LEY DE FARADAY En 1820, el descubrimiento, de Oester, de los efectos magnéticos causados or la corriente eléctrica creo un gran interés en la b!s"ueda de los efectos eléctricos roducidos roducidos or camos magnéticos, "ue es la inducci#n electromagnética, descubierta en 18$0 or %ic&el Farada' ' (ose& )enr', casi simult*neamente ' de manera indeendiente+ Amre &ab-a malinterretado algunos e.erimentos, or"ue buscaba fen#menos eléctricos causados or camos magnéticos est*ticos+ Los e.erimentos de Farada' ' )enr', mostraron "ue una corriente eléctrica odr-a inducirse en un circuito mediante un camo magnético /ariable+ Los resultados de estos e.erimentos lle/aron a la le' conocida como Le' de nducci#n de Farada'+ Esta le' seala "ue la magnitud de la fuera electromotri 3fem4 inducida en un circuito es igual a la ra#n de cambio en el tiemo del 5u6o magnético a tra/és del circuito+ 7ambién, 7ambién, los camos eléctricos eléctricos cambiantes cambiantes roducen roducen camos magnéticos+ Esto no se descubri# e.erimentalmente, or"ue el efecto &ubiera sido m-nimo en los e.erimentos de laboratorio realiados a rinciios del siglo + %a.9ell redi6o te#ricamente este &ec&o entre los aos 18:; ' 18<:, en estudios cu'o ob6eto era desarrollar una base matem*tica ' concetual =rme ara la teor-a electromagnética+ >ugiri# "ue un camo eléctrico cambiante act!a como una corriente de deslaamiento 3estudiada en el caitulo anterior4 adicional en la le' de Amre+
En este caitulo se estudian las relaciones din*micas e.istentes entre los camos eléctricos ' magnéticos+
10+1 LEY DE FARADAY+
En una demostraci#n demostraci#n cla/e de la inducci#n electromagnética electromagnética =gura10+1, se conecta un gal/an#metro con una esira ' se &ace mo/er un im*n de un lado a otro or el e6e de la esira+ %ientras el im*n se mantiene =6o nada sucede, ero cuando est* en mo/imiento, la agu6a del gal/an#metro se des/-a de un lugar a otro, indicando la e.istencia de corriente eléctrica ' or ende de una fuera electromotri en el circuito esira?gal/an#metro+ >i el im*n se mantiene estacionario ' la esira se mue/e 'a sea &acia o ale6*ndose del im*n, la agu6a también se des/iara+ A artir de estas obser/aciones, uede concluirse "ue se establece una corriente en un circuito siemre "ue &a'a un mo/imiento relati/o entre el im*n ' la esira+ La corriente "ue aarece en este e.erimento se llama corriente inducida, la cual se roduce mediante una fem inducida+ @#tese "ue no e.isten bater-as en ninguna arte del circuito+
En otro e.erimento como la =gura 10+2+ Las esiras se colocan una cerca de la otra ero en reoso la una con resecto de la otra+ uando se cierra el interrutor >, creando as- una corriente estacionaria en la bobina de l a derec&a, el gal/an#metro marca moment*neamenteB cuando se abre el interrutor, interrumiendo de este modo la corriente, el gal/an#metro marca nue/amente, ero en direcci#n contraria+
El e.erimento muestra "ue e.iste una fem inducida en la esira i"uierda de la =gura 10+2 siemre "ue la corriente de la derec&a este cambiando+ Lo "ue es signi=cati/o a"u- es la /elocidad a la "ue cambia la corriente ' no a la intensidad de la corriente+
