (Wb) 1 Wb = 1 T m2

  • 15/07/2015 IPEP Cdiz - Departamento de Fsica y Qumica 5

    Una espira cuadrada de 60 cm2 de superficie se encuentra en el interior de un campo

    magntico uniforme de 0,4 T. Calcula el valor del flujo magntico a travs de la espira en los casos que se

    representan en la figura:

    3 3 B S cos 0 0,4 6 10 1 2,4 10 Wb

    Actividad 1:

    S

    B B B BS S S

    S60 134

    a b c d e

    B

    BEl ngulo que forman las direcciones de y de vale en cada caso:S 0 60 90 134 180

    a

    Expresamos la superficie en m2 : 4 260 10 m 2S 60 cm 3 26 10 m

    b3 3 B S cos 60 0,4 6 10 0,5 1,2 10 Wb

    c3 B S cos 90 0,4 6 10 0 0 Wb

    d3 3 B S cos 134 0,4 6 10 ( 0,7) 0,84 10 Wb

    e3 3 B S cos 180 0,4 6 10 ( 1) 2,4 10 Wb

  • 15/07/2015 IPEP Cdiz - Departamento de Fsica y Qumica 6

    1.3 Ley de LenzVimos en las experiencias de Faraday que la induccin de corriente elctrica en un circuito se

    produca cuando variaba el nmero de lneas de induccin magntica que lo atravesaba.

    A partir del concepto de flujo, podemos decir que la induccin de corriente elctrica en un

    circuito es debida a la variacin de flujo magntico a travs del circuito.

    Como el flujo es: B S cos podemos inducir corriente en el circuito: variando el campo B

    variando la superficie S

    variando la orientacin del circuito respecto del campo

    Sin embargo cul es el sentido de la corriente inducida?

    Fue el fsico ruso Lenz el que determin la regla que nos permite hallar el sentido de la

    corriente inducida. Se conoce con el nombre de ley de Lenz.

    El sentido de la corriente inducida es tal que se opone por sus efectos a la

    causa que la produce.

    Como veremos ms adelante, este enunciado no es ms que una consecuencia del

    principio de conservacin de la energa

  • 15/07/2015 IPEP Cdiz - Departamento de Fsica y Qumica 7

    B inducido

    Binducido

    Al acercar el polo Norte del imn a la espira, se crea una corriente inducida. Segn la ley de

    Lenz, el sentido de la corriente inducida debe ser tal que se oponga a la causa que la crea

    (el acercamiento de un polo norte) y por tanto el sentido de la corriente es el contrario a las

    agujas del reloj en la cara por la que se acerca el imn.

    De este modo, esta cara ser el polo Norte de la espira y repeler al imn que se acerca y

    en consecuencia ser necesario ejercer una fuerza sobre ste para vencer esta repulsin. El

    trabajo de esta fuerza es el que se transforma en corriente elctrica, segn exige el principio

    de conservacin de la energa.

    Cuando se aleja el polo Norte, se invierte el sentido de la corriente inducida de modo que

    ahora la cara de la espira frente al imn es un polo Sur, que se opone al alejamiento del polo

    Norte del imn y en consecuencia ser necesario ejercer una fuerza sobre el imn para

    alejarlo. El trabajo de esta fuerza es el que se transforma en energa elctrica.

    1.3 Ley de Lenz (Cont.)

    NS

  • 15/07/2015 IPEP Cdiz - Departamento de Fsica y Qumica 8

    GG

    Al cerrar el interruptor k, el sentido de la

    corriente inducida en S2 es contrario al que

    circula en S1 , segn exige la ley de Lenz.

    S2S1

    k

    Al abrir el interruptor k, el sentido de la

    corriente inducida en S2 es contrario que en el

    caso anterior.

    S2B inducido

    B inducido

    1.3 Ley de Lenz (Cont.)

    La corriente inducida slo aparece en los instantes que se cierra y se abre el circuito, que es

    cuando la corriente en S1 vara.

    k

    S1

  • 15/07/2015 IPEP Cdiz - Departamento de Fsica y Qumica 9

    inducido

    Actividad 2:

    G

    Indicar razonadamente el sentido de la corriente inducida en la bobina, en los

    casos que se representan en los dibujos:

    S

    N

    El imn sube

    G

    S

    N

    El imn baja

    B

    B

    B

    B inducido

    Corriente

    inducida

    Corriente

    inducida

    Regla de la

    mano derecha

  • 15/07/2015 IPEP Cdiz - Departamento de Fsica y Qumica 10

    Actividad 3: Indicar razonadamente el sentido de la corriente inducida en la bobina, en los casos que se representan en los dibujos:

    El imn est

    quieto

    B

    G

    B inducidoCorriente

    inducida

    Al acercarse el circuito aumenta l flujo magntico que lo atraviesa.

