Induccion Electromagnetica

Índice.

5 inducción electromagnética

Introducción

5.1 Deducción experimental de la ley de inducción de Faraday 4

5.2 Auto inductancia 6

5.3 Inductancia mutua 10

5.4 Inductores en serie y paralelo 13

5.5 Circuito R-L 14

5.6 Energía magnética 16

5.7 Ley de Faraday 18

Conclucion. 20

Introducción

La inducción electromagnética es el fenómeno que origina la producción de una fuerza electromotriz (f.e.m. o voltaje) en un medio o cuerpo expuesto a un campo magnético variable, o bien en un medio móvil respecto a un campo magnético estático. Es así que, cuando dicho cuerpo es un conductor, se produce una corriente inducida. Este fenómeno fue descubierto por Michael Faraday quién lo expresó indicando que la magnitud del voltaje inducido es proporcional a la variación del flujo magnético.

El descubrimiento de Oersted según el cual las cargas eléctricas en movimiento interaccionan con los imanes y el descubrimiento posterior de que los campos magnéticos ejercen fuerzas sobre corrientes eléctricas, no solo mostraba la reacción entre dos fenómenos físicos hasta entonces independientes, sino también porque podría ser un camino para producir corrientes eléctricas de un modo mas barato que con la pila de voltaje .Faraday fue el que obtuvo primeros resultados positivos en la producción de corrientes eléctricas mediante campos magnéticos. Leyes de Faraday y de Lenz: Faraday descubrió que cuando un conductor es atravesado por un flujo magnético variable, se genera en el una fuerza electromotriz inducida que da lugar a una corriente eléctrica.

5.1 Deducción experimental de la ley de inducción de Faraday

Para algunas leyes físicas es difícil encontrar experimentos que conduzcan de una manera directa y convincente a la formulación de la ley. La ley de inducción electromagnética de Faraday, que es una de las ecuaciones fundamentales del electromagnetismo, es diferente en cuanto a que hay un buen número de experimentos sencillos de los cuales puede deducirse directamente.

Fueron llevados a cabo por Michael Faraday en Inglaterra en 1831 y por Joseph Henry en los Estados Unidos aproximadamente en la misma época. Como la corriente eléctrica continua que circula por un alambre produce un campo magnético alrededor del mismo, inicialmente Faraday pensó que un campo estacionario podía producir una corriente.

En este montaje la corriente que pasa por la bobina produce un campo magnético que se concentra en el anillo de hierro, mientas que la bobina de la derecha está conectada a un galvanómetro.

Cuando el campo magnético generado por la bobina izquierda esa estacionario no aparecía corriente inducida en la bobina derecha. Sin embargo aparecía una corriente momentánea en el instante en que se cerraba el interruptor S de la bobina izquierda, cuando se abría de nuevo volvía a observarse una corriente inducida momentáneamente en la bobina derecha y esta tenía sentido contrario a la primera. Por lo tanto únicamente existía corriente inducida cuando el campo magnético producido por la bobina estaba cambiado. 

La figura de la derecha muestra una bobina conectada a un galvanómetro, si introducimos un imán recto en la bobina con su polo norte hacia la bobina ocurre que mientras el imán bobina ahora está en sentido contrario.

Este en movimiento el galvanómetro se desvía, poniendo en manifiesto que esta pasado una corriente por la bobina. Si el imán se mueve alejándose de la bobina el galvanómetro se desvía nuevamente pero en sentido contrario, lo que quiere decir que la corriente en la

Con varios experimentos de este tipo se demuestra que lo que importa es el movimiento relativo del imán y la bobina. La corriente que aparece en este experimento se llama corriente inducida y se dice que es producida por una fuerza electromotriz inducida. Otro experimento de este tipo es el que vemos en la siguiente figura.

Las bobinas se colocan en reposo una con respecto a la otra, cuando se cierra el interruptor S , produciendo una corriente constante en la bobina de la derecha, el galvanómetro se desvía momentáneamente, cuando se abre el interruptor, nuevamente el galvanómetro se desvía. Los experimentos demuestran habrá una fem inducida en la bobina de la izquierda siempre que cambia la corriente de la bobina de la derecha. Lo importante es la rapidez con la cual cambia la corriente y no la magnitud de la misma.

