Download o ley de Faraday

ELECTROMAGNETISMO
UNIDAD 3
Elaborado por: Ing. Juan Adolfo Álvarez
Octubre, 2014
http://www.uaeh.edu.mx/virtual
Historia

El electromagnetismo es una área de la física en la que
se estudia la relación entre los fenómenos eléctricos y
magnéticos.

Anteriormente se tenía la idea de que el magnetismo
era un concepto independiente de la electricidad. De
hecho la tierra es un caso de fenómeno magnético de
tipo natural, ya que se genera un campo magnético
con su polo norte y polo sur.

En la actualidad con los experimentos hechos por
personajes como Gilbert, el cual comprobó que al
circular una corriente eléctrica por un conductor, se
genera un campo magnético alrededor, se demostró
la relación entre ambas áreas de la física.
Los campos magnéticos

Cada campo magnético que se genera por una corriente eléctrica
tiene determinadas propiedades de intensidad, dirección en sus líneas
de fuerza e influencia sobre otros elementos de tipo eléctrico con los
que interactúa.

Michael Faraday mostró que al desplazar un imán dentro de un
embobinado, se genera una fuerza electromotriz la cual es proporcional
a la rapidez con la que se mueve el imán o cambia de dirección el
campo magnético.
Las leyes el electromagnetismo.

Para que la energía eléctrica se transforme en algún otro tipo de
energía como por ejemplo energía mecánica como es el caso de
los motores, el principio de funcionamiento está en algunas leyes
como:

La ley de Faraday

La ley de Lenz
Es importante comprender dichas leyes que rigen el funcionamiento
de muchos de los aparatos eléctricos.
Ley de Faraday

La ley de inducción electromagnética (o ley de Faraday)
determina que el voltaje inducido en un circuito cerrado es
directamente proporcional a la rapidez con que cambia en
el
tiempo
el
flujo
magnético
que
atraviesa
una superficie cualquiera con el circuito.

Es decir; a mayor rapidez en el cambio de la dirección de un
campo magnético que se encuentre dentro de un embobinado,
mayor será la fuerza electromotriz inducida o voltaje.
También hay que considerar que a mayor cantidad de espiras
en el embobinado, también se incrementará la intensidad de
la Fuerza electromotriz.
Ley de Lenz

El sentido de la corriente inducida sería tal que su flujo se opone a la causa que la
produce”.
La Ley de Lenz plantea que los voltajes inducidos 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 un voltaje inducido 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.
Aplicaciones

De manera conjunta dichas leyes permiten el funcionamiento de
muchos aparatos y maquinas como motores, generadores,
transformadores eléctricos.

Los dos primeros se conocen como maquinas dinámicas porque
existe o se genera movimiento, y el tercero (transformador) se llama
maquina estática, ya que no existe energía mecánica, sin embargo
si existe transferencia de energía en el interior que esta formado por
dos embobinados que interactúan a través de un campo
magnético.
MÁQUINAS DINÁMICAS

Algunos tipos de ellas son los motores eléctricos y los generadores.

Los primeros convierten la energía eléctrica en energía mecánica y
los segundos la energía mecánica la convierten en energía
eléctrica.
funcionamiento de un motor

La ley de Faraday es el principio de funcionamiento del motor.

El embobinado o rotor cuando se le aplica un potencial que genera un campo
magnético, interactúa con el campo del estator y se mantiene funcionando por
medio de la acción de los polos que se generan mientras exista un potencial. Al
desconectar de la energía el motor, el campo magnético del rotor desaparece y
el motor deja de funcionar. Cuando aumenta el potencial o voltaje aplicado,
entonces circula mayor intensidad de corriente y el motor entrega mayor energía
mecánica, es decir gira a mayor velocidad.
Funcionamiento de un generador

Funciona a la inversa de un motor, recibe energía mecánica, y la
transforma en energía eléctrica por medio del movimiento de un
campo magnético en el interior y entrega una fuerza electromotriz.
Máquinas estáticas

Es el caso de los transformadores eléctricos los cuales funcionan por
medio de la interacción de un campo magnético variable, en
donde el embobinado primario recibe un potencial eléctrico, e
índice en el embobinado secundario un voltaje, el cual puede ser
mayor o menor según el numero de espiras tenga en relación al
primer embobinado.
Transformadores eléctricos

Existen de muy diversos diseños y aplicaciones, los cuales se usan
para aumentar o disminuir el voltaje que se recibe, ya sea en una
zona urbana, o un aparato eléctrico.
Elementos de un transformador

El transformador consta esencialmente de dos bobinados, entre los
cuales existe un núcleo de hierro en donde aparece una densidad de
flujo magnético que es proporcional a la variación del voltaje en el
embobinado primario.

