Trabajo de Maquinas Electricas1 Erika Poveda
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1 Introducción
transversal a las líneas de flujo magnético de un campo magnético.
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
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 transversalmente al campo
orientado
3. Movimiento transversal de conductor respecto al campo.
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
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.
2. Ley de Lenz:
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.
Heinrich Friedrich Emil Lenz
El sentido de la corriente inducida se puede obtener de la ley de lenz que establece que, 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.
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: Figura 3.1 Principio motor eléctrico
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. Φ=
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
3. Ley de Biot-Savart
4.Ley de Fleming: Si las anteriores dos reglas son necesarias para comprender el comportamiento de los generadores y transformadores, la ley de BiotSavart 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 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.
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/programaelectrotecnia-magnetismo2.shtml [5]http://generadoresdeca.blogspot.com/2009/08/ regla-de-la-mano-derecha-para.html
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
