INDUCCIÓN ELECTROMAGNETICA

INTEGRANTES:
Moises Martin Aguilar Novelo
Miguel Canche Canul
Yenny Góngora Mendez
Axel Hernández Maradiaga
Juan Angel Noh


INTRODUCCION AL TEMA:


Es fácil hacer girar la armadura de mi generador cuando la lampara esta apagada y no existe corriente alguna en el circuito abierto. Pero cuando la lampara esta encendida y se induce corriente en el circuito cerrado, es más difícil hacer girar la armadura. Esto está de acuerdo no sólo con la conservación de la energía, sino también con las leyes de inducción electromagnética. Debe hacerse trabajo para mover un alambre que conduce corriente en un campo magnético; aun cuando la corriente sea inducida por ese mismo campo magnético. Así, cuanto más corriente induzca este generador, más "repulsión electromagnética" encontraré y más difícil será para mí hacer girar su armadura.  

¿Qué te parece?

¿Qué es la inducción electromagnética?

La inducción electromagnética es la producción de corrientes eléctricas por campos magnéticos variables con el tiempo.

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.

Ley de la inducción electromagnética o ley de Faraday

Ley de Faraday

“La fuerza electromotriz  inducida en un circuito formado por un conductor o una bobina es directamente proporcional al número de líneas de fuerza magnéticas cortadas en un segundo, es decir, la fuerza electromotriz  inducida en un circuito es directamente proporcional a la rapidez con que cambia el flujo magnético que la envuelve”.

Ley de Lenz

El físico ruso Heinrich Lenz, comprobó que la corriente debido a la fuerza electromotriz inducida, se opone al cambio de flujo magnético, de forma tal que la corriente tiende a mantener el flujo. Esto es válido, tanto para el caso en que la intensidad del flujo varíe, o que el cuerpo conductor se mueva respecto de él. 

                          

Lo anterior, le permitió expresar la ley de Lenz, que establece: 

“La corriente eléctrica inducida en la bobina es tal que el campo magnético producido por ella, se opone al campo magnético del imán que la genera”.

CAMPOS MAGNÉTICOS Y ELECTROMAGNETISMO

Campo magnético en un conductor recto

Para comprender de una manera más fácil el campo magnético en una bobina o solenoide, es importante estudiar el campo magnético que genera una corriente eléctrica en un conductor recto.

Cuando se esparcen limaduras de hierro sobre el papel y se atraviesa un conductor recto por el que se hace pasar corriente eléctrica, se observa como las limaduras se alinean alrededor de conductor, tomando la forma de círculos concéntricos. Ampere ideo una regla para determinar la dirección del campo que rodea un conductor recto denominada regla de pulgar de la mano derecha.

La intensidad del flujo magnético B, generada por una corriente a través de un conductor, puede calcularse con la siguiente expresión:

B= µI

           2πr

Donde:

B= intensidad del flujo magnético en teslas.

µ= Permeabilidad del medio que rodea al conductor de Tm/A.

I= Intensidad de la corriente que circula por el conductor de amperes.

R=Distancia perpendicular entre el conductor y un punto determinado en metros.

Campo Magnético producido por una espira

Una espira es un hilo conductor en forma de línea cerrada, pudiendo ser circular, rectangular, cuadrada, etc. y es una de las vueltas de una bobina. 

Si por la espira hacemos circular una corriente eléctrica, el campo magnético creado se hace más intenso en el interior de ella.

Formula:     B=µI/2r

Donde:

B= intensidad de campo magnético en Teslas (T).

µ= permeabilidad del medio que rodea el conductor en Tm/A

I = intensidad de la corriente que circula por el conductor en amperes (A).

r= radio de la espira en metros (m).

Ejercicios:

1. Un profesor le pide a un alumno que calcule la intensidad del campo magnético en el centro de una espira de radio igual a 5 cm cuando circula por ella una corriente de 4 A. ¿Cuál es la intensidad de campo magnético en teslas?

I= 4 A

r= 5 cm = 0.05 m

B=?

µ_o= 4π x 10^-7 Tm/A

Sustitución y resultado

B= (4π x 10^-7 Tm/A) (4 A) / 2(0.05 m)

B= 5.026 x 10^-5 T

2. Calcula la intensidad del campo magnético de una espira de radio 7 cm al circular por ella una corriente de 3 A.

Datos

I= 3 A

r= 7 cm = 0.07 m

B=?

µ_o= 4π x 10^-7 Tm/A
Sustitución y resultado

B= (4π x 10^-7 Tm/A)(3 A) / 2(0.07 m)

B= 2.692 x 10^-5 T

Campo magnético producido por un solenoide

Existe un conductor de numerosas aplicaciones, denominado solenoide. Se define como una bobina de forma cilíndrica que cuenta con un hilo de material conductor enrollado sobre sí, a fin de que, con el paso de la corriente eléctrica, se genere un intenso campo electrónico. Cuando este campo magnético aparece, comienza a operar como un imán; el campo magnético es comparable al de un imán recto.