    Este aumento de flujo crea una corriente inducida en el circuito.(L.Faraday)

    Con un sentido que se oponga al aumento de flujo que la crea.(L.Lenz)

    El campo inducido se opone al campo del imn , esto disminuye el campo resultante y el flujo que atraviesa el circuito.

  • 15/07/2015 IPEP Cdiz - Departamento de Fsica y Qumica 11

    1.4 Ley de Faraday-Lenz

    Sabemos que un campo magntico variable induce una corriente elctrica en un circuito. Este

    fenmeno conocido con el nombre de induccin electromagntica puede ser formulado

    mediante una ley matemtica, la ley de Faraday-Lenz.

    Para enunciar esta ley es preciso cuantificar la corriente inducida mediante una magnitud

    fsica: la fuerza electromotriz inducida o fem inducida

    Experimentalmente se observa que la fuerza electromotriz inducida en un circuito es directamente proporcional a la variacin de flujo magntico , e inversamente proporcional al tiempo invertido en dicha variacin t :

    t

    Faraday

    Lenz

    Para un intervalo de tiempo infinitesimal, la fem instantnea nos vendra dada por la

    siguiente expresin:d

    dt

    Para calcular la intensidad de la corriente inducida en un circuito cuya resistencia elctrica es

    R, aplicamos la ley de Ohm: 1 d

    IR R dt

  • 15/07/2015 IPEP Cdiz - Departamento de Fsica y Qumica 12

    Ejercicio 13 pgina 225

    Datos: B = 0,4 T; r = 5 cm = 0, 05 m; R = 15 ; t = 0,1 s ; Al inicio ngulo(B,S) 0

    Situacin Inicial Situacin Final

    La situacin inicial de la espira se ilustra en la figura izquierda. Y la final (la espira gira un

    cuarto de vuelta en un tiempo de 0,1 s) en la figura derecha.

    S

    B

    Para calcular la fem inducida en la espira necesitamos conocer la variacin de flujo que

    la atraviesa. Y para esto necesitamos hallar la superficie de la espira.

    La superficie de la espira la calculamos aplicando la frmula del crculo:

    S = r2 = (0,05)2 = 7,85 103 m2

    ngulo(B,S) 0 ngulo(B,S) 90

    Inicialmente, la bobina es perpendicular a las lneas de induccin (al campo) y el flujo vale:

    0 = B S cos 0 = B S

    Y gira un cuarto de vuelta alrededor de su dimetro, tomando el flujo el valor de:

    = B S cos 90 = 0

  • 15/07/2015 IPEP Cdiz - Departamento de Fsica y Qumica 13

    Ejercicio 13 pgina 225

    Datos: B = 0,4 T; r = 5 cm = 0, 05 m; R = 15 ; t = 0,1 s ; Al inicio ngulo(B,S) 0

    Situacin Inicial Situacin Final

    La situacin inicial de la espira se ilustra en la figura izquierda. Y la final (la espira gira un

    cuarto de vuelta en un tiempo de 0,1 s) en la figura derecha.

    giro

    S

    B B

    S

    Para calcular la fem inducida en la espira necesitamos conocer la variacin de flujo que

    la atraviesa. Y para esto necesitamos hallar la superficie de la espira.

    La superficie de la espira la calculamos aplicando la frmula del crculo:

    S = r2 = (0,05)2 = 7,85 103 m2

    ngulo(B,S) 0 ngulo(B,S) 90

    Inicialmente, la bobina es perpendicular a las lneas de induccin (al campo) y el flujo vale:

    0 = B S cos 0 = B S

    Y gira un cuarto de vuelta alrededor de su dimetro, tomando el flujo el valor de:

    = B S cos 90 = 0

  • 15/07/2015 IPEP Cdiz - Departamento de Fsica y Qumica 14

    La variacin de flujo magntico es:

    = 0 = 0 B S = B S = 0,4 7,85 103 = 3,14 103 Wb

    Calculamos la fem inducida mediante la ley de Faraday:

    32 3,14 10 3,14 10 V

    t 0,1

    Y por ltimo calculamos la intensidad de la corriente que recorre la espira, mediante la ley

    de Ohm:2

    3 3,14 10I 2,1 10 A 2,1 mAR 15

  • 15/07/2015 IPEP Cdiz - Departamento de Fsica y Qumica 15

    1.5 Experiencia de HenryEl fsico norteamericano J.Henry descubri en 1831 de forma simultnea e independiente a

    Faraday, el fenmeno de la induccin electromagntica, que un campo magntico variable induce

    una fuerza electromotriz.