La caracter-stica com!n de estos dos e.erimentos es el mo/imiento o cambio+ La causa de las fem inducidas es el im*n en mo/imiento o la corriente cambiante+ En otras ruebas diferentes se muestran las roiedades imortantes de la inducci#n+ >i se reite el e.erimento con el mismo im*n de la =gura 10+1 ero con una esira de *rea trans/ersal ma'or se roduce una fem ma'orB or lo tanto la fem inducida en la esira es roorcional a su *rea+ En todos estos e.erimentos no es el cambio del camo magnético lo imortante, sino el cambio en su 5u6o a tra/és del *rea de la esira+ Cor !ltimo, los e.erimentos demuestran "ue la indicaci#n o lectura del gal/an#metro es también roorcional a la cantidad de esiras "ue forman una bobina ' a la raide con "ue se roducen los cambios+ Cara &acer los resultados e.erimentales cuantitati/os, se introduce el 5u6o magnético + El 5u6o magnético a tra/és de cual"uier suer=cie se de=ne como
La unidad del 5u6o magnético en el > es el tesla metro2, al cual se le da el nombre de 9eber 3 abre/iado b4 en &onor de il&elm eber 3180 ?1814+ Esto es, 19eber G 17+m2+ En términos del 5u6o magnético, la fem inducida en un circuito est* dada or la le' de la inducci#n de Farada' H ILa fem inducida en un circuito es igual a la raide con signo negati/o con la "ue cambia con el tiemo el 5u6o magnético a tra/és del circuitoJ+ En términos matem*ticos, la le' de Farada' es
El 5u6o magnético total a tra/és de una bobina con @ esiras es la suma de los 5u6os "ue asa or cada una de sus esiras
Entonces la fem inducida total es
%O7ORE> ELE7RO>H El funcionamiento de un motor, en general, se basa en las roiedades electromagnéticas de la corriente eléctrica ' la osibilidad de crear, a artir de ellas, unas determinadas fueras de atracci#n ' reulsi#n encargadas de actuar sobre un e6e ' generar un mo/imiento de rotaci#n%agnetismoH es un fen#meno or el "ue los materiales e6ercen fueras de atracci#n o reulsi#n sobre otros materiales+ ElectricidadH es una roiedad intr-nseca de algunas art-culas subat#micas "ue se mani=esta mediante fueras de atracci#n ' reulsi#n entre ellas+ La electricidad es originada or las cargas eléctricas, en reoso o en mo/imiento, ' las interacciones entre ellas+
ElectromagnetismoH es una rama de la F-sica "ue estudia ' uni=ca los fen#menos eléctricos ' magnéticos en una sola teor-a+amo %agnéticoH es el camo de fuera "ue se roduce en el esacio "ue rodean a un im*n, este camo act!a sobre otros imanes colocados a&-+ Le' de Farada'Iel /olta6e inducido en un circuito cerrado es directamente roorcional ala raide con la "ue cambia en el tiemo el 5u6o magnético "ue atra/iesa una suer=cieJ esto esHEsta le' nos dice acerca de la /ariaci#n del camo magnéticoB cuando este cambia roduce un camo eléctrico "ue se reresenta en fuera electromotri 3fem4, como e.iste un camo eléctrico aarecer* una corriente, todo gracias al camo magnético+ Crinciio de André Amere "ue estableceH "ue si una corriente asa a tra/és de un conductor situado en el interior de un camo magnético, éste e6erce una fuera mec*nica o f+e+m+ 3fuera electromotri4, sobre el conductor+ %otores eléctricosH El motor es un elemento indisensable en un gran n!mero de e"uios electr#nicos+ El conocimiento de su forma de traba6o ' sus roiedades es imrescindible ara cual"uier técnico o a=cionado "ue emlee estos comonentes ara el monta6e o mantenimiento de dic&os e"uios, con el ob6eto de oder efectuar la elecci#n del modelo mas adecuado ' as- oder obtener el me6or rendimiento de los mismos+ La misi#n fundamental del motor electrico es la de transformar la energ-a electrica, "ue se le suministra, en una energ-a mecanica "ue ser* la "ue se emlea ara oner en mo/imiento el mecanismo del e"uio en el "ue se instale+
