Principio de un motor eléctrico

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Principio de un motor eléctrico

  1. 1. Bobina de Faraday Ing. Roberto Carlos Campos Mito Introducción a la Física (Grupo 01) Integrantes Flores Corpeño, Amílcar Ernesto FC101413 Navarro Campos, Miguel Antonio NC100111 Navarro Campos, Gabriela Carolina NC100113 Salazar Guerrero, Enrique Alexander SG100313 30-10-2013
  2. 2. BOBINA DE FARADAY 1 Contenido Resumen.....................................................................................................................2 Marco Teórico ...........................................................................................................3 Objetivos ....................................................................................................................4 Fundamento Teorico................................................................................................5 Alcances y Limitaciones ..........................................................................................9 Aplicaciones............................................................................................................10 Procedimientos .......................................................................................................12 Conclusiones ...........................................................................................................13 Bibliografía ...............................................................................................................14
  3. 3. BOBINA DE FARADAY 2 Resumen La ley de Faraday nos dice que la magnitud de la fem inducida en un circuito es igual a la razón de cambio del flujo magnético a través del circuito. Con todos los experimentos se llegó a la conclusión que la fem se puede inducir, al igual que la corriente, mediante una simple bobina o un simple alambre dentro de un campo magnético.
  4. 4. BOBINA DE FARADAY 3 Marco Teórico Cualquier cambio del entorno magnético en que se encuentra una bobina de cable, originará un "voltaje" (una fem inducida en la bobina). No importa cómo se produzca el cambio, el voltaje será generado en la bobina. El cambio se puede producir por un cambio en la intensidad del campo magnético, el movimiento de un imán entrando y saliendo del interior de la bobina, moviendo la bobina hacia dentro o hacia fuera de un campo magnético, girando la bobina dentro de un campo magnético, etc. La ley de Faraday es una relación fundamental basada en las ecuaciones de Maxwell. Sirve como un sumario abreviado de las formas en que se puede generar un voltaje (o fem), por medio del cambio del entorno magnético. La fem inducida en una bobina es igual al negativo de la tasa de cambio del flujo magnético multiplicado por el número de vueltas (espiras) de la bobina. Implica la interacción de la carga con el campo magnético.
  5. 5. BOBINA DE FARADAY 4 Objetivos Objetivo General Conocer y demostrar el concepto de la ley de Faradayasí como también su funcionalidad. Objetivos Específicos Realizar experimentalmente la validez de la ley de Faraday. Indicar cuáles son sus aplicaciones en la vida cotidiana.
  6. 6. BOBINA DE FARADAY 5 Fundamento Teorico Los experimentos de Ørsted en 1820 pusieron de manifiesto que una corriente eléctrica produce un campo magnético, del mismo tipo que el causado por los imanes. El principio de reciprocidad, común a muchas áreas de la física, sugería que un campo magnético causa una corriente eléctrica. Sin embargo, durante 12 años los experimentos dieron resultados negativos. La simple presencia de un campo magnético no produce corriente alguna. En 1831 Michael Faraday realizó importantes descubrimientos que probaban que efectivamente un campo magnético puede producir una corriente eléctrica, pero siempre que algo estuviera variando en el tiempo. Así descubrió: Si se mueve un imán en las proximidades de una espira, aparece una corriente en ésta, circulando la corriente en un sentido cuando el imán se acerca y en el opuesto cuando se aleja. El mismo resultado se obtiene si se deja el imán quieto y lo que se mueve es la espira. En lugar de un imán pueden usarse dos bobinas y se obtiene el mismo resultado. De nuevo, es indiferente cuál de las dos se mueva con tal de que haya un movimiento relativo. BREVE EXPLICACIÓN DE LA LEY DE FARADAY Y DE LA LEY DE LENZ La Ley de Faraday está basada en los experimentos que hizo Michael Faraday y establece que el voltaje (FEM, Fuerza Electromotriz Inducida) inducido en una bobina es directamente proporcional a la rapidez de cambio del flujo magnético por unidad de tiempo en una superficie cualquiera con el circuito como borde: Donde å es la FEM inducida, y Ôm es la variación delflujo magnético en un tiempo t. Cuando el flujo magnético se da en webers y el tiempo en segundos, la fuerza electromotriz inducida resulta en volts. Un volt es igual a un weber-vuelta por segundo. El signo negativo se debe a que el voltaje
