Induccion electromagnetica Flashcards
¿Qué es la inducción electromagnética? Dar un ejemplo
La inducción electromagnética es el nombre que recibe el fenómeno en el cual, si el flujo magnético a través de un circuito cambia, se inducen una fem y una corriente
en el circuito.
Un ejemplo es una estación generadora de electricidad: en ella hay imanes que se mueven con respecto a a bobinas de alambre para producir en ellas un flujo magnético variable
y, por lo tanto, una fem.
Que nos dice la inducción electromagnética sobre campos variables? (eléctrico y magnético)
La inducción electromagnética nos dice que un campo magnético que varía en el tiempo actúa como fuente de campo eléctrico; y a su vez, un campo eléctrico que varía con el tiempo actúa como fuente de un campo magnético.
Si tenemos una bobina a través de la cual no circula ninguna corriente, ¿Cómo podemos inducir una corriente en ella?
(Considerar un imán y otra bobina)
Si en la cercanias de esa bobina movemos un iman, este entonces va a provocar una corriente en la bobina inicial, PERO UNICAMENTE CUANDO SE MUEVE, ya que al dejarlo quieto, no induce nada (porque¿?)
Otra posibilidad es acercarle otra bobina que si tenga corriente: la situacion se repite, si movemos la bobina cargada cerca, se induce una corriente, pero si dejamos la segunda quieta, hay dos posibilidades:
Una, es que la dejemos con un flujo de corriente estable y sin variar sus propiedades: no induce nada sobre la otra.
La segunda posibilidad es que a nuestra bobina con corriente le alteremos el valor de la misma, o disminuyamos su resistencia (lo cual aumenta el paso de corriente), entonces si induciria una corriente sobre la primera, PERO SOLO MIENTRAS ESTA OCURRIENDO EL CAMBIO
¿Qué observaciones se pueden hacer respecto al experimento de inducción sobre una bovina?, ¿Qué conclusión podemos sacar de allí?
En el experimento se puede observar que en la bobina, se va a presentar una corriente electrica cuando se la rota, se la deforma, se le quitan espiras, se la retira del campo, o cuando el campo en si mismo varia: la corriente aparece solo durante el transcurso de la modificacion!!
En conclusion podriamos decir que para que se induzca una corriente sobre una bobina (o el conductor que sea), esta debe estar sometida a un campo electrico, y DEBE HABER ALGUN TIPO DE MOVIMIENTO DE LA MISMA o una variacion del campo
¿Y que pasa con el flujo magnetico durante todas las acciones anteriores?
En cada caso, el flujo cambia ya sea porque el campo magnético cambia con el tiempo o porque la bobina se mueve a través de un campo magnético no uniforme:
El sentido de la fem inducida depende de si el flujo aumenta o disminuye. Si el flujo es constante, no hay fem inducida.
Las fem inducidas magnéticamente, ¿son resultado también de fuerzas electrostáticas o no?
Las fem inducidas magnéticamente siempre son el resultado de la acción de fuerzas no electrostáticas.
Cuando estas fuerzas son el resultado de campos eléctricos adicionales inducidos por campos magnéticos cambiantes, tenemos que diferenciar con cuidado entre los campos eléctricos producidos por cargas (de acuerdo con la ley de Coulomb) y los producidos por campos magnéticos cambiantes.
Nota:
E sub “c” es el campo conservativo producido bajo la ley de Coulomb
E sub “n” es el campo es el campo no conservativo producido por el movimiento de un campo eléctrico
¿Como se define el flujo magnetico a traves de un area A sometida a un campo B uniforme sobre toda la superficie?
Plantear los 3 casos posibles
El flujo magnetico Φ se define como el producto de el campo B por el area total A, por el coseno del angulo entre ellos:
Φ=BAcos()
Los 3 casos posibles son:
-Vector B paralelo al vector area: flujo maximo BA
-Vector B formando cierto angulo con el vector area: BA*cos()
-Vector B perpendicular al vector area: flujo igual a cero
Pero, hay dos posibles sentidos para el vector área… ¿Cual debemos elegir?
