INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

Índice

Introducción. Experiencias de Faraday y de Henry. Interpretación de las experiencias de Faraday y

de Henry Leyes de Faraday y de Lenz Producción de corrientes alternas. Autoinducción. Transformadores.

Introducción. En la unidad anterior hemos

visto que una corriente produce un campo magnético. Ahora veremos cómo, un campo magnético puede producir una corriente eléctrica.

El efecto de producción de corriente eléctrica en un conductor se llama inducción electromagnética.

La aplicación más interesante de la inducción magnética es la obtención de la energía eléctrica, tanto continua como corriente alterna.

Experiencia de Faraday

Faraday encontró que un campo magnético variable generaba una corriente eléctrica.

Estudió tres casos: una espira unida a un galvanómetro, dos espiras (una con un generador) y un electroimán y un solenoide con galvanómetro

De estas experiencias se deduce:a) Solamente aparece corriente mientras

haya movimiento relativo entre el imán y la espira.

b) Cesa la corriente cuando cesa el movimiento.

c) La corriente cambia de sentido si se cambia de sentido el movimiento.

d) La corriente que aparece en la espira es producida por una fem que recibe el nombre de fem inducida, que cambia de polaridad cuando se invierte el sentido del movimiento.

Experiencia de Henry

Casi simultáneamente (1831) Henry descubría que si un conductor de una longitud determinada l se mueve perpendicularmente a un campo magnético se origina una diferencia de potencial en los extremos del conductor. Esta diferencia de potencial origina una corriente si el alambre forma parte de un circuito.

Henry observó los siguientes hechos:

Cuando el alambre se mueve a través del campo, el galvanómetro indica que hay corriente en el conductor. Si el conductor se mueve hacia arriba , la corriente circula en un sentido, pero si se mueve hacia abajo, la corriente tiene sentido contrario

Si el alambre no se mueve o se mueve paralelo al campo, no se induce corriente. La corriente se induce sólo si el alambre se mueve cortando las líneas del campo.

Si el alambre no se mueve pero lo hace el campo magnético, también aparece corriente inducida.

Interpretación de las experiencias de Faraday y de

Henry Una primera interpretación es considerar el

fenómeno de la inducción como una consecuencia de la Ley de Lorentz. Cuando una carga se mueve en un campo magnético está sometida a una fuerza. Las cargas libres que existen en un conductor se mueven en el mismo sentido bajo la acción de esta fuerza, originándose la corriente inducida.

Ley de Henry:La diferencia de potencial o f.e.m entre los extremos del conductor que se mueve dentro de un B será:El ángulo es el que forma el conductor con B

Blvsen

Flujo magnético

cos. BSSB

El flujo magnético , Ø, que atraviesa una superficie S, se define como el producto escalar del vector campo magnético por el vector superficie. Coincide con el nº de líneas que atraviesa una superficie

El ángulo es el que forma el vector superficie con el vector B

Interpretación de las experiencias de Faraday y de Henry

• Una segunda interpretación es suponer que la causa de la corriente inducida es la variación del flujo magnético que atraviesa el plano inducido.

cos. BSSB

12

Leyes de Faraday y de Lenz. La inducción electromagnética se funda en dos

principios:

1.- Toda variación de flujo magnético que atraviesa un circuito cerrado produce en éste una corriente inducida.2.- La corriente inducida es una corriente instantánea, pues sólo dura mientras dura la variación de flujo.

La inducción electromagnética se rige por dos leyes:

LEY DE LENZ – nos da el sentido de la corriente inducida.LEY DE FARADAY – nos da el valor de dicha corriente.

Recordemos que :

Una corriente eléctrica que se mueve en una espira en sentido antihorario crea un campo magnético saliente de la espira (coincide con el B creado por un polo norte de un imán).

Una corriente eléctrica que se mueve en sentido horario crea un campo magnético entrante en la espira (coincide con el B creado por un polo sur de un imán).

Ley de Lenz El sentido en que circula una corriente inducida

fue determinado por primera vez en 1834 por el físico alemán H. Lenz.“La corriente se induce en un sentido tal que los efectos que genera tienden a oponerse al cambio de flujo que la origina”.Es decir, el B magnético producido por la corriente inducida se opone a la variación del flujo inductor.

