Inducción Electromagnética

Erick Conde

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OBJETIVOS

Generar fuerza electromotriz utilizando campos magnéticos

RESUMEN

En esta práctica pudimos aprender sobre inducción electromagnética y sobre la obtención de la tensión inducida alterna como en el experimento C que consistía en hacer girar el imán por encima de una bobina de un numero X de espiras la cual estaba conectada a una fuente de voltaje la cual se podía observar que al girar el imán el voltímetro que estaba conectado a la bobina comenzaba a moverse de un lado hacia otro ya que lo que recibía esta era corriente alterna.

INTRODUCCIÓN

Inducción electromagnéticaLa inducción electromagnética es un fenómeno muy importante en la sociedad actual. Las centrales eléctricas producen por inducción electromagnética la electricidad que llega a nuestras casas, los generadores transformadores, motores eléctricos....Funcionan con corriente eléctrica inducida.Oersted había demostrado que una corriente eléctrica crea a su alrededor un campo magnética. Muchos científicos intentaron obtener el fenómeno inverso, inducir una corriente eléctrica a partir de un campo magnético.

Experiencias de Faraday (1831)1ª ExperienciaSe enrollan dos bobinas alrededor de una barra de hierro. La primera se conecta a una potente batería, la segunda a un galvanómetro para medir la corriente inducida al cerrar y abrir el interruptor.

Resultados:

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

Al desconectar el interruptor se induce de nuevo una corriente eléctrica en la segunda bobina. Ahora la corriente inducida tiene sentido opuesto al caso anterior.

Faraday concluye que se induce corriente en la segunda bobina mientras aumenta o disminuye la intensidad de corriente en la primera bobina, no mientras se mantiene cte. La inducción de corriente eléctrica en un circuito es debido a campos magnéticos variables.

2ª ExperienciaConectamos una bobina a un galvanómetro para poder medir la corriente inducida al introducir y extraer un imán.

Resultados:

Si acercamos el imán a la bobina aparece una corriente inducida durante el movimiento del imán.

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

Con la bobina y el imán fijos no hay corriente inducida.

Los mismos resultados se obtienen si mantenemos fijo el imán y movemos la bobina, o si cambiamos el imán por una espira o bobina conectada a una batería.La intensidad de la corriente inducida depende de la velocidad con la que movamos el imán, de la intensidad del campo magnético del imán, y del número de espiras de la bobina.Simultáneamente, Henry descubría que cuando un conductor se mueve perpendicularmente en el seno de un campo magnético se origina una d.d.p entre los extremos del conductor que proporciona una corriente si los extremos están cerrados formando un circuito.

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Si invertimos el movimiento del conductor se invierte el sentido de la corriente.

Podemos definir la inducción electromagnética como el fenómeno consistente en provocar o inducir una corriente eléctrica mediante un campo magnético variable.Llamamos inductor al que crea el campo magnético e inducido donde aparece la corriente inducida, también primario y secundario.

Ley de Faraday (o de Faraday-Henry)Una corriente eléctrica se establece cuando existe una diferencia de potencial entre dos puntos del conductor. Al dispositivo capaz de generar esta diferencia de potencial se le llama generador y a la diferencia de potencial entre los polos fuerza electromotriz fem, e. En las experiencias de Faraday-Henry el generador es el campo eléctrico variable.Como el generador es, en nuestro caso, un flujo magnético variable y no una pila, no existe resistencia interna, por lo que hablaremos indistintamente de fuerza electromotriz o diferencia de potencial inducida.En dichas experiencias la desviación de la aguja del galvanómetro era mayor cuanto mayor era la rapidez del movimiento relativo entre bobinas o entre imán y bobina

Esto se interpreta pensando que lo que varía en el movimiento relativo entre un campo magnético y una bobina es el número de líneas del

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campo magnético que atraviesan las espiras, por tanto “ La corriente eléctrica es inducida por el campo magnético”

Ley de Faraday“La fuerza electromotriz, ε, que da lugar a la corriente eléctrica inducida en un circuito es igual a la rapidez con que varía el flujo magnético a través del mismo.”

ε inducido = -dΦ/dt Si el flujo no es variable en el tiempo ε = -ΔΦ/Δt Unidad W/s = Voltio

Si el circuito es una bobina de N espiras

ε = -N.(dΦ/dt)

Podemos calcular la intensidad de la corriente inducida en un circuito, si conocemos su resistencia eléctrica R y la fuerza electromotriz inducida εI = ε/R = -(1/R).(dΦ/dt)

Ley de Lenz¿A qué se debe el signo negativo de la Ley de Faraday?La Ley de Lenz “El sentido de la corriente inducida es tal que el campo creado por dicha corriente tiende a oponerse a la creación del flujo magnético que la ha originado.”

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Supongamos que acercamos un imán con el polo norte dirigido hacia una espira. Como las líneas son salientes, al acercar el imán a la espira aumenta el flujo del campo entrante o la espira.

