GENERADOR ELECTRICO

Objetivos

• Conocer de que se trata la ley de Faraday y que es lo que postula.

• Entender que es la Inducción electromagnética y que aplicaciones importantes tiene.

• Comprender que es un Generador Eléctrico y cuál es su funcionamiento.

Introducción

La Ley de Faraday establece que la corriente inducida en un circuito es directamente proporcional a la rapidez con que cambia el flujo 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.

Supongamos que se coloca un conductor eléctrico en forma de circuito en una región en la que hay un campo magnético. Si el flujo F a través del circuito varía con el tiempo, se puede observar una corriente en el circuito (mientras el flujo está variando). Midiendo la fem inducida se encuentra que depende de la rapidez de variación del flujo del campo magnético con el tiempo.

Gracias al trabajo de Michael Faraday se desarrollaron la mayor parte de las máquinas, hasta algo tan cotidiano como una vitrocerámica de inducción. La variabilidad del campo magnético está dado por la derivada (si el campo es constante, la derivada es cero y no se provoca fuerza electromotriz alguna).

Otra aplicación importante es la creación de motores eléctricos, que transforman la energía eléctrica en mecánica, diferenciándose así de los motores químicos, que transforman el poder calorífico del combustible en energía mecánica. Además, los motores eléctricos tienen mayor rendimiento.

En este trabajo se realizará la construcción de un generador eléctrico con ayuda de algunos materiales que se pueden obtener fácilmente y un motor eléctrico. Con esto podremos demostrar la ley de faraday y la inducción electromagnética que ésta postula.

Marco Teórico

¿De qué se trata la ley de Faraday?

Una vez demostrado que una corriente eléctrica crea un campo magnético, el físico inglés Michael Faraday 1831 logró demostrar también el hecho inverso: un campo magnético crea una corriente eléctrica. La explicación teórica fue:

•Es necesario un campo magnético variable (imán, bobina o cable en movimiento) para crear una corriente eléctrica en el cable o en la bobina.

•Esta corriente se conoce como corriente inducida, y el fenómeno como inducción electromagnética. La corriente eléctrica inducida existe mientras dure la variación del campo magnético.

•La intensidad de la corriente eléctrica es tanto mayor cuanto más intenso sea el campo magnético y cuanto más rápido se muevan el imán y la bobina.

La Ley de inducción electromagnética de Faraday (o simplemente Ley de Faraday) se basa en los experimentos que Michael Faraday realizó en 1831 y establece 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 como borde:1

donde es el campo eléctrico, es el elemento infinitesimal del contorno C, es la densidad de campo magnético y S es una superficie arbitraria, cuyo borde es C. Las direcciones del contorno C y de están dadas por la regla de la mano derecha.

La permutación de la integral de superficie y la derivada temporal se puede hacer siempre y cuando la superficie de integración no cambie con el tiempo.

Por medio del teorema de Stokes puede obtenerse una forma diferencial de esta ley:

Ésta es una de las ecuaciones de Maxwell, las cuales conforman las ecuaciones fundamentales del electromagnetismo. La ley de Faraday, junto con las otras leyes del electromagnetismo, fue incorporada en las ecuaciones de Maxwell, unificando así al electromagnetismo.

En el caso de un inductor con N vueltas de alambre, la fórmula anterior se transforma en:

Vε

donde Vε 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 ley de Lenz.

¿Qué es la Inducción Electromagnética?

Cuando movemos un imán permanente por el interior de las espiras de una bobina solenoide (A), formada por espiras de alambre de cobre, se genera de inmediato una fuerza electromotriz (FEM), es decir, aparece una corriente eléctrica fluyendo por las espiras de la bobina, producida por la “inducción magnética” del imán en movimiento.

Si al circuito de esa bobina (A) le conectamos una segunda bobina (B) a modo de carga eléctrica, la corriente al circular por esta otra bobina crea a su alrededor un “campo electromagnético”, capaz de inducir, a su vez, corriente eléctrica en una tercera bobina.