    + ++

    mF

    V

    Sobre los electrones libres del conductor acta una fuerza magntica

    (Fuerza de Lorentz), que produce una separacin de las cargas.

    La separacin de las cargas genera un campo elctrico en el interior

    del conductor.eF

    Por qu?

    B

    m eFF

    e v B e E

    E v B Este campo elctrico E inducido genera entre los extremos del conductor una diferencia de

    potencial o fuerzaelectromotriz (fem) dada por: E

    Esta fuerza electromotriz se mantiene slo mientras el conductor se mueve dentro del campo

    magntico.

    BBBEl conductor de la figura se

    mueve por una regin del

    espacio en la que existe un

    campo magntico vertical.En el

    conductor se produce un

    movimiento de sus cargas

    libres, una corriente elctrica. La corriente cesa al detenerse el conductor.

    E

    La separacin de las cargas cesar cuando la fuerza magntica que

    acta sobre los electrones quede compensada por la fuerza elctrica

    que se opone a tal separacin:

    v B

    Applet

    A.Franco

  • 15/07/2015 IPEP Cdiz - Departamento de Fsica y Qumica 16

    1.5 Experiencia de Henry (Cont .)

    mFV

    Si acoplamos el conductor de modo que

    deslice sobre un circuito, comprobamos ,

    mediante la expresin de la fuerza de

    Lorentz sobre corrientes elctricas que

    vimos en la unidad 8:

    que sobre el conductor se ejerce una fuerza que se opone a que ste se deslice hacia la derecha.

    BBB

    m I ( BF )

    Esto significa que para generar la corriente en el conductor es necesario que un agente externo

    haga una fuerza sobre l que venza a la fuerza . mF

    En otras palabras, es necesario realizar un trabajo mecnico sobre el conductor para obtener la

    energa elctrica de la corriente inducida, como exige la ley de Lenz y el principio de conservacin

    de la energa. La energa aportada por ese trabajo mecnico es la que se transforma en energa

    electrica.

  • 15/07/2015 IPEP Cdiz - Departamento de Fsica y Qumica 17

    Actividad 4:

    mFV

    BBB

    velocidad de 0,4 m/s en una zona del espacio en la que existe un campo magntico uniforme de

    0,6 T, tal como se indica en la figura.

    La barra de la figura mide 30 cm y se desliza sobre dos hilos conductores a la

    Calcular:a) La fuerza magntica que acta sobre un electrn

    de la barra.

    b) El campo elctrico en el interior de la barra.

    c) La fem inducida.

    Datos: =30 cm = 0,3 m ; v = 0,4 m/s ; B = 0,6 T ; e = 1,61019 C

    a) La fuerza magntica que acta sobre los electrones de la barra nos viene dada por la ley de Lorentz

    m e (vF )B

    Direccin: perpendicular a los vectores yV B

    Sentido: Regla mano izquierda

    Mdulo: m Be e 0v 9F s n

    191,6 10 0,4 0,6 1 203,84 10 N

    b) El campo elctrico en el interior de la barra crece hasta que la fuerza elctrica y magntica que actan sobre

    los electrones se igualan. En ese instante el campo elctrico E vale:

    E v B 0,4 0,6 N

    0,24C

    c) La fem inducida vale:

    v B 0,3 0,4 0,6 0,072 V

    El valor de la fem inducida tambin se puede obtener aplicando la ley de Faraday:

    t

    B S

    t

    B v t

    t

    B v 0,6 0,3 0,4 0,072 V

    ++

  • 15/07/2015 IPEP Cdiz - Departamento de Fsica y Qumica 18

    2. Aplicaciones de la induccin electromagnticaAntes del descubrimiento de la induccin electromagntica, la nica fuente de energa

    elctrica era la batera, como la pila del Volta o la de Daniell, que producan electricidad cara y

    en pequeas cantidades.

