Ley de Faraday
La Ley de Faraday establece que la corriente inducida en un circuito es directamente proporcional a la rapidez con que cambia el f lujo magnético que lo atraviesa. La inducción electromagnética fue descubierta casi simultáneamente y de forma independiente por Michael Faraday y Joseph Henry en 1830. La inducción electromagnética es el principio sobre el que se basa el funcionamiento del generador eléctrico, el transformador y muchos otros dispositivos. Esta ley fue formulada a partir de los experimentos que Michael Faraday realizó en 1831. en 1831. Esta Esta ley tiene importantes aplicaciones aplicaciones en la generación de electricidad. electricidad.
El experimento que realizo Faraday es el siguiente: Se requiere de un imán, una bovina y un galvanómetro. Para realizar el experimento es necesario, en primer lugar, conectar el galvanómetro a la bobina o solenoide. En segundo lugar, se introduce el imán en la bobina realizando un movimiento de vaivén. Mientras el imán se mueve, el galvanómetro detecta la presencia de una corriente eléctrica.
Si el imán se detiene, la corriente cesa. Es importante darse cuenta, que cuando uno de los polos del imán se acerca a la bobina, la corriente producida tiene un sentido y cuando este polo se aleja la corriente cambia de sentido. Si se invierte la polaridad del imán, los sentidos de las corrientes producidas se invierten. Farad ay descubre que el fenómeno inverso produce resultados análogos, es decir, el movimiento de una bobina frente a un imán fijo, también produce corrientes inducidas inducidas y a partir de este momento quedaron inventadas las máquinas inductoras o generadores de corriente alterna.
FORMULACION:
Siendo: E:
f.e.m. inducida
n:
número de espiras de la bobina
Df : Variación del flujo Dt: Tiempo en que se produce la variación de flujo
Para comprender mejor por qué el signo negativo en el flujo nos vamos a la ley de Lenz la cual establece: "Cuando varía el flujo magnético que atraviesa una bobina, esta reacciona de tal manera que se opone a la causa que produjo la variación"
Por lo que se puede concluir que el signo menos (-) indica que se opone a la causa que lo produjo LEY DE LENZ
La ley de Lenz para el campo electromagnético relaciona cambios producidos en el campo eléctrico en un conductor con la variación de flujo magnético en dicho conductor, y afirma que las tensiones o voltajes inducidos sobre un conductor y los campos eléctricos asociados son de un sentido tal que se oponen a la variación del flujo magnético que las induce. Esta ley se llama así en honor del físico germanobáltico Heinrich Lenz, quien la formuló en el año 1834. En un contexto más general que el usado por Lenz, se conoce que dicha ley es una consecuencia más del principio de conservación de la energía aplicado a la energía del campo electromagnético.
FORMULACION
La polaridad de una tensión inducida es tal, que tiende a producir una corriente, cuyo campo magnético se opone siempre a las variaciones del campo existente producido por la corriente original. El flujo de un campo magnético uniforme a través de un circuito plano viene dado por:
Dónde: = Flujo magnético. La unidad en el SI es el weber (Wb). = Inducción magnética. La unidad en el SI es el tesla (T). = Superficie definida por el conductor. = Ángulo que forman el vector perpendicular a la superficie definida por el conductor y la dirección del campo. Si el conductor está en movimiento el valor del flujo será:
A su vez, el valor del flujo puede variar debido a un cambio en el valor del campo magnético:
En este caso la Ley de Faraday afirma que la tensión inducida ℰ en cada instante tiene por valor:
Donde ℰ es el voltaje inducido y dΦ/dt es la tasa de variación temporal del flujo magnético Φ. La dirección voltaje inducido (el signo negativo en la fórmula) se debe a la oposición al cambio de flujo magnético.
La ley de Lenz plantea que las tensiones inducidas serán de un sentido tal que se opongan a la variación del flujo magnético que las produjo. Esta ley es una consecuencia del principio de conservación de la energía. La polaridad de una tensión inducida es tal, que tiende a producir una corriente, cuyo campo magnético se opone siempre a las variaciones del campo existente producido por la corriente original. El flujo de un campo magnético uniforme a través de un circuito plano viene dado por un campo magnético generado en una tensión disponible con una circunstancia
totalmente proporcional al nivel de corriente y al nivel de amperios disponible en el campo eléctrico. Cuando un voltaje es generado por una batería, o por la fuerza magnética de acuerdo con la ley de Faraday, este voltaje generado, se llama tradicionalmente « fuerza electromotriz» o fem. La fem representa energía por unidad de carga (voltaje), generada por un mecanismo y disponible para su uso. Estos voltajes generados son los cambios de voltaje que ocurren en un circuito, como resultado de una disipación de energía, como por ejemplo en una resistencia.
EJEMPLOS LEY DE FARADAY
BIBLIOGRAFIA: http://proyectofisica3.blogspot.com/2011/11/ley-de-faraday.html http://www.fisica.pe/category/ley-de-lenz/ http://www.share-pdf.com/c9679f6d6d99463f8379453db8fcf77a/problemas-resueltos-cap31-fisica-serway.htm
Generador Eléctrico:
Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrica entre dos de sus puntos (llamados polos, terminales o bornes) transformando la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada también estator). Si se produce mecánicamente un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generará una fuerza electromotriz (F.E.M.). Este sistema está basado en la ley de Faraday. Aunque la corriente generada es corriente alterna, puede ser rectificada para obtener una corriente continua. En el diagrama adjunto se observa la corriente inducida en un generador simple de una sola fase. La mayoría de los generadores de corriente alterna son de tres fases. El proceso inverso sería el realizado por un motor eléctrico, que transforma energía eléctrica en mecánica.