La corriente inducida tendrá que originar un campo cuyas líneas se opongan al aumento de flujo entrante. Por regla de la mano derecha obtenemos el sentido de la corriente. El sistema tiende a mantener constante el flujo a través de la espira.

Esto explica también porque al variar más rápidamente, la corriente inducida es mayor. De este modo, el campo opuesto originado por la corriente de la espira es más intenso.

Si alejamos el imán de la espira la corriente será inducida en sentido contrario, pues disminuye el flujo entrante por la parte izquierda y la corriente inducida debe producir un campo cuyas líneas en el interior de la espira sean entrantes por la izquierda.

La ley de Lenz afirma que el sentido de la corriente inducida en una espira al acercarle el polo norte de un imán es tal que se opone al incremento de flujo magnético.

El sentido de la corriente inducida es tal que la espira equivale a un imán con su polo norte enfrentado al polo norte del imán inductor. De este modo la corriente inducida dificulta el avance del imán, es decir, se opone a la causa que la origina.

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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

A) Tensión inducida en función del número de espirasArma el equipo de acuerdo a la figura 4. Desplace el imán con velocidad constante por el interior de cada bobina. Registre los valores en la tabla que aparece en el informe de esta práctica.

B) Sentido de circulación de la corriente en función del movimiento de los polos del imánInvierta los polos del imán en la figura 4. Repita el proceso del literal anterior. Registre sus observaciones en el informe de esta práctica.

C) Obtención de tensión inducida alternaArme el equipo de acuerdo a la figura 5. Gire el imán aumentando la velocidad de rotación hasta que la aguja del multimetro casi no oscile, en estas condiciones detenga la rotación del imán y cambien el alcance de 100mV por un alcance de 30mV corriente alterna. Gire el imán aumentando lentamente la velocidad angular. Analice el comportamiento del mili voltímetro en los dos casos realizados ahora, proponga alguna explicación.

D) Tensión inducida en función del circuito magnético

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Arme el circuito de acuerdo con la figura 6. Conecte el interruptor S y registre los valores en la tabla del informe.

E) Tensión inducida en función de la superficie de las bobinas

Arme los equipos como se señala en la figura 7

Deslice la bobina de 500 espiras como se indica en la figura 7 y registre sus observaciones

F) Tensión inducida en función del campo del electroimánArme el equipo como se muestra en la figura 8. Registre los datos en su informe

G) Sentido de la corriente inducida

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Arme el equipo como se sugiere en la figura 9. Con el aro de aluminio en reposo conecte el interruptor S del circuito. Registre lo que ocurre con el aro de aluminio

RESULTADOS

A) Tensión inducida en función del número de espirasA1) anote los datos obtenidos en este experimento

Tabla de datos 1Nº espiras 300 900 1200E (mV) 26 52 82

B) Sentido de la circulación de la corriente en función del movimiento de los polos del imánB1) anote los datos obtenidos en este experimento

Tabla de datos 2Nº espiras 300 900 1200E (mV) 28 55 100

B2) diferencias entre los valores obtenidos en a1 y b1

La diferencia entre los valores se debe, a que al momento de introducir el imán en las espiras se lo realizó a diferentes velocidades, por ende nuestras lecturas de datos se ve afectada.

C) Obtención de tensión inducida alternaC1) Obtención al girar el imán (ver figura 5)

Al hacer girar el imán se puede observar que se produce una variación del flujo magnético, esto se debe a que varía el área

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limitada por el conductor. También varía su orientación respecto al tiempo.

D) Tensión inducida en función del circuito magnéticoD1) Anote los datos obtenidos en este experimento

Tabla de datos 3

Bobina Inducida ε(mV)

Aire Fe(I) Fe(II)

0.5 mV 2mV 2.5mV

E) Tensión inducida en función de la superficie de las bobinas.E1) Observaciones al deslizar la bobina

Si se desliza la bobina hacia arriba la aguja del voltímetro se desvía hacia la izquierda, ocurre lo opuesto al deslizar la bobina hacia abajo. Se presenta una variación de flujo magnético.

G) Sentido de la corriente inducidaG1) observaciones al cerrar el interruptor

Al momento en que se cierra el interruptor, el aro de aluminio se repele con respecto a la barra y ocurre lo contrario cuando se abre el interruptor.

2. ANALISISA) Como varia la tensión inducida en función del número de

espiras?

La tensión inducida en función del número de espiras varía aproximadamente un factor de 30. Esto se pude comprobar al aplicar la ley de Faraday – Henry con la siguiente fórmula:

Al aumentar el número de espiras y manteniéndose el flujo magnético constante, aumenta la FEM

b) Porque es preferible conectar las bobinas en serie para este experimento y no utilizarlas una a una?