El funcionamiento de un motor, en general, se basa en las roieadades eletromagnéticas de la corriente eléctrica ' la osibilidad de crear,a artir de ellas, unas determinadas fueras de atracci#n ' reulsi#n encargadas de actuar sobre un e6e ' generar un mo/imiento de rotaci#n+ Crinciio de funcionamientoH El rinciio de funcionamiento del motor se basa en la le' de Farada' "ue indica "ue cual"uier conductor "ue se mue/e en el seno del camo magnético de un im*n se generara una D+D+C entre sus e.tremos roorcional a la /elocidad de deslaamiento+ >i en lugar de un conductor rectilineo con terminales en circuito abierto se introduce un anillo conductor con los e.tremos conectados a una determinada resistencia ' se &ace girar en el interior del camo, de forma "ue /ar-e el 5u6o magnético abraado or la misma se detectar* la aarici#n de una corriente electrica "ue circula or la resistencia ' "ue cesara en el momento en "ue se detenga el mo/imiento+ @ormalmente en un motor se emlea un cierto numero de esiras de/anadas sobre un nucleo magnético de forma aroiada ' también en algunas ocasiones se sustitu'e el im*n ermanente creador del camo or un electroim*n, el cual roduce el mismo efecto cuando se le alica la corriente e.citadora+ A este !ltimo elemento 3m*n o electroim*n4 se le denomina inductor, el con6unto esiras ' nucleo m#/iles contitu'en el inducido+ El sentido de la corriente eléctrica "ue circula or el inducido est* de=nido mediante la Le' de Len "ue indica "ue toda /ariaci#n "ue se roduca en el camo magnético tiende a crear un efecto en sentido ouesto "ue comense ' anule la causa "ue la rodu6o+ >i esta le' se alica a nuestro caso nos indicar* "ue la corriente inducida crear* un camo magnético ara "ue se oonga al mo/imiento de la misma lo "ue obligar* a alicar un determinada energ-a ara mantener el mo/imiento la cual deeder* l#gicamente de la intensidad de la corriente generada ' del /alor de la resistencia de carga 3Rc4, odiendo calcularse como el roducto de la energ-a consumida en la carga or un n!mero "ue e.resar* el rendimiento de la con/ersi#n+ A&ora bien, todos los fen#menos e.resados coresonden al efecto ouesto al de un motor, es decir, "ue mediante el sistema descrito se genera un corriente eléctrica a artir de un mo/imiento mec*nico, lo "ue corresonde al rinciio de funcionamiento de un dinamo, sin embargo, al ser dic&o efecto re/ersible, bastar* con in/ertir los aeles ' si en lugar de e.traer corriente del inducido se le alica un determinada tensi#n e.terior, se roducir* la circulaci#n de una cierta intensidad de corriente or las esiras ' éstas comenar*n a girar, comlet*ndose as- el motor+Es imortante considerar "ue teniendo en cuenta la le' de Len mencionada anteriormente, al girar el se crear* en el mismo una determinada tensi#n eléctrica, de sentido contrario al e.terior "ue tender* a oonerse al aso de la corriente ar comensar as- las /ariaciones de 5u6o magnético roducidas, denominada fuera contraelectromotri 3FE%4+
aracter-sticasH @ormalmente los motores se caracterian or dos ar*metros "ue e.resan directamente sus roiedades+ >on los siguientesH ?Kelocidad de rotaci#n ?Car motor
La rimera indica el n!mero de /ueltas or unidad de tiemo "ue roduce el motor ' deende or comleto de la forma de construcci#n del mismo, de la tensi#n de alimentaci#n, as- como de la carga mec*nica "ue se acole a su e6e, aun"ue esto !ltimo no es alicable a un tio esecial de motores denominados s-ncronos o sincr#nicos+ Las unidades emleadas son las re/oluciones or minuto 3r++m+4 ' las re/oluciones or segundo 3r++s+4 + El ar motor e.resa la furea de actuaci#n de éste ' deende l#gicamente de la otencia "ue sea caa de desarrollar dic&o