Si las espiras están muy cercanas un  solenoide  las líneas de campo entran por un extremo, polo sur, y salen por el otro, polo norte. Si la longitud del solenoide es mucho mayor que su radio, las líneas que salen del extremo norte se extienden en una región amplia antes de regresar al polo sur; por esta razón, en el exterior del solenoide se presenta un campo magnético débil. Sin embargo, en el interior de éste, el campo magnético es mucho más intenso y constante en todos los puntos.

La intensidad del campo magnético en un solenoide se calcula mediante:

B= µNI/L

Donde:

B= intensidad del campo magnético en teslas (T)

µ= permeabilidad del medio que rodea al conductor en Tm/A

I= intensidad de la corriente que circula por el conductor en ampere (A)

N= número de vueltas

L= longitud de solenoide en metros (m)

El solenoide fue creado por André-Marie Ampere en 1822

Un solenoide es cualquier dispositivo físico capaz de crear una zona de campo magnético uniforme. Un ejemplo teórico es el de una bobina de hilo conductor aislado y enrollado helicoidalmente, de longitud infinita. En ese caso ideal el campo magnético sería uniforme en su interior y, como consecuencia, fuera sería nulo.

ATRACCIÓN SOBRE LOS CUERPOS

La fuerza magnética de una partícula se determina por medio de la siguiente ecuación, siempre que se considere que es perpendicular al campo magnético:

F = qvB

Donde:

F = Fuerza magnética (N)

q = Carga de la partícula (C)

v = Velocidad de la partícula (m/s)

B = Campo magnético (T)

F = qvBsenq

Donde:

F = Fuerza magnética (N)

q = Carga de la partícula (C)

v = Velocidad de la partícula (m/s)

B = Campo magnético (T)

q = Ángulo de estudio

Ejemplo:

Para conocer la fuerza magnética de un electrón que viaja a una velocidad de 4.2x10⁹ m/s y cuyo campo magnético es de 2mT.

F = qvB

F = (-1.6x10^-19C) (4. 2x10⁹ m/s) (2x10^-3T)

F = -1.34x10^-12N

La permeabilidad magnética es la propiedad de los materiales con la que permiten el paso las líneas de fuerza magnética mejor que en el vacío.  

CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES POR SU PERMEABILIDAD MAGNÉTICA

A CONTINUACION UN EXPERIMENTO SOBRE LO ANTES VISTO:

ELECTROMAGNETISMO

Electromagnetismo.

 Es la parte de la física que estudia la relación entre los fenómenos eléctricos y los fenómenos magnéticos. Es una teoría de campos, porque sus explicaciones y predicciones se basan en magnitudes físicas vectoriales dependientes de la posición en el espacio y del tiempo. El electromagnetismo es una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo y es la responsable de la interacción entre partículas con carga eléctrica. Este se divide en dos tipos de interacción: la electrostática, que actúa sobre cuerpos cargados en reposo, y la magnética, que actúa solamente sobre cargas en movimiento. Estas fuerzas actúan sobre todas las partículas cargadas eléctricamente, son de naturaleza atractiva o repulsiva y su radio de interacción es infinito. Por ejemplo, las fuerzas electromagnéticas te permiten leer tu módulo de aprendizaje, ya que la luz es una de las diversas interacciones electromagnéticas presentes en la naturaleza. La interrupción de estas fuerzas por un instante, ocasionaría de manera inmediata la desaparición de la vida.

El surgimiento del electromagnetismo se debe a las investigaciones realizadas por diferentes hombres de ciencia. A continuación se describen los trabajos que han permitido el extraordinario desarrollo de éste en la actualidad. En el año 1800 Alessandro Volta, inventó la pila eléctrica, a partir de la cual se produjo una corriente continua. Posteriormente en 1820, Hans Christian Oersted, empujó de manera accidental una brújula que se encontraba bajo un alambre conectado a una pila, que conducía una corriente eléctrica continua, la aguja de esta brújula al caer, giró 90° para colocarse perpendicularmente al alambre. Con ello, Oersted, demostró que el alambre, además de conducir electricidad, generaba a su alrededor, una fuerza parecida a la de un imán, es decir, generaba un campo magnético; descubriéndose con ello el electromagnetismo. Michael Faraday en 1831,

 descubrió las corrientes eléctricas inducidas al realizar experimentos con una bobina y un imán.