Ley de Lenz Cuando el polo N del imán se aproxima a la bobina induce una

corriente en ella, que a su vez, crea un campo magnético inducido que se opone al aumento de flujo magnético que la atraviesa. Este B inducido produce una fuerza que se opone al movimiento del imán. El B inducido será saliente (N) frente al polo N del imán que se aproxima, ello se logra produciendo una corriente inducida en la cara de la bobina que se enfrenta al imán con sentido antihorario.

Cuando el polo N se aleja se induce en la cara de la bobina enfrentada al imán una corriente con sentido horario, que a su vez , crea un campo magnético inducido entrante (S) que tiende a oponerse a la disminución de flujo entrante.

Ley de Faraday Ley de Faraday: La corriente inducida es producida por una

fem inducida que es directamente proporcional a la rapidez con que varia el flujo inductor y directamente proporcional al número de espiras del inducido.

Fuerza electromotriz para un intervalo de tiempo:

Donde viene dada en voltios, f se mide en weber y t en segundos. N es el número de espiras.El signo negativo viene dado por la ley de Lenz

Fuerza electromotriz instantánea :

12

12

ttN

dt

BSdN

dt

dNi

)cos(

Ley de Ohm

Hemos comentado que en la inducción electromagnética se produce una fuerza electromotriz que genera una corriente inducida.

La Ley de Ohm relaciona estas dos magnitudes:

E = R.ISiendo E : f.e.m. Unidad voltio (V)R: resistencia del conductor. Unidad Ohmio

(Ω)I: intensidad de la corriente. Unidad Amperio

(A)

Aplicaciones: Ley de Faraday 1. B = f(t), S = cte, = a cte

2. B= cte, S ≠ cte, = a cte. Un lado de la superficie varia.

3. B= cte, S ≠ cte, = a cte. Dos lados de la superficie varían.

4. B = cte, S = cte, a ≠ cte. Corrientes alternas

dt

BdNS

dt

dNi

)(cos

coscos)(

NBlvdt

BSdN

dt

dNi

cos2NBlvi

4.Producción de corrientes alternas.

Una de las aplicaciones de la inducción electromagnética es la obtención a nivel industrial de la energía eléctrica.Los generadores industriales de corriente emplean bobinas que giran dentro de un campo magnético. Conforme giran, el flujo a través de dichas bobinas cambia, y se origina en ellas una corriente eléctrica.

Supongamos que la espira gira con una velocidad angular constante. La fem inducida vale:

El valor máximo de la fem es

Potencia inducida Unidad : watio

)()cos(

tNBSsendt

BSdN

NBSmáx

IP

Corriente alterna

Producción de corrientes alternas.

Autoinducción.

AUTOINDUCCIÓNLas corrientes autoinducidas aparecen en un circuito al variar la intensidad de la corriente que circula por él.Ley de Faraday para corrientes autoinducidas.

L es el coeficiente de autoinducción, su unidad es el Henrio.

dt

dIL

dt

dN

Transformadores.INDUCCIÓN MUTUA. Es el fenómeno que consiste en la aparición de una fem inducida en un circuito cuando se produce una variación de la corriente en un circuito próximo, es el caso de los transformadores.

Los transformadores son dispositivos utilizados para cambiar la tensión de la corriente eléctrica manteniendo la potencia.

Consiste en dos arrollamientos de hilos conductores, magnéticamente acoplados a un núcleo de hierro común. Uno está conectado a una tensión alterna (primario), el otro a un circuito de utilización (secundario)

s

p

p

s

p

s

I

I

N

N

Alternador y motor

Alternador y motorGenerador: Transforma la energía mecánica

en E eléctrica. Se mueve una bobina dentro de un B, gerándose en la bobina una f.e.m inducida que puede utilizarse en un circuito externo. Si generamos una corriente alterna es un alternador.

Motor: transforma energía eléctrica en mecánica. Para ello, se hace circular corriente en una bobina que puede moverse dentro de un B. El B actúa sobre la bobina creando un par de fuerzas o momento de una fuerza que hace que la bobina gire .