Algunas consideraciones de los transformadores son:

Si el embobinado secundario tiene menos espiras que el embobinado
primario, entonces el voltaje disminuirá y si es mayor el numero de
espiras, entonces el voltaje aumentará.
Conexiones eléctricas



En los aparatos eléctricos, existen en el interior diversas formas en las que
interactúan los componentes, unos consumen energía, otros la transforman,
llamándose así elementos consumidores, pasivos o activos.
En el esquema de la izquierda se muestra una forma de conectar dos focos en
serie, y en la derecha los mismos focos en paralelo
Observa la forma en la que están conectados para identificar sus
características. Estas mismas conexiones pueden encontrarse en el interior de
los aparatos o bien en las instalaciones de las casas, edificios etc.
Circuito en serie

La conexión de elementos en serie, representa por ejemplo en el caso
de unos focos, unas resistencias eléctricas, donde la resistencia total es
igual a la suma de las resistencia de cada uno.

Por ejemplo si cada foco tiene una resistencia de 10 ohms, entonces en
total el circuito de dos focos tiene 20 ohms de resistencia, si se conecta
a una pila de 9 volt entonces la corriente que circula aplicando la ley de
Ohm es: i= V/ R = 9 v / 20 ohms = 0.45 amperes

En el dibujo de la parte derecha se muestra el diagrama o
representación eléctrica
Circuito en paralelo

En estos circuitos por ejemplo dos focos en paralelo , el
voltaje en cada uno es el mismo y equivalente al valor de
la fuente: V1= V2 = 9 volts

El valor de la resistencia total, es el inverso de la suma de
las resistencias, es decir: si cada resistencia es de 10 ohms
entonces la resistencia total del circuito es:
Se puede observar que la resistencia total disminuye, y si se conecta a una fuente de
9 volt, entonces la corriente en el circuito es: i = V / R = 9 volt / 5 Ohm = 1.8 amperes
Conexión de baterías y motores

Asi como los focos se pueden conectar en serie o en paralelo, las
baterías y los motores también se pueden conectar de la misma
forma como se muestra en las figuras. En caso de conectar baterías
en serie, el voltaje aumenta.
Por
ejemplo
al
conectar
Dos pilas de 1.5 volt
cada una, se tiene
en total un voltaje
de:
V = 1.5 + 1.5
= 3 volt
En el caso de los
Motores, al estar
En
serie,
la
resistencia
Eléctrica
aumenta como si
fueran
resistencias
en
serie que ya se
explicó
ESPECIFICACIONES DE LOS ELEMENTOS ELÉCTRICOS

Todos los dispositivos, elementos o aparatos tienen especificaciones
bajo las cuales se han diseñado y en las cuales trabajan en
condiciones normales de operación,. Por ejemplo un foco tiene
una potencia, una resistencia y un voltaje al cual se puede
conectar para funcionar.

Con los datos de Potencia por ejemplo si fuera de 10 watts, y el
voltaje al que se conecta es de 120 volts, entonces se puede
determinar la corriente que utiliza para funcionar, que en este caso
sería aplicando la ecuación de potencia: P = V* i despejando La
corriente i = P/ V tenemos:
i = 10 watt / 120 volt = 0.08 amperes
Especificaciones de motores

Por ejemplo el caso de un motor de grabadora, esta diseñado para
funcionar con determinado voltaje, por ejemplo una fuente de 9 volt
que puede ser una pila, y si su potencia es de 10 watts, entonces la
corriente para funcionar sería aplicando la ecuación de potencia:
i=P/V
= 10 watt / 9 volt = 1. 1 amperes
TRANSFORMACIÓN DE ENERGÍA EN LOS APARATOS

En los electrodomésticos, como en muchos equipos electrónicos como la televisión, un
dvd, un celular, computadora, los diferentes elementos eléctricos en su conjunto hacen
que el aparato funcione.

Por ejemplo en la computadora, existe un transformador para reducir el voltaje, un
ventilador que convierte la electricidad en movimiento para enfriar el interior, los focos led
para identificar si está encendido el equipo, etc. En suma todo funciona como un solo
sistema donde se presentan diversas formas de transformación de energía, asi como
diversos tipos de conexiones eléctricas: en serie y en paralelo.
otras conexiones eléctricas

Además de las conexiones en serie y en paralelo que son las básicas,
existen otros tipos de conexiones llamadas mixtas como las mostradas,
en donde las conexiones son combinaciones serie / paralelo
COMPLEMENTACIÓN DEL
APRENDIZAJE

Se sugiere a fin de que comprendas mejor los conceptos
abordados que visites las páginas que se indican en la siguiente
lámina, donde observarás simulaciones del funcionamiento de
generadores eléctricos, motores y otros equipos que funcionan con
las leyes ya mencionadas.
Materiales consultados.

https://www.youtube.com/watch?v=jD9CAXXRYE0

http://www.walter-fendt.de/ph14s/

https://www.youtube.com/watch?v=moO-XhyGG8M

https://www.youtube.com/watch?v=-17h1YEGPbc

https://www.youtube.com/watch?v=yYPJRPuwpHw
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https://www.youtube.com/watch?v=r1tuyy5YWNQ
Referencia bibliográfica
Pérez Montiel H. (2000). Física general. Editorial
Pub. Cultural.. México. D.F.