    2.1. Generadores elctricos

    Un generador elctrico es cualquier dispositivo que transforma una determinada forma de

    energa (mecnica, qumica,.) en energa elctrica.

    SN

    Si el generador produce corriente

    continua es una dinamo y si la corriente

    es alterna, un alternador.

    Al girar la espira con velocidad , va variando el flujo magntico que la atraviesa:

    B S cos B S cos t

    d

    dt

    Aplicando la ley de Faraday-Lenz, calculamos la fem inducida:

    d(B S cos t)

    dt

    B S sen t

    Si ponemos N espiras: N B S sen t

    La fem mxima es:0 N B S

    Applets Fendt

    El motor elctrico funciona de manera

    inversa a los dinamos y alternadores:

    se les suministra corriente elctrica y

    la transforman en trabajo mecnico

    Applets Fendt

  • 15/07/2015 IPEP Cdiz - Departamento de Fsica y Qumica 19

    Alternador (Dibujo)

  • 15/07/2015 IPEP Cdiz - Departamento de Fsica y Qumica 20

    Alternador (Imagen)

  • 15/07/2015 IPEP Cdiz - Departamento de Fsica y Qumica 21

    Dinamo (Dibujo)

  • 15/07/2015 IPEP Cdiz - Departamento de Fsica y Qumica 22

    Dinamo (Imagen)

    Escobillas

  • 15/07/2015 IPEP Cdiz - Departamento de Fsica y Qumica 23

    2.2 Autoinduccin

    Bobina

    +

    I

    contracorriente

    +

    extracorriente

    Cierre del

    circuito

    Rgimen

    estacionario

    Apertura

    del circuito

    I

    t

    Al cerrar el circuito , la intensidad de corriente tarda un cierto tiempo en alcanzar su valor estacionario I y

    el flujo magntico a travs de la bobina vara en este tiempo desde cero hasta su valor mximo. En

    consecuencia, se autoinduce una fuerza electromotriz (llamada fuerza contraelectromotriz) que se opone

    al aumento instantneo de la intensidad en el circuito. En esta fase existe una contracorriente de sentido

    contrario a la corriente que suministra la pila.

    Bobina

    Al abrir el circuito, la intensidad tarda un cierto tiempo en anularse. En este caso, la fuerza electromotriz

    autoinducida se opone a que la intensidad caiga a cero de forma instantnea. En esta fase existe una

    extracorriente en el mismo sentido que la corriente que suministraba la pila.

  • 15/07/2015 IPEP Cdiz - Departamento de Fsica y Qumica 24

    2.2 Autoinduccin (Cont.)La fuerza electromotriz autoinducida depende de la variacin de flujo magntico que atraviesa el propio

    circuito.

    El flujo magntico en el circuito es porporcional a la intensidad de corriente I que lo recorre:

    L I La constante de proporcionalidad L recibe el nombre de coeficiente de autoinduccin o inductancia

    de la bobina y depende de las caractersticas fsicas del circuito: del tipo de material y de la forma

    geomtrica.

    Al variar la corriente I , se produce una variacin del flujo: L I Aplicando la ley de Fararday-Lenz, obtendramos la fem autoinducida:

    t

    La unidad de inductancia en el S.I. es el henrio (H) en honor de J.Henry.

    IL

    t

    V1 H 1

    A

    s

    1 henrio ( 1 H ) es la autoinduccin de un circuito en el cual una variacin de intensidad

    de 1 A /s induce en el propio circuito una fem de 1 V

    De la definicin anterior, podemos calcular el coeficiente de autoinduccin de una bobina de N espiras.

    Vimos en la unidad 8 el campo magntico B creado en el interior de una bobina de N espiras recorrida por una

    corriente de intensidad I :0 N IB

    El flujo que atraviesa la bobina es: N B S 0 N I

    N S

    2

    0 N S I

    Comparando con la expresin inicial: L I 2

    0 N SL

    Obtenemos la expresin del coeficiente de autoinduccin de la bobina:

    L

    I

    t

  • 15/07/2015 IPEP Cdiz - Departamento de Fsica y Qumica 25

    Actividad 5: La bobina de la imagen tiene 1000 espiras de 10 cm2 de superficie cada una , y una longitud de 26,2 cm. Determinar su coeficiente de autoinduccin expresado

    en milihenrios ( mH ).

