Trabajo de maquinas electricas RESUMEN LEYES ELECTROMAGNETICAS
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Trabajo de Maquinas Electricas1 Erika Poveda [email protected] Libio Calle [email protected] 1 Introducción Este documento tiene por objetivo el comprendimiento conceptual por sobre el modelado matemático de: Ley de inducción de Faraday Ley de Lenz Ley de Biot-Savart Reglas de Fleming Así como el de identificar en un proceso de transformación de voltajes el momento en que cada una de estas leyes y reglas son útiles. 1. Ley de Inducción de Faraday Michael Faraday En 1831 Michael Faraday realizo una serie de experimentos que involucraban esencialmente un imán y un conductor eléctrico y a través de estos experimentos y observaciones estableció que los voltajes inducidos son aquellos producidos cuando se mueve un conductor en sentido transversal a las líneas de flujo magnético de un campo magnético. Figura 1.1 Modelado grafico Ley de Faraday En la figura se puede apreciar que el conductor que se encuentra entre los puntos CD es introducido en un campo magnético transversal a la orientación del conductor y al sentido de movimiento de este último, esto produce que en los extremos del conductor se presente una diferencia de potencial (voltaje), demostrando así que la inducción de voltaje requiere de: 1. Un campo o flujo magnético 2. Un conductor orientado transversalmente al campo 3. Movimiento transversal de conductor respecto al campo. Si uno de estos tres aspectos no se cumple, simplemente no hay inducción de voltaje, nótese que el tercer requisito apunta a un movimiento relativo del conductor respecto al campo, en
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Este documento tiene por objetivo el comprendimiento conceptual por sobre el modelado matemático de:Ley de inducción de FaradayLey de LenzLey de Biot-SavartReglas de FlemingAsí como el de identificar en un proceso de transformación de voltajes el momento en que cada una de estas leyes y reglas son útiles.
Transcript of Trabajo de maquinas electricas RESUMEN LEYES ELECTROMAGNETICAS
Trabajo de Maquinas Electricas1
Erika Poveda
Libio Calle
1 Introducción
Este documento tiene por objetivo el
comprendimiento conceptual por sobre el
modelado matemático de:
Ley de inducción de Faraday
Ley de Lenz
Ley de Biot-Savart
Reglas de Fleming
Así como el de identificar en un proceso de
transformación de voltajes el momento en que
cada una de estas leyes y reglas son útiles.
1. Ley de Inducción de
Faraday
Michael Faraday
En 1831 Michael Faraday realizo una serie de
experimentos que involucraban esencialmente un
imán y un conductor eléctrico y a través de estos
experimentos y observaciones estableció que los
voltajes inducidos son aquellos producidos
cuando se mueve un conductor en sentido
transversal a las líneas de flujo magnético de un
campo magnético.
Figura 1.1 Modelado grafico Ley de Faraday
En la figura se puede apreciar que el conductor
que se encuentra entre los puntos CD es
introducido en un campo magnético transversal a
la orientación del conductor y al sentido de
movimiento de este último, esto produce que en
los extremos del conductor se presente una
diferencia de potencial (voltaje), demostrando así
que la inducción de voltaje requiere de:
1. Un campo o flujo magnético
2. Un conductor orientado
transversalmente al campo
3. Movimiento transversal de conductor
respecto al campo.
Si uno de estos tres aspectos no se cumple,
simplemente no hay inducción de voltaje, nótese
que el tercer requisito apunta a un movimiento
relativo del conductor respecto al campo, en
otras palabras que no precisamente el conductor
es el que necesita estar en movimiento dentro del
campo, puede darse el caso de que el conductor
este estático y el campo varíen alrededor del
conductor, siendo este el caso de igual manera
cumple los tres aspectos y se puede dar una
inducción de voltaje.
Esta fue la ley más conocida que enunció
Faraday, en la que demostraba que el voltaje
inducido es directamente proporcional a la
velocidad con la que cambia el flujo magnético
que atraviesa una superficie con el circuito como
borde.
1.2 Ley de Faraday Aplicada en
Transformadores
Con el conocimiento debelado en el punto
anterior se puede explicar de una mejor manera
el funcionamiento de los transformadores de
voltaje.
