INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

1. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA La experiencia de Oersted mostraba que una corriente eléctrica generaba un campo magnético… Hacia 1830 M. Faraday y J. Henry estaban convencidos, cada uno por su lado, de que un campo magnético era capaz de producir una corriente eléctrica, de mover cargas.

2. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Al acercar un imán a una espira Al alejar un imán de una espira o Se genera en la espira una corriente eléctrica

3. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA En lugar de una espira podemos usar un solenoide Al acercarle o alejarle un imán aparece una corriente eléctrica en la espira Podemos cambiar el imán por un solenoide o bobina recorrida por una corriente variable También se genera una corriente eléctrica en la espira secundaria

4. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Y si mantenemos el campo magnético constante y movemos la espira En un rectángulo formado por hilos conductores, situado en el seno de un campo magnético perpendicular, al desplazar uno de los lados se genera una corriente eléctrica También aparece una corriente eléctrica en la espira ¿Podrías explicar este comportamiento?

5. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Recuerda que en un material conductor existen cargas eléctricas libres: los electrones, responsables precisamente de esa conductividad Al mover un hilo conductor perpendicularmente a un campo magnético aparece sobre ellos una fuerza magnética (fuerza de Lorentz) Esta fuerza provoca que los electrones se muevan: ya tenemos una corriente eléctrica

6. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA CONCLUSIÓN Si tenemos un conductor cerrado en presencia de un campo magnético variable se genera una corriente eléctrica: corriente inducida Si tenemos un conductor cerrado de superficie variable en presencia de un campo magnético fijo se genera una corriente eléctrica: corriente inducida Es decir la corriente inducida aparece cuando hay cambios relativos al campo magnético y a la superficie de la espira…. ¿Qué magnitud conoces que incluya intensidad de campo y superficie? Pues si: el flujo

7. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Recordando el flujo de un vector a través de una superficie no era más que el producto escalar del vector campo por la superficie Se mide en weber (Wb) En todas las experiencias vistas lo que ocurre es que el flujo del campo a través de la superficie encerrada por la espira no es constante. Si el campo se aleja de la espira el flujo disminuye, si se acerca aumenta. Si la superficie de la espira cambia (de tamaño o de orientación) el flujo cambia.

8. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Veamos que ocurre al mover un hilo conductor en el seno de un campo magnético Al mover el hilo en el seno de un campo magnético se genera una fuerza magnética que desplaza a los electrones Movemos el hilo perpendicularmente al campo magnético. El módulo de la fuerza magnética En el hilo se produce una separación de cargas, o dicho de otra forma se genera un campo eléctrico y sobre los electrones aparece una fuerza eléctrica opuesta a la magnética. Llega un momento de equilibrio en que ambas fuerzas se igualan. Si L es la longitud del hilo la diferencia de potencial entre sus extremos será

9. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Vamos a unir los extremos del hilo conductor … Que se mueve con velocidad… Es decir que el movimiento del conductor genera una diferencia de potencial capaz de mantener una corriente en el circuito, esta diferencia de potencial es un Fuerza Electromotriz Inducida Ley de Faraday-Lenz

10. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Ley de Faraday-Lenz El signo de esta expresión no nos dice mucho sobre la corriente en la espira. Para interpretarlo correctamente echamos mano de la Ley de Lenz El sentido de la corriente inducida es tal que se opone a la variación del flujo magnético, es decir, se opone a la causa que la produce Sentido de la corriente contra-horario, el campo generado por esta corriente es perpendicular al plano de la espira y hacia fuera (B’)

11. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Ley de Faraday-Lenz Hemos deducido la ley de Faraday a partir de una situación en la que cambia la superficie, pero es generalizable a cualquier causa del cambio del flujo, es decir si el campo magnético es variable, el flujo magnético es variable y por tanto se produce una fuerza electromotriz inducida (femi) Caso interesante: espira rígida girando con velocidad angular ω en un campo magnético uniforme B y S constantes

12. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Aplicaciones: alternador Al girar la espira el flujo disminuye, genera una corriente que según la ley de Lorentz irá en el sentido de las agujas del reloj Ahora el flujo pasa por cero y comienza a aumentar en valor absoluto, sigue existiendo una corriente inducida Esta corriente inducida irá contra el aumento del flujo: en sentido contrario a las agujas del reloj El flujo vuelve a pasar por cero y el ciclo se repite hasta la posición inicial

13. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Aplicaciones: alternador El sistema descrito nos da una fuerza electromotriz cuyo valor cambia de positivo a negativo de forma senoidal, qlgo que ya dedujimos anteriormente. Aplicaciones: dinamo Si cuando la femi va a cambiar de signo modificamos el circuito (lo invertimos) tenemos una corriente pulsante o continua variable.

14. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Autoinducción Una bobina está atravesada por su propio campo magnético Si la corriente que la recorre cambia, ese campo cambia …. En la bobina se genera una corriente inducida que se opone a ese cambio del flujo La bobina se autoinduce una fuerza electromotriz: AUTOINDUCCIÓN Depende del medio y de la espira: L L: coeficiente de autoinducción . Se mide en henriosH

15. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Autoinducción Por tanto Si la intensidad de corriente disminuye, se genera una fuerza electromotrizpositiva y si la intensidadaumenta se genera una femnegativa

16. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Si en este circuito la intensidad varía El campo sobre este otro cambia En el segundo se genera una corriente inducida por el cambio producido en el primero

17. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Flujo por la bobina 2 será proporcional a la corriente que circule por la bobina 1 Al revés ocurre exactamente igual Coeficiente de inducción mutua Por tanto la fuerza electromotriz inducida en la espira secundaria es

18. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Aplicaciones: transformador Las variaciones de corriente en un bobinado primario genera una corriente en otro bobinado secundario Los transformadores se construyen de manera que ambos bobinados estén recorridos por el mismo flujo magnético, por eso usan un núcleo ferromagnético Mediante el transformador modificamos el voltaje de una corriente

19. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Maxwell y la primera unificación Analizando las relaciones entre campos eléctricos y magnéticos, Maxwell en 1867 concluyó que ambos campos son realmente un solo fenómeno al que llamó campo electromagnético Las ecuaciones que describen este fenómeno son 1ª Ecuación T. De Gauss: una carga eléctrica en reposos genera un campo conservativo 2ª Ecuación T. De Gauss para el campo magnético: los campos magnéticos no son coservativos y no existen monopolos magnéticos 3ª Ecuación Ley de Ampere ampliada: un campo magnético se genera tanto por cargas en movimiento como por campos eléctricos variables. 4ª Ecuación Ley de Faraday: muestra la relación entre campo eléctrico y magnético

20. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Maxwell y la primera unificación Maxwell mostró que la oscilación de una carga eléctrica implica una perturbación que se propaga en forma de una onda electromagnética cuya velocidad (en el vacío) viene dada por Valor similar al de la velocidad de la luz, por lo que propuso la idea de que la luz era una onda electromagnética