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I. U. P. “SANTIAGO MARIÑO”

FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA FISICA II LISANEY CASTELLANO

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FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA La inducción eléctrica fue descubierta en 1831 por el físico inglés Miguel Faraday quien suponía que si una corriente puede producir un campo magnético, debería poder producirse corriente eléctrica mediante un campo magnético. Uno de los aparatos que Faraday usó en sus experimentos es de mucho interés histórico, ya que representa el prototipo de los transformadores de corriente alterna actuales. Consiste en un anillo de hierro provisto de dos bobinas de cobre aislado. Una de las bobinas se conecta a un galvanómetro y la otra a una pila. Cuando se cierra o abre el circuito, la aguja del galvanómetro oscila. De este y otros experimentos realizados con el empleo de imanes y bobinas, Faraday concluyó que: a. Cuando un imán se desplaza hacia una bobina y se introduce en su interior, se crea o induce una corriente eléctrica.


b. La corriente es de dirección contraria cuando el imán se desplaza alejándose de la bobina, y saliendo de su interior.

Ya vimos que si por un conductor se hacía circular una corriente eléctrica, en torno al mismo se creaban un conjunto de líneas de fuerza cuyo sentido de rotación dependía de la dirección con que fluía dicha corriente. Estudiaremos ahora cómo es posible generar una fuerza electromotriz valiéndonos de las propiedades del magnetismo. Es un hecho demostrado que colocando un conductor bajo la influencia de un campo magnético y moviendo dicho conductor de modo tal que “corte” las líneas de fuerza existentes en torno a la pieza magnética es decir moviendo el conductor transversalmente a la dirección de las líneas de fuerza, en dicho conductor se generará una f.e.m. denominada de inducción. importante de destacar es que la aguja del galvanómetro nos dará la indicación máxima cuando el polo del imán sea movido de modo tal que


sus líneas de fuerza sean cortadas en forma transversal por el conductor, o sea, cuando el conductor sea movido hacia arriba, y hacia abajo. El sentido de circulación de la f.e.m. inducida en el conductor dependerá del sentido en que se desplace el imán, pues moviendo el mismo en la dirección A-B la dirección de la corriente inducida tendrá un sentido, y moviendo el imán en la dirección B-A, el sentido de circulación de la corriente será inverso.

Hasta ahora hemos visto que un campo magnético puede ser inducido por una corriente eléctrica y como un campo magnético es capaz de producir una fuerza sobre cargas eléctricas en movimiento. Ahora vamos a ver como un campo magnético puede inducir una fuerza electromotriz (tensión eléctrica) sobre un conductor. Efectivamente, si movemos un conductor que se encuentra en el seno de un campo magnético, sobre el se inducirá una fuerza electromotriz. El valor de esta fuerza depende de la velocidad a la


que el conductor se mueva, la longitud de este y de la intensidad del campo magnético:

PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE LOS MATERIALES No todos los materiales se comportan de igual manera frente a los campos magnéticos. Un clavo de hierro es atraído por un imán, pero un trozo de madera no experimenta ninguna fuerza en las proximidades de ese mismo imán. El comportamiento de los materiales frente a los campos magnéticos depende de la estructura interna del material. El movimiento de los electrones que forman un material hace que se induzcan pequemos campos magnéticos. En función de cómo se orienten estos pequeños campos


magnéticos en presencia de un campo magnético externo los materiales presentan estas propiedades:

 Diamagnéticos: Esta propiedad magnética consiste en que parte de los pequeños campos magnéticos inducidos por el movimiento de rotación de los electrones del propio material, en presencia de un campo magnético externo, se orientan de forma opuesta este. Como consecuencia, un material diamagnético tiende a desplazarse a la zona donde el campo magnético externo es más débil. Todos los materiales presentan la propiedad del diamagnetismo, lo que sucede es que este efecto es tan débil que queda oculto por otros efectos que veremos a continuación.

 Paramagnéticos: Esta propiedad magnética consiste en que parte de los pequeños campos magnéticos inducidos por el movimiento de rotación de los electrones del propio material, en presencia de una campo magnético externo se alinean en la misma dirección que este. Como consecuencia, el campo magnético en el interior se hace más


intenso, y el material tiende a desplazarse al lugar donde el campo magnético externo es más intenso.

 Ferromagnéticos: En los materiales ferromagnéticos, las fuerzas entre los átomos próximos, hace que se creen pequeñas regiones, llamadas dominios, en las que el campo magnético originado por el movimiento de rotación de los electrones está alineado en la misma dirección. En ausencia de campo magnético externo, lo dominios están orientados al azar, pero al aplicar un campo magnético externo, estos dominios se alinean en la dirección del campo aplicado, haciendo que este se intensifique en el interior del material de forma considerable. Parte de estos dominios conservan la orientación incluso una vez que el campo magnético externo desaparece, hecho que explica el fenómeno de la imanación. Los materiales ferromagnéticos (hierro y aleaciones férreas) tienen mucha aplicación en las máquinas eléctricas.


FUERZA MAGNETOMOTRIZ La fuerza magnetomotriz (FMM, representada con el símbolo F) es aquella capaz de producir un flujo magnético entre dos puntos de un circuito magnético. Es una de las variables usadas para describir un campo magnético. La Fuerza magnetomotriz se puede entender de manera análoga al voltaje eléctrico de la ley de Ohm. Esto está expresado en la ley de Hopkinson.

Ley de Hopkinson El potencial magnético o fuerza magnetomotriz, es la fuente que produce el flujo magnético en un circuito magnético. La Fuerza magnetomotriz de un circuito magnético se puede expresar en términos del flujo magnético Φ y la reluctancia magnéticaRm


Esta ecuación se puede entender como una analogía a la ley de Ohm ( V = R I ). El flujo magnético es directamente proporcional a la Fuerza magnetomotriz que lo origina e inversamente proporcional a la reluctancia del circuito magnético (que depende de la longitud del circuito, el área transversal del circuito y la permeabilidad magnética del material del que está hecho. Las variables magnéticas se comportan como sus análogas en un eléctricas en la ley de Ohm. El flujo magnético sigue las lineas de flujo por donde encuentra menor reluctancia. Por esto las líneas de flujo estan dentro del cuerpo de alta permeabilidad, puesto que esto ofrece mucho menor reluctancia que el aire. Sin embargo el cuerpo de alta permeabiliad aun posee cierta reluctancia que es el equivalente a la resitencia en esta analogía de Hopkinson. El flujo magnético sería el equivalente a la corriente electrica. Usualmente en los circuitos eléctricos simples (como en la Figura) la fuerza magnetomotriz se genera empleando un solenoide. Esto es un es un alambre aislado, de longitud finita, enrollado en forma de hélice.


Fuerza magnetomotriz en un solenoide En el caso de un solenoide largo y con cierto numero de vueltas, la expresión se puede simplificar. En esta caso se expresa por la siguiente ecuación.

donde: N: número de espiras de la bobina I: intensidad de la corriente en amperios (A) La unidad de medida de la FMM es el amperio-vuelta que se representa por Av. La relación existente entre la fuerza magnetomotriz y el flujo magnético que esta genera se denomina reluctancia y se determina por la expresión:

donde: Φ : Flujo magnético en weber. Reluctancia del circuito en amperio vuelta dividido weber.


Fuerza Electromotriz Inducida  

Lisaney Castellano

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