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Fenómeno consistente en provocar o inducir una corriente eléctrica mediante un campo magnético variable.
44 Inducción Inducción electromagnéticaelectromagnética
JMLC - Chena – IES Aguilar y Cano - Estepa
Experiencias de FaradayExperiencias de Faraday
Una bobina conectada a una batería, otra bobina conectada a un galvanómetro. Conectar y desconectar la bobina de la batería.
Mover las bobinas relativamente.
Sólo una bobina conectada a un galvanómetro y acercaralejar un imán o acercaralejar la bobina del imán.
Es el número de líneas del campo magnético que atraviesan una superficie dada.
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Flujo magnéticoFlujo magnético
d SEl flujo a través de un elemento de superficie, es: dm=B⋅d S
El flujo total a través de la superficie S será: m=∫SB⋅d S
Para el caso de un campo magnético uniforme y una superficie plana y regular (espira):
m=B⋅S=B⋅S⋅cos
m=N B⋅S=N B⋅S⋅cosUnidad de flujo: T·m2 = Wb (weber)
En las experiencias de Faraday, la corriente eléctrica es inducida por la variación del flujo magnético.
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Ley de FaradayLey de Faraday
La fuerza electromotriz (fem), , que da lugar a la corriente eléctrica inducida en un circuito es igual a la rapidez con que varía el flujo magnético a través del mismo:
inducida =−m
t
En las experiencias de Faraday, la corriente eléctrica es inducida por la variación del flujo magnético.
Unidad de fem: Wb/s = V (voltio)
inducida =−dm
dtSi el flujo depende del tiempoSi el flujo depende del tiempo
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Ley de LenzLey de Lenz
Es un ejemplo del principio de acciónreacción, consecuencia de la ley de conservación de la energía: ante cualquier variación el sistema tiende a reaccionar oponiéndose a ella.
El sentido de la corriente inducida es tal que el campo magnético creado por dicha corriente tiende a oponerse a la variación de flujo magnético que la ha originado.
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Formas de inducir una corrienteFormas de inducir una corriente
Variando el campo magnético (intensificándolo o debilitándolo)
Variando el tamaño de la superficie atravesada por las líneas de campo (espira con lado móvil).
Variando la orientación de la espira en el campo (haciéndola girar en el interior del campo magnético).
m = B S cos
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Variando el campo magnéticoVariando el campo magnético
inducida =−m
t=−NS
B t
inducida =−NS dBdt
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Variando el tamaño de la superficieVariando el tamaño de la superficie
inducida =−dm
dt=−B dS
dt=−B d lx
dt=−Bl dx
dt=−Blv
lx
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Variando la orientación de la espiraVariando la orientación de la espira
(a) (b)
(c) (d)
BS
-BS
m
(a)(b)
(c)
(d)
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Variando la orientación de la espiraVariando la orientación de la espira
Con un dispositivo que haga girar la espira con una velocidad angular , el ángulo girado será función de dicha velocidad según:
m = BS cos = BS cos t
Y la fem inducida al girar la espira será:
inducida =−dm
dt=−
d BS cos t dt
= BSsin t
El valor máximo de la fem ocurre cuando sin t=1 ⇒ 0=BS
Y si hacemos girar una bobina con N espiras: inducida = N 0 sin t
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Variando la orientación de la espiraVariando la orientación de la espira
inducida = 0sin t
e0
e
I = I 0sin t
I0
I
I =R
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¿Por qué se origina una corriente inducida?¿Por qué se origina una corriente inducida?
B
+ + +
+++++
+ ++
+
- - - -
----- -
--
-
--
F+
F-
v
F=q v B Al ser v y B perpendiculares entre sí
Aparece un campo eléctrico, que separa las cargas, y que origina una nueva fuerza (eléctrica) sobre ellas cuyo valor es:
q E=q v BE=v B
Esto da origen a una ddp entre los extremos del conductor, de longitud l de valor:
V=E l
Y sustituyendo en la anterior: V=v B l
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Aplicaciones del fenómeno de la inducciónAplicaciones del fenómeno de la inducción
Generadores de corriente:Corriente alterna (C.A.) (A.C.): Cada terminal de la bobina está conectado siempre a la misma escobilla. Al cambiar alternativamente el flujo (de positivo a negativo), cambia la fem también.Corriente continua (C.C.) (D.C.): Los terminales de la bobina se conectan a una única escobilla partida en dos (conmutador). Así aunque cambie el flujo y el sentido de la corriente en la espira, la corriente exterior tiene siempre el mismo sentido.
Un generador de corriente transforma energía mecánica en energía eléctrica.
Motores eléctricos: Transforman energía eléctrica en energía mecánica.
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TransformadoresTransformadoresSon dispositivos que pueden elevar la tensión que se les suministre a la entrada (elevador) o bien reducirla (reductor); es decir, son capaces de “transformar tensiones” (o voltajes).
En el primario
V 1=−N 1
dm
d tV 2=−N 2
d m
d t
V 1
N 1
=V 2
N 2
El voltaje de salida de un transformador depende del voltaje de entrada y de la relación entre el número de espiras de la bobina secundaria y la primaria
En el secundario
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La unificación de MaxwellLa unificación de Maxwell
1. Teorema de Gauss para el campo eléctrico
Un campo magnético variable con el tiempo induce otro eléctrico proporcional a la rapidez con que cambia el flujo magnético y perpendicular a aquel.Un campo eléctrico variable con el tiempo induce otro magnético proporcional a la rapidez con que cambia el flujo eléctrico y perpendicular a aquel.
∮ E⋅d S= q0
∮ B⋅d S=0
∮ E⋅d l=−dB
d t∮ B⋅d l=0 I00
d E
d t
2. Teorema de Gauss para el campo magnético
3. Ley de Faraday 4. Ley de Ampère-Maxwell