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5.- Interacción ente campos magnéticos y corrientes.
Ley de Faraday-Henry o de inducción electromagnética
Si el flujo de campo magnético que atraviesa una bobina es variable
respecto al tiempo, se induce en ella una fuerza electromotriz (Fem).
Además esta Fem :
•
es proporcional al número de espiras (N)
•
su polaridad es tal que se opone a la causa que la originó (Ley de Lenz).
Debemos esta ley a Faraday y a Henry, que realizaron el siguiente
experimento:
1.
Introdujeron una bobina de 1 espira entre los polos N y S de un campo
magnético (en un entrehierro) y observaron que no pasaba nada.
2.
Construyeron un eje de giro, unos cojinetes, y un par de anillos rozantes
para permitir el giro de la espira y su conexión eléctrica con el exterior (fig. 24).
Al someter la espira a giro comprobaron que entre sus extremos (A y B)
aparece una Fem inducida.
Hoy en día con un osciloscopio, se puede comprobar que la Fem es alterna
senoidal y que desarrolla un periodo por cada vuelta del giro.
Fig. 24.- Generación de Fem
3.
Afianzaron su descubrimiento al cerrar el interruptor y comprobar que la
bombilla se encendía. Obviamente al cerrar el circuito y existir Fem, se
establece intensidad de corriente que hace brillar la bombilla (fig. 25). La
bobina se comporta por tanto, como una fuente de tensión alterna senoidal.
Fig. 25.- Circulación de corriente tras cerrar el interruptor
La causa de la Fem inducida desde el punto de vista del observador, es
el giro de la espira. Sin embargo, desde el punto de vista electrotécnico, la
causa es la variación de flujo que atraviesa la espira (Ley de Faraday-Henry).
Pero, ¿por qué el giro de la espira implica variación de flujo? En Fig. 26
podemos ver cómo el número de líneas de fuerza que atraviesan la espira
depende de su posición; por tanto durante el giro, el flujo esta cambiando de
valor constantemente.
Fig. 26.- Obsérvese la variación de flujo con el giro de la espira
Esta “Ley de inducción electromagnética” representa el principio de
funcionamiento de los generadores de energía eléctrica. Los generadores de
Fem alterna senoidal reciben el nombre de alternadores, y los generadores de
Fem continua se llaman dinamos.
La dinamo de la bicicleta
Vimos sobretodo hace algunos años, que los faros de las bicicletas
brillaban solo cuando el ciclista pedaleaba, es decir cuando hay giro de la
rueda. El pedaleo es la fuerza motriz que consigue el giro de los imanes
naturales, que hacen moverse al campo magnético alrededor de una bobina de
posición fija, en la que se induce Fem (fig. 27).
La dinamo de una bicicleta es un buen ejemplo de aplicación de la “Ley
de inducción electromagnética”, con la salvedad de que en este caso lo que gira
es el campo magnético, permaneciendo fija la bobina.
Fig. 27.- Dinamo de bicicleta
Actividad 8
Razonar la diferencia entre los tipos de centrales eléctricas (térmicas,
nucleares, hidráulicas, eólicas, fotovoltaicas) desde el punto de vista de la “Ley
de inducción electromagnética”.
El transformador
Es un dispositivo electromagnético que solamente funciona en corriente
alterna (AC) y que es capaz de conseguir cambiar la tensión de una instalación
eléctrica.
En la fig. 28 podemos ver un transformador elemental formado por dos bobinas
y un núcleo ferromagnético. El flujo será alterno e igual para ambas bobinas,
por tanto la Fem inducida en ellas dependerá solamente de su número de
espiras (siempre tendrá más Fem la bobina de mayor número de espiras).
Resulta entonces:
Fem(bobina 1º ) 1
=
(8)
Fem(bobina 2º ) 2
Fig. 28.- Transformador
Ejemplo:
Conectamos la bobina 1 de 100 espiras de un transformador, a una toma de
tensión doméstica (230 V). ¿Qué tensión se induce en la bobina 2 de 25
espiras)
Sol:
1 100
=
= 4 ; puesto que la bobina 2º tiene la cuarta parte de espiras, tendrá
2
25
230(V)
la cuarta parte de Fem inducida → Fem(bobina 2º ) =
= 57,5(V )
4
En fig. 29 podemos ver algunos ejemplos de transformadores en ámbito
doméstico.
Fig. 29.- Pequeños transformadores
Actividad 9
Razonar por qué un transformador no funciona en circuitos de corriente
continua (CC), apoyándose en la “Ley de inducción electromagnética”.