Primero notaremos que un transformador
básicamente está formado por dos arrollamientos
de conductor llamadas bobinas, un núcleo de
material ferro magnético (conductor de líneas de
flujo magnético)
Como condición de funcionamiento el efecto
de transformación no se puede realizar sin una
fuente de corriente alterna, en la que la corriente
varié respecto al tiempo, este hecho hará que el
flujo magnético generado alrededor del núcleo
ferro magnético sea variable en el tiempo, y
pueda producir en la segunda bobina una
inducción de voltaje.
2. Ley de Lenz:
Heinrich Friedrich Emil Lenz
El sentido de la corriente inducida se puede
obtener de la ley de lenz que establece que,
El sentido de la corriente inducida sería tal que
su flujo se opone a la causa que la produce.
En las figuras se puede observar que cuando el
imán se acerca a las espiras, el flujo magnético a
través de las espiras aumenta. De acuerdo con la
Ley de Lenz, las corrientes inducidas deben crear
flujos , que se deben oponer al aumento del flujo
inicial, y los sentidos de las corrientes serán los
indicados.
El campo magnético es producido por la
corriente eléctrica que circula por un conductor.
Para determinar la expresión del campo
magnético producido por una corriente se
emplean dos leyes: la ley de Biot-Savart y la ley
de Ampère
El campo magnético es producido por la
corriente eléctrica que circula por un conductor.
Para determinar la expresión del campo
magnético producido por una corriente se
emplean dos leyes: la ley de Biot-Savart y la ley
de Ampère
El flujo de un campo magnético uniforme a
través de un circuito plano viene dado por:
donde:
Φ = Flujo magnético. La unidad en el SI
es el weber (Wb).
B = Inducción magnética. La unidad en
el SI es el tesla (T).
S = Superficie del conductor.
α = Ángulo que forman el conductor y
la dirección del campo.
3. Ley de Biot-Savart
Si las anteriores dos reglas son necesarias
para comprender el comportamiento de los
generadores y transformadores, la ley de Biot-
Savart deriva en una ley para comprender el
funcionamiento de los motores eléctricos.
Esta ley establece que si un conductor por el cual
circula una corriente eléctrica está sometido a los
efectos de un flujo magnético, eventualmente
aparecerá una fuerza que trate de expulsar el
conductor del flujo o campo magnético.
Los motores aprovechan esta fuerza,
condenada a un eje central, lo que se traduce
como una fuerza giratoria producida por un
campo magnético
Figura 3.1 Principio motor eléctrico
En la grafica se aprecia lo que se explico
anteriormente, un conductor con una corriente
que es sometido a un campo magnético genera
una fuerza y por ende un movimiento, este
movimiento esta limitado sobre un eje central
dejando en consecuencia una fuerza de torque,
que se traduce en un motor eléctrico
4.Ley de Fleming:
Sir John Ambrose Fleming
Si el pulgar, el dedo índice y el dedo medio de
la mano derecha se colocan en ángulo recto
entre sí, apuntando con el pulgar en la
dirección en la que se mueve el alambre, y con
el índice en la dirección del campo, el dedo
medio apuntará en la dirección convencional de
la corriente inducida.
Figura Regla de la mano derecha para
generadores
Figura Regla de la mano izquierda para motor
Conclusiones
En el punto mucho cuidado con el resultado, lo
que se induce es un voltaje, la corriente es la
consecuencia de conectar este voltaje a una
carga.
Las reglas de Fleming no parecen ser útiles pero
en la práctica y el cálculo son muy útiles ya que
nos ayudan a predecir cómo se comportara el
campo, las fuerzas o la corriente de la maquina
que se trate.
Apéndice I
La Constante de Boltzman
Denominada a la relación entre un concepto
matemático y una enigmática calidad física
simbolizada con K o KB, muy útil para cálculos
relacionados con átomos, moléculas, iones,
electrones, etc.
k = 1,38 × 10-23
J . k
-1
Referencias
[1]Maquinas Electricas, Stephen J.Chapman
[2]http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet
/induccion/varilla/varilla.htm
[3]http://www.quimicaweb.net/grupo_trabajo_fy
q3/tema9/tema9.html
[4]http://www.monografias.com/trabajos58/progr
ama-electrotecnia-magnetismo/programa-
electrotecnia-magnetismo2.shtml
[5]http://generadoresdeca.blogspot.com/2009/08/
regla-de-la-mano-derecha-para.html