  7. 7. BOBINA DE FARADAY 6 inducido tiene un sentido tal que establece una corriente que se opone al cambio de flujo magnético. El cambio del número de líneas magnéticas que pasan por un circuito induce una corriente en él, si el circuito está cerrado, pero el cambio siempre induce una fuerza electromotriz, esté o no el circuito cerrado. El flujo magnético se define como el producto entre el campo magnético y el área que éste encierra. Razonando estas expresiones, es fácil darse cuenta de que si se produce un cambio tanto en el campo magnético como en el área que atraviesa, se inducirá una fuerza electromotriz. En esta experiencia lo que se variará será el campo magnético. Ley de Lenz Cuando se genera una fem por cambio en el flujo magnético, de acuerdo con la ley de Faraday, la polaridad de la fem inducida es tal que produce una corriente cuyo campo magnético, se opone al cambio que lo produjo. El campo magnético inducido en el interior de cualquier bucle de cable, siempre actúa para mantener constante el flujo magnético del bucle. En el ejemplo de abajo, si el campo B aumenta, el campo inducido actúa en oposición. Si está disminuyendo, el campo magnético actúa en la dirección del campo aplicado, para tratar de mantenerlo constante.
  8. 8. BOBINA DE FARADAY 7 Esta ley podría haberse predicho a partir de principio de la conservación de la energía. Cuando se mueve un imán hacia una bobina, induciéndose así una corriente en el enrollamiento, la corriente inducida calienta el alambre. Para proporcionar la energía necesaria para ello, se tiene que hacer trabajo venciendo una fuerza que se opone. Si la fuerza no se opusiera al movimiento, se estaría creando energía; por lo tanto, el campo magnético de la corriente inducida tiene que oponerse al cambio. Principio de un motor El principio de funcionamiento del motor se basa en la ley de Faraday. Si en lugar de un conductor rectilíneo con terminales en circuito abierto se introduce un anillo conductor con los extremos conectados a una determinada resistencia y se hace girar en el interior del campo, de forma que varíe el flujo magnético abrazado por la misma se detectará la aparición de una corriente eléctrica que circula por la resistencia y que cesara en el momento en que se detenga el movimiento. Normalmente en un motor se emplea un cierto número de espiras devanadas sobre un núcleo magnético de forma apropiada y también en algunas ocasiones se sustituye el imán permanente creador del campo por un electroimán, el cual produce el mismo efecto cuando se le aplica la corriente excitadora. A este último elemento (Imán o electroimán) se le denomina inductor, el conjunto espiras y núcleo móviles constituyen el inducido. El sentido de la corriente eléctrica que circula por el inducido está definido mediante la Ley de Lenz si esta ley se aplica a nuestro caso nos indicará que la corriente inducida creará un campo magnético para que se oponga al movimiento de la misma lo que obligará a aplicar un determinada energía para mantener el movimiento la cual dependerá lógicamente de la intensidad de la corriente generada y del valor de la resistencia de carga , pudiendo calcularse como el producto de la energía consumida en la carga por un número que expresará el rendimiento de la conversión.
  9. 9. BOBINA DE FARADAY 8 Ahora bien, todos los fenómenos expresados corresponden al efecto opuesto al de un motor, es decir, que mediante el sistema descrito se genera un corriente eléctrica a partir de un movimiento mecánico, lo que corresponde al principio de funcionamiento de un dinamo, sin embargo, al ser dicho efecto reversible, bastará con invertir los papeles y si en lugar de extraer corriente del inducido se le aplica un determinada tensión exterior, se producirá la circulación de una cierta intensidad de corriente por las espiras y éstas comenzarán a girar, completándose así el motor.Es importante considerar que teniendo en cuenta la ley de Lenz mencionada anteriormente, al girar se creará en el mismo una determinada tensión eléctrica, de sentido contrario al exterior que tenderá a oponerse al paso de la corriente para compensar así las variaciones de flujo magnético producidas.