Cualquiera de los dos sentidos es valido: si elegimos el que es paralelo a B, el flujo es positivo, si elegimos el que es anti paralelo (180°) entonces el flujo es negativo: no hay ningún problema siempre y cuando mantengamos la misma convención en todo el desarrollo
Con la ayuda del concepto anterior, ¿Que dice la ley de Faraday?
La fem inducida en una espira cerrada es igual al negativo de la tasa de cambio del flujo magnético a través de la espira con respecto al tiempo.
En símbolos la ley es: 𝓔=-(dΦ)/(dt)
Nota: resolucion de un ejercicio donde piden fem y corrientes inducidas (todos los datos dados)
1- Primero calculamos el flujo magnetico usando las formulas de la flashcard 8 (Φ=BA)
2- Luego calculamos la fem inducida mediante la ley de Faraday (-dΦ/dt)
3- Finalmente, obtenemos la resistencia mediante la ecuacion de Ohm (𝓔=IR)
¿Que pasa con la fem y la corriente si cambiamos la espira conductora por una aislante?
Si observamos las ecuaciones, la fem inducida no depende de la resistencia del material, pero no asi la corriente, la cual depende de la fem y la resistencia: como esta ultima aumenta, la corriente cae!
¿Como se determina el signo de una fem inducida?
El signo de la fem inducida, es el opuesto al de la tasa de variacion del flujo: por lo tanto depende del signo que nosotros hayamos asignado a el vector area!!!
¿Y la direccion?
Esta la vamos a establecer en terminos de el resultado anterior, y una regla de la mano derecha:
Debemos girar nuestros dedos de la mano derecha alrededor de el vector area, con el pulgar apuntando en su direccion positiva
Si el signo nos dio positivo, entonces la fem va en el mismo sentido que nuestros dedos enroscados, y si nos dio negativa, en sentido opuesto
¿Y la corriente inducida que direccion tiene?
La misma direccion que la fem inducida
Y al haberse inducido esa corriente en la espira, ¿No provoca que esta genera otro campo magnetico adicional?
¿Que es ese campo respecto a el que sometimos nuestra espira?
Si, si mantenemos las condiciones mencionadas para que exista una corriente inducida en la espira, esta, como sucede con cualquier conductor, va a producir un campo adicional B
Este campo va a contrarrestar al ya existente, es decir, va a ir en dirección “opuesta”.
Esto se puede comprobar con la mano de la regla derecha en la que con el dedo pulgar apuntamos en direccion de la corriente y rodeamos B
(Averiguar si esto ultimo aplica únicamente cuando esta sometido a un electroimán o es siempre así)
¿Con que ley se relaciona el efecto que se acaba de mencionar?
Se relaciona con la Ley de Lenz: dice que cualquier efecto de inducción tiende a oponerse al cambio que lo ocasionó
Nota: OJO CON LOS SIGNOS
Hay que tener en cuenta que si sobre la bobina o lo que sea, se esta produciendo una deformacion que achica su area transversal, entonces la variacion de flujo va a ser negativa ya que el producto B*A va a ser cada vez menor, y luego la fem va a ser positiva
(CHEQUEAR Y VER PAGINA 998 AL FINAL)
Ahora bien, definimos la ley de Faraday para una espira, ¿Qué pasa si son N las espiras sometidas al campo B?