 Él demostró con su experimento que se podía inducir corriente en la bobina, al acercar o alejar un imán, cuando el polo norte del imán se acerca a la bobina la aguja del galvanómetro se desvía hacia la derecha del lector y cuando se aleja la aguja se mueve hacia la izquierda, lo que indica que la corriente cambia de sentido. De otro modo, la corriente desaparece, si el imán se mantiene en la misma posición, por lo que se llega a la conclusión, de que sólo una variación del flujo del campo magnético con respecto al tiempo genera corriente eléctrica.

EL IMÁN Y SUS PROPIEDADES

Imán

La palabra imán se utiliza para identificar a un mineral en cuya estructura se combina un par de óxidos de hierro que tiene dos polos diferenciados, el polo positivo y el polo negativo (o también conocidos como Norte y Sur) y que posee la particularidad de generar atracción en otros elementos de hierro, acero o, en menor medida, de otras clases de materiales.

CUALES SON LAS PROPIEDADES GENERALES DE LOS IMANES?

1. Entre muchas propiedades de los imanes, se caracteriza principalmente por atraer objetos de hierro y acero.

2. Su atracción es mejor en los extremos, disminuyendo hasta llegar al punto medio del imán en que la atracción es nula.

3. Existen imanes que atraen con más fuerza y a más distancia que otros. Esto depende del poder magnético de cada uno. La amplitud o espacio en que se ejerce esa fuerza se llama campo magnético.

4. La atracción magnética se manifiesta a través del agua, del papel, del vidrio y de otros cuerpos, siempre que no sean de mucho espesor.

5. Un polo “norte” rechaza a otros polos “norte” y atrae a los polos “sur”: Polos de igual nombre se rechazan, polos de diferente nombre se atraen.

6, Los imanes trasmiten sus propiedades al imantar con ellos el hierro y el acero; pero no en iguales condiciones, pues la imantación del acero es permanente y la del hierro es momentánea.

Como es que un imán funciona

Los campos magnéticos son los responsables de la atracción o repulsión entre imanes y se generan por el movimiento de cargas eléctricas, es decir, el movimiento de electrones.

Pero esto no quiere decir que para que exista un campo magnético tenga que circular electricidad por el material, ya que los átomos contienen electrones girando a su alrededor y sobre sí mismos (spin), y la electricidad precisamente es producida por el movimiento de electrones.

Un imán natural está formado por magnetita. La magnetita es un mineral compuesto en su mayor parte por óxido ferroso diférrico. Esta molécula, debido al giro de sus electrones alrededor del átomo y debido al giro de los electrones sobre sí mismos, produce un campo magnético.

Uso del imán de diferentes formas

Traba de puertas

Los imanes son una manera simple y confiable para enganchar las puertas de los refrigeradores y armarios.

Altavoces 

Desde los pequeños auriculares de sistemas PA, cada altavoz tiene un imán en el mismo. Cuanto más fuerte es el imán, mejor será la calidad del sonido.

juguetes y juegos

Muchos juguetes familiares como el juego de dibujo Woolly Willy usan imanes. Algunos de los juguetes de construcción utilizan imanes para sujetar bien las piezas.

Motores

Los motores de corriente continua tienen una serie de imanes permanentes y electroimanes en el interior. Cuando están conectados a una batería, los electroimanes repelen los imanes permanentes y hacen que gire el motor.

Imanes del refrigerador

Los imanes del refrigerador se utilizan para todo, desde notas, bromas y hasta el número de teléfono del pediatra.

Tarjetas de crédito

Las tarjetas de crédito tienen una tira de material magnético en su lado posterior. Los datos de la cuenta se registran en él en un formato especial y legible por la máquina.

Imanes artificiales

Es un cuerpo de material ferromagnético al que se ha comunicado la propiedad del magnetismo, ya sea mediante frotamiento con un imán natural o por la acción de corrientes eléctricas aplicadas en forma conveniente (electroimanación):Los más comunes son piezas de fierro duro o de acero que adquiere su magnetismo mediante algún procedimiento.

Se entiende por imanes artificiales a todos aquellos que se producen por la acción del hombre, como lo son por ejemplo los imanes resultantes de la fricción entre un imán (magnetita) y un trozo de hierro, así como los electro-imanes creados por el ser humano al pasar corriente en una bobina.

Existen dos tipos de imanes artificiales y estos se clasifican en.

Imanes artificiales permanentes; Son las sustancias magnéticas que al frotarlas con la  magnetita, se convierten en imanes, y conservan durante mucho tiempo su propiedad de atracción.

Imanes artificiales temporales; Aquellos que producen un campo magnético sólo cuando circula por ellos una corriente eléctrica. Un ejemplo es el electroimán.Sin embargo los imanes mas usados en la actualidad ses el imán de neodimio (también conocido como imán NdFeB, NIB, o Neo) es el tipo de imán de tierras raras  más extensamente utilizado; se trata de un imán permanente hecho de una aleación de neodimio, hierro y boro

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