5.2 Auto inductancia

Un circuito en que un cambio de la corriente que circula por el circuito es acompañado por un cambio en el flujo y, por tanto, una fuerza electromotriz inducida en la bobina sí posee un fenómeno llamado inductancia propia. Este CEM es debido a la corriente propia de bobinas. La tasa a la que cambia la corriente está directamente relacionada con la magnitud de la fuerza electromotriz inducida en la bobina. La forma y el número de vueltas afectan grandemente a la inductancia propia de cualquier bobina allí por lo que ser una cantidad puramente geométrica.

El flujo magnético producido por la bobina enlaces la misma bobina y así fem producido. Autoinductancia de una bobina normalmente es un número positivo, a diferencia de la inductancia mutua que puede ser positivo o negativo.

El campo magnético que provoca esta inducción está dada por; B = µo N I / L Donde B es el campo magnético, µo es la permitividad del espacio libre, N es el número de vueltas, I es la corriente que fluye en el circuito y L es la longitud del cable. Es el flujo magnético que se une a una sola vuelta; Φ = A B Φ es el flujo magnético, mientras que A es el área de la sección transversal. El flujo de vinculación N vueltas así está dada por; Φ = N B A = µo N2 A I / L Inductancia está dada por L = Φ / I = µo N2 A / L Debe señalarse que un inductor es sólo un circuito inductivo uno mismo. Para un material ferromagnético, para la misma cantidad de corriente suministrada al núcleo producirá un campo más fuerte como las líneas de fuerza será concentradas y esto implica una gran magnitud de la fuerza electromotriz.

Tanto como la inducción realiza, llega a un punto cuando el núcleo se satura a la existencia de inductancia no lineal que se producen. Un inductor se dice que ser saturado cuando ya no puede almacenar más energía magnética. La energía almacenada es dada por la fórmula; Energía = L I2/2 El emf inducido a veces puede llegar a ser muy grande en una medida que ioniza la apertura en el interruptor si el interruptor se abre. Esto puede resultar en un arco de corriente se observa.

El resultado al envejecimiento como la energía almacenada en el campo magnético está presente. El calor producido por estos arcos puede derretir el interruptor y esto es desventajoso para circuitos de conmutación corriente alta de alto voltaje. Durante este proceso de inducción de uno mismo, interferencias magnéticas también pueden ocurrir que algunos campos magnéticos se ser irradiadas lejos que afectan a los dispositivos magnéticamente sensibles y así en el diseño de estos circuitos debe tener más precaución para asegurar que se ha causado ningún daño.

De acuerdo con la Ley de Ampere, la corriente de un circuito forma un campo magnético alrededor del mismo. Adicionalmente, si la corriente cambia en el tiempo, de acuerdo con la Ley de Faraday, se crea un campo eléctrico inducido en todo el espacio, el cual genera a todo lo largo del mismo circuito, una fuerza electromotriz inducida (autoinducción). Una de las principales aplicaciones es el transformador que se presenta de acuerdo a sus características en el número de espiras, material conductor, tipos de transformadores y el núcleo principal por donde circula el flujo magnético que se induce en el circuito primario. Esto a su vez puede esquematizarse por un aumento o una disminución del potencial de salida. Es decir de acuerdo a las necesidades de aplicación en la industria.

Se verá más adelante, que si en la vecindad no existen materiales magnéticos como el hierro o materiales similares, L depende sólo de la geometría del aparato.

La dirección de la fem inducida puede obtenerse de la ley de Lenz. Supóngase que por la bobina (inductor) circula una corriente estacionaria i producida por una batería. Ahora, si rpentinamente se reduce la fem (de la batería) aplicada al circuito, la corriente i empezará a “disminuir de inmediato”.

Se observa que el número de encadenamiento de flujo NφB es la cantidad característica importante para la inducción.

Luego se cumple que:

NφB = LiA la constante de proporcionalidad L se le denomina inductancia del aparato

Luego:

En el lenguaje de la ley de Lenz, esta disminución en la corriente, es un “cambio” al que debe oponerse la inductancia. Para oponerse a la corriente que disminuye, la fem inducida debe tener el mismo sentido que el de la corriente, tal como se indica en la figura (a).

Sin embargo, si se “aumenta” repentinamente la fem (de la batería), la corriente i empezará a “aumentar” de inmediato. En este caso el aumento es el “cambio” al que se debe oponer la auto inductancia.

Para oponerse al aumento de la corriente, el sentido de la fem inducida debe

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