No sólo es posible obtener una corriente eléctrica a partir de energía mecánica de rotación sino que es posible hacerlo con cualquier otro tipo de energía como punto de partida. Desde este punto de vista más amplio, los generadores se clasifican en dos tipos fundamentales:
Primarios: Convierten en energía eléctrica la energía de otra naturaleza que reciben o de la
que disponen inicialmente, como alternadores, dinamos, etc.
Secundarios: Entregan una parte de la energía eléctrica que han recibido previamente, es
decir, en primer lugar reciben energía de una corriente eléctrica y la almacenan en forma de alguna clase de energía. Posteriormente, transforman nuevamente la energía almacenada en energía eléctrica. Un ejemplo son las pilas o baterías recargables. Se agruparán los dispositivos concretos conforme al proceso físico que les sirve de fundamento.
Generadores Ideales:
* Generador de voltaje o tensión: un generador de voltaje ideal mantiene un voltaje fijo entre
sus terminales con independencia de la resistencia de la carga Rc que pueda estar conectada entre ellos. * Generador de corriente o intensidad: un generador de corriente ideal mantiene una corriente
constante por el circuito externo con independencia de la resistencia de la carga que pueda estar conectada entre ellos. En la (Figura 1) se ve el circuito más simple posible, constituido por un generador de tensión constante E conectado a una carga Rc y en donde se cumpliría la ecuación: E = I×Rc
Figura 1: Generador de tensión ideal; E = I×Rc
El generador descrito no tiene existencia real en la práctica, ya que siempre posee lo que, convencionalmente, se ha dado en llamar resistencia interna, que aunque no es realmente una resistencia, en la mayoría de los casos se comporta como tal. En la (Figura 2) se puede ver el mismo circuito anterior, pero donde la resistencia interna del generador viene representada por una resistencia Ri, en serie con el generador, con lo que la ecuación anterior se transforma en: E = I×(Rc+Ri)
Así, un generador real puede considerarse en muchos casos como un generador ideal de tensión con una resistencia interna en serie, o bien como un generador ideal de intensidad en paralelo con una resistencia.
Figura 2: E = I×(Rc+Ri)
Fuerza electromotriz de un generador Una característica de cada generador es su fuerza electromotriz (F.E.M.), simbolizada por la letra griega epsilon (ε), y definida como el trabajo que el generador realiza para pasar la unidad de carga positiva del polo negativo al positivo por el interior del generador. La F.E.M. (ε) se mide en voltios y en el caso del circuito de la Figura 2, sería igual a la tensión E, mientras que la diferencia de potencial entre los puntos a y b, Va-b, es dependiente de la carga Rc. La F.E.M. (ε) y la diferencia de potencial coinciden en valor en ausencia de carga, ya que en este caso, al ser I = 0 no hay caída de tensión en Ri y por tanto Va-b = E.
Motor Eléctrico: El motor eléctrico es un dispositivo que transforma la energía eléctrica en energía mecánica por medio de la acción de los campos magnéticos generados en sus bobinas. Son máquinas eléctricas rotatorias compuestas por un estátor y un rotor. Algunos de los motores eléctricos son reversibles, ya que pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando comogeneradores o dinamo. Los motores eléctricos de tracción usados en locomotoras o en automóviles híbridos realizan a menudo ambas tareas, si se los equipa adecuadamente o con frenos regenerativos. Son utilizados en infinidad de sectores; instalaciones industriales, comerciales, particulares; como ventiladores, teléfonos, bombas, máquinas herramientas, aparatos electrodomésticos, herramientas eléctricas y unidades de disco. Los motores eléctricos pueden ser impulsados por fuentes de corriente continua (DC), tal como baterías de automóviles y por fuentes de corriente alterna (AC) bien sea directamente de la red eléctrica bifasica o trifasica.
Los motores eléctricos son dispositivos que transforman energía eléctrica en energía mecánica. El medio de esta transformación de energía en los motores eléctricos es el campo magnético. Existen diferentes tipos de motores eléctricos y cada tipo tiene distintos componentes cuya estructura determina la interacción de los flujos eléctricos y magnéticos que originan la fuerza o par de torsión del motor. El principio fundamental que describe cómo es que se origina una fuerza por l a interacción de en una carga eléctrica puntual q en campos eléctricos y magnéticos es la Ley de Lorentz:
Dónde: q-carga eléctrica puntual
-Campo eléctrico -velocidad de la partícula -densidad de campo magnético En el caso de un campo puramente eléctrico la expresión de la ecuación se reduce a:
La fuerza en este caso está determinada solamente por la carga
q y
por el campo eléctrico
. Es
la fuerza de Coulomb que actúa a lo largo del conductor originando el flujo eléctrico, por ejemplo en las bobinas del estátor de las máquinas de inducción o en el rotor de los motores de corriente continua. En el caso de un campo puramente magnético:
La fuerza esta determinada por la carga, la densidad del campo magnético la carga
y la velocidad de
. Esta fuerza es perpendicular al campo magnético y a la dirección de la velocidad de
la carga. Normalmente hay muchísimas cargas en movimiento por lo que conviene reescribir la expresión en términos de densidad de carga fuerza
y se obtiene entonces densidad de
(fuerza por unidad de volumen):
Al producto
se le conoce como densidad de corriente
(amperes por metro cuadrado):
Entonces la expresión resultante describe la fuerza producida por la interacción de corriente con campo magnético:
Este es un principio básico que explica cómo se origina las fuerzas en sistemas electromecánicos como los motores eléctricos. Sin embargo, la completa descripción para cada tipo de motor eléctrico depende de sus componentes y su construcción.