motor, as- como de la /elocidad de rotaci#n del mismo+ El conceto de ar motor es imortante a la &ora de elegir un modelo ara una alicaci#n determinadaB se de=ne como la fuera "ue es caa de /encer el motor multilicada or el radio de giro+ Esto signi=ca "ue no suone lo mismo mo/er, or e6emlo, una olea "ue transmita una fuera de 10g+, con un radio de :cm+ "ue con otro radio de 10cm+, 'a "ue el ar motor ser* en el segundo caso el doble "ue el del rimero+ Las unidades de medida suelen ser el g . cm o bien, el g . cm+ Ademas de estos factores tambien se tienen en cuenta otros como son las condiciones de arran"ue, la otencia absor/ida ' el factor de otencia+ E.ite una relaci#n matem*tica "ue liga ambos arametros, 'a "ue como se &a e.licado no son indeendientes entre s-B dic&a relaci#n se e.resa or la siguiente f#rmula+
%G 0,: . CM@
donde % es el ar motor e.resado en g+ or cm+, C es la otencia absor/ida en atts ' @ es la /elocidad en re/oluciones or minuto+
lasi=caci#nH En funci#n de la corriente emleada ara la alimentaci#n del motor, "ue de=ne or comleto a las caracter-sticas constructi/as del mismo, se ueden clasi=car los motores en tres grandes gruosH
? %otores de corriente continua ? %otores de corriente alterna ?%otores uni/ersales
En los motores de es necesario alicar al inducido una ara obtener mo/imiento, as- como al inductor en el caso de "ue éste sea del tio de electroim*n, conociendose a esta !ltima con la denominaci#n de corriente de e.citaci#n+ >u construcci#n suele estar realiada mediante un inductor cil-ndrico &ueco 3im*n o electroim*n4 "ue contiene un cierto n!mero de ares de olos magnéticos 3@orte?>ur4, "ue se conoce con el nombre de Est*tor+ En su interior se encuentra el inducido o rotor también cil-ndrico sobre el cual se encuentar el arrollamiento+ El e6e est* acolado mediante rodamineto o co6inetes ara ermitir el giro ' disone de una suer=cie de contacto montada sobre un disositi/o llamado colector sobre el "ue se deslian los contactos e.ternos o escobillas+ Los motores de corriente alterna son los "ue se alimentan de este tio de e.citaci#n ' comrende dos tios con roiedades bastantes diferenciadasH
?%otores as-ncronos ?%otores s-ncronos
Los motores as-ncronos también conocidos con el nombre de motores de inducci#n, basan su funcionamiento en el efecto "ue roduce un camo magnético alterno alicado a un inductor o est*tor sobre un rotor con una serie de esiras sin ninguna cone.i#n e.terna sobre el "ue se inducen unas corrientes or el mismo efecto de un transformador+ Cor lo tanto, en este sistema solo se necesita una cone.i#n a la alimentaci#n, "ue corresonde al estator, eliminandose, or lo tanto, el sistema de escobillas "ue se recisa en otros tios de motores+ Los motores s-ncronos est*n constituidos or un inducido "ue suele ser =6o, formando or lo tanto el estator sobre el "ue se alica una corriente alterna ' or un inductor o rotor formado or un im*n o electroim*n "ue contiene un cierto n!mero de ares de olos magnéticos+ El camo /ariable del estator &ace girar al rotor a una /elocidad =6a ' constante de sincronismo "ue deende de la frecuncia alterna alicada+ De ello deri/a su denominacion de s-ncronos+ Los motores uni/ersales son a"uellos "ue ueden recibir alimentaci#n tanto continua como alterna, sin "ue or ello se alteren sus roiedades+ Nasicamente resonden al mismo rinciio de construcci#n "ue los de ero e.citando tanto a inductor como a inducido con la misma corriente, disoniendo a ambos en serie sobre el circuito de alimentaci#n+