Por ejemplo, si colocamos una tercera bobina solenoide (C) junto a la bobina (B), sin que exista entre ambas ningún tipo de conexión ni física, ni eléctrica y conectemos al circuito de esta última un galvanómetro (G), observaremos que cuando movemos el imán por el interior de (A), la aguja del galvanómetro se moverá indicando que por las espiras de (C), fluye corriente eléctrica provocada, en este caso, por la “inducción electromagnética” que produce la bobina (B). Es decir, que el “campo magnético” del imán en movimiento produce “inducción magnética” en el enrollado de la bobina (B), mientras que el “campo electromagnético” que crea la corriente eléctrica que fluye por el enrollado de esa segunda bobina produce “inducción electromagnética” en una tercera bobina que se coloque a su lado.

¿Qué es un Generador Eléctrico?

Una de las aplicaciones más importantes de la corriente inducida es el generador electromagnético.

Los generadores eléctricos, como la pila y la dinamo, crean y mantienen una corriente eléctrica, pero el inconveniente que tienen es la escasa fuerza electromotriz que desarrollan. En cambio, los generadores electromagnéticos producen una gran fuerza electromotriz.

Un generador electromagnético consiste en una armadura metálica en la que hay gran cantidad de solenoides. En el interior de esta armadura se coloca un imán muy potente, que se hace girar a mucha velocidad. Debido al movimiento del imán, en los solenoides se produce una corriente eléctrica inducida que se puede transmitir a cualquier hilo conductor externo.

Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos, llamados polos, terminales o bornes. Los generadores eléctricos son máquinas destinadas a transformar 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 mecánicamente se produce un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generará una fuerza electromotriz (F.E.M.). Están basados en la ley de Faraday.

Generador eléctrico de una fase que genera una corriente eléctrica alterna (cambia periódicamente de sentido), haciendo girar un imán permanente cerca de una bobina.

Un generador es una máquina eléctrica que realiza el proceso inverso que un motor eléctrico, el cual transforma la energía eléctrica en energía mecánica. 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.

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.

Materiales

• Nylamid

• Cables (eléctricos)

• Apagador eléctrico

• motor eléctrico

• 3 focos led

• 2 capacitores

• 3 resistencias

• Cautín y soldadura

• Placa perforada

• Base de metal

• Bote plástico

• Ventilador eléctrico

• Conectores

Desarrollo

Construcción de la base

1.- Con el nylamid se hace la base para montar nuestro motor eléctrico (generador eléctrico), de manera que el ventilador quede de frente con para generar un flujo de aíre que será dirigido hacia el ventilador del motor para generar la corriente eléctrica.

Instalación de los led en el circuito eléctrico

5.- Los led se colocan en paralelo (soldándolos) con las resistencias en paralelo en una placa perforada los capacitores serie que servirán como acumuladores

El modelo quedará parecido al que se muestra a continuación:

Resultados

Una vez revisado la teoría básica del proyecto y la manera en la que este opera, se analizarán los resultados obtenidos.

Esto se hace con la finalidad de revisar algunos aspectos técnicos del proyecto realizado. Ya que lo importante no es sólo ver como el sistema si funciona, si no que se debe de revisar cómo funciona, en este caso con cuanto funciona, cuanto produce, cuanto necesita, etc.

Se revisa que voltaje da el para hacer las operaciones para saber la resistencia y las resistencias lo cual para saber el voltaje se checa con un voltímetro para saber su capacidad de producción de voltaje.

Conclusiones

Con este proyecto pudimos aplicar la ley de Faraday y observar de qué se trata con un modelo físico que nos ayudo a comprender la inducción electromagnética y como es qué funciona, que se necesita y con qué materiales se construye, además obtuvimos resultados satisfactorios y los 3 led prendieron muy bien teniendo como un voltaje total 3.7 V y una corriente de 0.20 mA, los demás cálculos se especifican en la sección de Resultados.

Referencias

• http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_induc_elecmagnetica/ke_induc_elecmagnetica_1.htm

• http://espaciociencia.com/ley-de-faraday-induccion-electromagnetica/

• http://www.mitecnologico.com/Main/LeyDeFaraday

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