  10. 10. BOBINA DE FARADAY 9 Alcances y Limitaciones Alcances Desarrollo de modelos más potentes para la industria. Al desarrollarse este principio se pueden llegar a crear modelos para diversas actividades cotidianas. Limitaciones Encontrar una fuente adecuada para probar nuestra bobina. Hacer un diseño fiable de nuestra bobina. Encontrar los materiales adecuados para la fabricación.
  11. 11. BOBINA DE FARADAY 10 Aplicaciones El número de aplicaciones de la ley de Faraday es infinito. Prácticamente toda la tecnología eléctrica se basa en ella,así que se pueden ver prácticamente en todas las áreas de la sociedad ya que generadores, transformadores y motores eléctricos se basan en ella. Aquí indicamos algunas de las aplicaciones más directas. Generador Al principio de este artículo se describe un generador de corriente continua elemental, consistente en una espira que penentra en un campo magnético. Este generador carece de utilidad práctica. Mucho más importante es el alternador presente en la mayoría de las centrales eléctricas. En un alternador una turbina (movida por agua o vapor, por ejemplo) hace girar un imán (el rotor) estando rodeado por una serie de bobinas (el estator) en las que se induce una corriente eléctrica. Como el campo magnético se encuentra en rotación con velocidad angular ω el resultado es una corriente alterna de frecuencia angular ω. Cuando se usan 3 o 6 bobinas el resultado son tres corrientes alternas desfasadas un tercio de periodo, que es lo que se conoce como corriente alterna trifásica. Motor eléctrico Relacionado con el generador está el motor eléctrico, en el cual lo que se hace es girar un electroimán (el rotor) en el interior del campo magnético creado por otros electroimanes (el estator) haciendo que por el rotor circule una corriente alterna se puede conseguir una rotación continuada. Al estudiar los efectos de inducción de una bobina (primario) sobre otra (secundario) se obtiene que en el caso ideal, el voltaje que resulta en el secundario es proporcional al voltaje del primario. De esta manera se puede elevar o reducir el voltaje a voluntad. El dispositivo formado por estas dos bobinas alrededor de un núcleo es un transformador
  12. 12. BOBINA DE FARADAY 11 Freno magnético Otra aplicación directa de la ley de Faraday es su uso en frenos magnéticos. Estos no se basan, como podría pensarse, en la atracción magnética sobre una pieza de hierro o acero. Cocinas de inducción El mismo principio de los frenos magnéticos se plica si lo que queremos es producir calor. Una cocina de inducción consiste en un imán en espiral situado debajo de la placa vitrocerámica, que produce un campo magnético alterno (que varía como el coseno de ωt). Al colocar sobre la cocina un recipiente metálico se inducen corrientes de Foucault en el propio recipiente y en el agua y alimentos que contiene. El calor liberado por estas corrientes es el que se emplea para cocinar los alimentos.
  13. 13. BOBINA DE FARADAY 12 Procedimientos Materiales Alambre de cobre Fuente de alimentación Pinzas de caimán Soporte para la bobina Base para los soportes de bobina Procedimiento Elaborar los soportes en los cuales se montara el eje de la bobina. Utilizar 15cm de alambre de cobre para hacer la bobina. Montar la bobina sobre los soportes. Electrizar los soportes con la fuente o batería dependiendo del tamaño de la bobina. Se coloca un imán en la parte de debajo de la bobina a modo que el campo magnético de este afecte a la bobina.
  14. 14. BOBINA DE FARADAY 13 Conclusiones Gracias a los descubrimientos de Faraday y Lenz estos procedimientos no solo se pueden demostrar en teoría sino también en práctica con infinidad de experimentos, sin este principio no se conocerían los modelos actuales de motores DC, algo muy importante de mencionar es que en la industria automotriz se encuentran motores como impulsores de los nuevos automóviles en sustitución de los añejos y obsoletos motores a gasolina generadores de casi el 30% de la polución mundial ayudando a reducir la contaminación ambiental; prácticamente toda la tecnología eléctrica se basa en en este principio y está presente en todos los ámbitos de la vida cotidiana.
  15. 15. BOBINA DE FARADAY 14 Bibliografía http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Faraday http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/electric/farlaw.html Paul G. Hewitt. Física Conceptual. Editorial Pearson Addison Wesley. Novena edición. 2004, México. Blackwood, Kerry, Bell. Física general, Nueva Edición. Editorial C.E.C.S.A. 1980. México.

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