    Datos: 0 = 4107 Tm/A ; N = 1000 ; S = 10 cm2 = 103 m2; = 26,2 cm =0,262 m

    Aplicamos la ecuacin anterior para calcular el coeficiente de

    autoinduccin de la bobina, expresando todas las magnitudes en

    unidades del S.I.:

    7 2 34 10 1000 10

    0,262

    2

    0 N SL

    0,0048 H 4,8 mH

    7 2 3 2T m4 10 1000 10 mAL0,262 m

    2T m mA

    m

    2T m

    A

    2N mA m

    A

    N m

    A A

    J

    CA

    s

    V

    A

    s

    H

    Detalle de las unidades:

    0,0048 H

  • 15/07/2015 IPEP Cdiz - Departamento de Fsica y Qumica 26

    Actividad 6: La bobina de la imagen de 1000 espiras tiene un coeficiente de autoinduccin de 4,8 mH. Determinar el coeficiente de autoinduccin de otra bobina igual que la

    anterior ( con las mismas dimensiones ) pero de 500 espiras..

    2

    0 2

    2

    2

    0 11

    N SL

    N SL

    Datos: L1 = 4,8 mH ; N1 = 1000 N2 = 500

    Para la primera bobina su coeficiente de autoinduccin es:

    Para la segunda bobina su coeficiente de autoinduccin es:

    2

    0 22

    N SL

    Dividiendo miembro a miembro ambas ecuaciones:

    2

    0 11

    N SL

    2

    2 2

    2

    1 1

    L N

    L N

    2

    22 1 2

    1

    NL L

    N

    2

    2

    5004,8 mH

    1000

    14,8 mH

    4 1,2 mH

  • 15/07/2015 IPEP Cdiz - Departamento de Fsica y Qumica 27

    2.3 Induccin mutua. TransformadoresVimos en las experiencias de Faraday, que al variar la corriente en un circuito, produca

    una variacin del flujo magntico que atraviesa una bobina o circuito prximo.

    G

    +

    B

    Si por la bobina de la derecha circula una intensidad de corriente I1 , el campo magntico creado

    por ella produce un flujo 2 en la bobina de la izquierda:

    2 12 1 M I

    Cuando por la bobina de la izquierda circula una intensidad de corriente I2 , el campo magntico

    creado por ella produce un flujo 1 en la bobina de la derecha:

    1 21 2 M I

    12M = Constante de proporcionalidad que recibe el nombre de

    21M = Constante de proporcionalidad que recibe el nombre

    Coeficiente de induccin mutua entre las bobinas 1 y 2

    Coeficiente de induccin mutua entre las bobinas 2 y 1

    Se demuestra que ambos coeficientes son iguales:12M 21M

    y dependen de las caractersticas fsica (forma, tamao, ..) y de la posicin relativa de las bobinas.

    Esto implica, que una variacin de la intensidad de corriente de la bobina 1 provoca una variacin

    de flujo en la bobina 2 y la aparicin de una fem en ella. Y la variacin de intensidad que se

    produce en la bobina 2 produce a su vez otra fem en la bobina 1. Es el fenmeno de la induccin

    mutua.

    12

  • 15/07/2015 IPEP Cdiz - Departamento de Fsica y Qumica 28

    2.3 Induccin mutua. Transformadores (Cont.)

    2 2

    1 1

    V N

    V N

    P

    r

    i

    m

    a

    r

    i

    o

    S

    e

    c

    u

    n

    d

    a

    r

    i

    o

    V1V2

    N2

    N1

    1 1

    V N

    t 2 2

    V N

    t

    Ver

    Una aplicacin prctica de la induccin mutua son los transformadores, dispositivos que permiten variar la tensin (voltaje) y la intensidad de una corriente alterna, sin apenas prdida de

    energa.Constan esencialmente de un circuito magntico cerrado sobre el que se arrollan dos bobinados

    de distintos nmero de vueltas (espiras), de forma que ambos bobinados estn atravesados por el

    mismo flujo magntico. El circuito magntico est constituido por chapas de acero de poco

    espesor apiladas, para evitar las corrientes parsitas .El bobinado donde se conecta la corriente de

    entrada se denomina primario, y el bobinado

    donde se conecta la carga til, se denomina

    secundario.La fem (tensin) inducida en la bobina

    secundaria tiene la misma frecuencia que la

    corriente alterna de entrada.

    Si representamos por al flujo que recorre

    cada bobina, podemos escribir que:

    (Primario) (Secundario)

    Dividiendo entre s ambas expresiones,

    obtenemos la relacin de transformacin :

    2 1 2

    1 2 1

    V I N

    V I N Esta relacin tambin la podemos escribir as:

    Vemos que la tensin y la intensidad de corriente son inversamente proporcionales.