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Es preferible conectar las bobinas en serie para este experimento debido a que en esta conexión comparten la misma corriente.

c) Como influyen los polos del imán en el sentido de circulación de la corriente inducida?

Al presentarse una variación en el sentido de los polos del imán, esto influye a que el sentido de la corriente inducida también varíe.

d) Que tipo de corriente se induce al girar el imán?

Cuando el iman comienza a rotar, en el sistema se genera una diferencia de potencial capaz de producir una corriente eléctrica. De este modo se producen tensiones eléctricas entre sus bordes, cuya polaridad es positiva o negativa, se invierte alternativamente con el pasar del tiempo. Cuando esta tensión se aplica a un circuito eléctrico, produce en él una corriente alterna que se caracteriza por una inversión alternativa, con idéntica frecuencia, cuya representación gráfica, en función del tiempo, tiene la forma de una línea sinusoidal.

e) Como depende la tensión inducida del tipo de núcleo de la bobina inducida?

La tensión inducida depende del material con el cual está elaborado el núcleo de la bobina.

f) Como varia la fem inducida en el experimento e?

En el experimento e la fem inducida varia su sentido dependiendo de la posición en la cual se mueva la espira, por lo que la aguja del voltímetro muestra este cambio.La variación de la intensidad de corriente en una bobina da lugar a un campo magnético variable. Este campo magnético origina un flujo magnético también variable que atraviesa la otra bobina e induce en ella, de acuerdo con la ley de Faraday-Henry, una fuerza electromotriz.

h) Interprete las observaciones del experimento g?

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Si en un circuito eléctrico aumenta la intensidad de corriente, la f.e.m. inducida se opone al voltaje aplicado y tiende a impedir dicho aumento y cuando la intensidad disminuye, la f.e.m. inducida se suma al voltaje aplicado y tiende a impedir que la intensidad disminuya.

DISCUSIÓN

Tensión inducida en función del número de espiras.

Los diferentes valores que obtuvimos en la práctica no concuerdan ya que al momento de introducir el imán no se lo realizo de la manera correcta, es decir no se pudo mantener una velocidad constante al momento de deslizar el imán dentro de cada bobina. Además no se tuvo los instrumentos necesarios para la recolección de los datos.

Tensión inducida alterna

Cuando un conductor cerrado se hace girar en el seno del campo magnético producido por un imán se genera en su interior una diferencia de potencial capaz de producir una corriente eléctrica. De este modo se producen tensiones eléctricas entre sus bordes cuya polaridad positiva/negativa, se invierte alternativamente con el pasar del tiempo. Cuando esta tensión se aplica a un circuito eléctrico, produce en él una corriente alterna que se caracteriza por una inversión alternativa, con idéntica frecuencia, del sentido del movimiento de los portadores de carga.

Tensión inducida en función del circuito magnético

La fuerza electromotriz inducida en un circuito es proporcional a la rapidez con la que varía el flujo magnético que lo atraviesa.O en forma matemática:

El signo negativo se debe a que el voltaje inducido tiene un sentido tal que establece una corriente que se opone al cambio de flujo magnético. El cambio del número de líneas magnéticas que pasan por un circuito induce una corriente en él, si el circuito está cerrado, pero el cambio siempre induce una fuerza electromotriz, esté o no el circuito cerrado.

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Sentido de corriente inducida

Las corrientes que se inducen en un circuito se producen en un sentido tal que con sus efectos magnéticos tienden a oponerse a la causa que las originó.Así, cuando el polo norte de un imán se aproxima a una espira, la corriente inducida circulará en un sentido tal que la cara enfrentada al polo norte del imán sea también Norte, con lo que ejercerá una acción magnética repulsiva sobre el imán, la cual es preciso vencer para que se siga manteniendo el fenómeno de la inducción. Inversamente, si el polo norte del imán se aleja de la espira, la corriente inducida ha de ser tal que genere un polo Sur que se oponga a la separación de ambos. Sólo manteniendo el movimiento relativo entre espira e imán persistirán las corrientes inducidas, de modo que si se detiene el proceso de acercamiento o de separación cesarían aquéllas y, por tanto, la fuerza magnética entre el imán y la espira desaparecería.

CONCLUSIÓN

Podemos concluir que la tensión inducida entre 2 bobinas es mayor cuando tienen un núcleo ya que al realizar el experimento E se pudo observar que al principio cuando solo una de ellas tenia núcleo apenas se notaba el movimiento del voltímetro en cambio cuando pusimos las dos bobinas con su respectivo núcleo se observaba que el voltímetro se movía con mayor intensidad a pesar de que era aun muy baja

BIBLIOGRAFÍA

-http://www.monlau.es/btecnologico/electro/induccion.htm -www.unicrom.com/inducción-electromagnetica -Serway, R (1993), Fisica, vol. II Paginas 824-831 .Edit McGraw-HiH, tercera edición revisada 1993

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