La tasa total de cambio a través de todas las espiras es N veces más grande que para una sola espira:
𝓔=-N*(dΦ)/(dt)
Pero hay que tener en cuenta que esto se da únicamente si el flujo varía a la misma tasa Φ a través de cada espira
Nota:
A la hora de realizar un ejercicio con la ley de Faraday (RELACION FEM INDUCIDA CON TASA DE CAMBIO DEL FLUJO MAGNETICO) hay que tener en cuenta, no solo esa tasa, sino también que es lo que la provoca:
¿El conductor se está moviendo? ¿Está cambiando su orientación? ¿El campo magnético está cambiando?…
Nota 2:
Otras dos ideas MUY IMPORTANTES a la hora de realizar ejercicios con la Ley de Faraday son:
-El angulo φ es el angulo entre A y B, NO ENTRE B Y EL PLANO DE LA ESPIRA!!
1- La tasa de variacion del campo con respecto al tiempo NO ES lo que tengo que poner en la Ley de faraday, sino que debo poner la VARIACION DEL FLUJO (=dB/dt * A)
¿Que es un alternador?
Es un dispositivo que genera una fem a traves de la rotacion de una espira sobre un eje, mientras esta es sometida a un campo magnetico B constante y uniforme
Sabemos que hay una fem debido a un cambio en el flujo magnético, pero, ¿Por qué cambia el flujo en el caso anterior, si B es constante?
el flujo cambia porque la dirección 𝐀 de cambia al girar la espira.
Y ahora, si queremos calcular la fem inducida utilizando la ley de Faraday nos vamos a encontrar con un problema: A esta rotando y por lo tanto el flujo varia:
¿Cómo alteramos la ley para poder realizar el calculo en un tiempo determinado? (hablando del alternador)
Para ello debemos tener en cuenta la tasa de cambio del angulo entre A y B: se calcula como el producto entre la rapides angular (w) por el tiempo (t)
Entonces el flujo es: Φ=BAcos(wt)
Luego, como la fem se calcula con la derivada del flujo, al derivar el coseno obtenemos -wsen(wt)
Y finalmente reemplazamos esto y lo multiplicamos por B y A ya que estos son constantes: 𝓔=-wABsen(wt)
Viendo las ecuaciones anteriores (y también por razonamiento), ¿En que momentos el flujo y la fem son máximos/mínimos?
¿Cuándo el flujo tiene su pico máximo y mínimo DE VARIACION?
-Cuando B es perpendicular al plano de la espira, el flujo es máximo/mínimo (según si es paralelo o anti-paralelo a A), su variación es 0, y la fem es 0
-Cuando B es paralelo al plano de la figura, el flujo es 0, su variación es máxima, y la fem es máxima.
Nota: se observa que la fem inducida no depende de la forma de la espira, sino sólo de su área.
Y, también viendo la ecuación, ¿Cómo podemos aumentar la fem maxima que provee el alternador?
La fem depende de 3 variables: la rapidez angular, el area de la sección transversal de la espira y de la magnitud del campo.
Por lo tanto, aumentar cualquiera de ellos, tiene el efecto de aumentar la fem máxima que provee
Pero también hay que tener en cuenta que se puede aumentar B metiendo N espiras en lugar de una (por superposición de campos)
Dato extra:
En automoviles y otro tipo de alternadores comerciales, es el iman permanente el que gira al rededor de las N espiras (ya que se ponen muchas espiras juntas)
¿El alternador siempre produce corriente alterna o alguna vez produce corriente directa?
En el caso de producir corriente directa, ¿Qué modificación deberíamos hacer al sistema?
Si, un alternador puede ser una fuente de corriente directa (siempre el mismo signo); Se logra cambiando la disposición de los anillos al final de la espira:
En lugar de se dos anillos completos, uno en cada punta de la espira, y separados por una distancia, se colocan dos MEDIO anillo, uno en cada extremo de la espira y A LA MISMA “ALTURA” (ver figura 29.10 pagina 1001)
¿Por qué con esta configuración podemos obtener corriente directa?
Este arreglo de los anillos, que se conoce como conmutador, lo que hace es que revierte las conexiones al circuito externo en posiciones angulares en las que se invierte la fem:
Este arreglo suaviza las fluctuaciones en la fem, por lo que el voltaje terminal no sólo es unidireccional, sino prácticamente constante