  • 15/07/2015 IPEP Cdiz - Departamento de Fsica y Qumica 29

    Actividad 7: El circuito primario de un transformador tiene 800 vueltas y es alimentado con una corriente elctrica alterna de 330 V y 0,20 A. Determinar la tensin y la

    intensidad de corriente de salida si el secundario est formado por 40 espiras.

    Datos: N1 = 800 ; V1 = 330 V ; I1 = 330 V ; N2 = 40

    Aplicamos la relacin de transformacin

    para la tensin V:

    2 2

    1 1

    V N

    V N 22 1

    1

    NV V

    N

    40330 V

    800 16,5 V

    Aplicamos de nuevo la relacin de transformacin para la intensidad I:

    1 2

    2 1

    I N

    I N 12 1

    2

    NV I

    N

    8000,20 A

    40 4 A

    P

    r

    i

    m

    a

    r

    i

    o

    S

    e

    c

    u

    n

    d

    a

    r

    i

    o

  • 15/07/2015 IPEP Cdiz - Departamento de Fsica y Qumica 30

    2.4 Produccin de energa elctrica

    Ver Centrales elctricas

    La electricidad es la forma de energa ms consumida en la actualidad gracias a que ofrece varias

    ventajas frente a otras formas de energa:

    Fcilmente se convierte en otras formas de energa: mecnica (motores elctricos) , trmica (estufas, hornos, ..) ,radiante (bombillas),

    Se transporta con mnimas prdidas a grandes distancia desde los centros de produccin ( las centrales elctricas) hasta los centros de consumo (industria ,

    ciudad, . ) .

    La electricidad ( la energa elctrica) se produce en las centrales elctricas, que pueden ser de

    los siguientes tipos, segn sea la fuente de energa que utilicen para su produccin, la energa

    primaria:

    No produce residuos ni contamina el medio ambiente.

    Hidroelctricas

    Centrales elctricas Fuente de energa que utiliza

    Agua embalsada

    Trmicas Combustibles fsiles ( carbn, petrleo, gas,

    Nucleares Energa nuclear de fisin

    Energa del vientoElicas

    Solares Energa radiante del Sol

    Geotrmicas Energa geotrmica del interior de la Tierra

    En el siguiente enlace podemos ver un esquema y un grfico interactivo de distintos tipos de

    centrales elctricas:

  • 15/07/2015 IPEP Cdiz - Departamento de Fsica y Qumica 32

    1.2 Flujo magnticoSi se trata de una superficie S cualquiera y el campo magntico es variable:

    Dividimos la superficie S en pequeos

    elementos infinitesimales de superficie

    dS, de manera que en cada uno se

    puedan considerar la superficie plana y

    el campo uniforme y calculamos el flujo

    d a travs de la superficie infinitesimal:

    d B dS

    El flujo total a travs de la superficie S se obtendr sumando el flujo de todas las

    superficies infinitesimales:

    dS

    B

    S d

    S B dS

    VOLVERS

    B dS cos

  • 15/07/2015 IPEP Cdiz - Departamento de Fsica y Qumica 33

    R

    +

    Fuerza electromotriz o fem de un generador

    I

    generador elctrico :pila

    En un circuito elctrico, el generador (pila, batera, dinamo, alternador, ) es el elemento del circuito encargado de proporcionar la energa.

    Los generadores elctricos se caracterizan por su fuerza electromotriz o fem,

    que nos indica la energa que suministra el generador a cada unidad de cargaelctrica que pasa por l.

    VOLVER

    E

    q

    fem

    La batera de un coche tiene una fem de = 12 V:

    Unidad en el S.I.

    Jvoltio ( V )

    C

    esto significa que a cada culombio

    de electrones (6,251018 electrones) que pase por ella , le suministra 12 J de energa.

  • 15/07/2015 IPEP Cdiz - Departamento de Fsica y Qumica 34

    P V I

    1 1 1P V I

    2 2 2P V I

    Recordamos que la potencia elctrica la podemos poner en funcin de la tensin

    y la intensidad:

    Las prdidas de energia en el proceso de transformacin son tan pequeas que

    se pueden despreciar y considerar la potencia de entrada P1 a la de salida P2:

    1 2P P

    1 1 2 2V I V I

    2 1

    1 2

    V I

    V I

    VOLVER