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UN ANILLO DE THOMSON APLICADO EN LA INDUSTR
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ALMACENAMIENTO DE ENERGIA ATRAVS DE LA LEVITACION DE UNANILLO DE
THOMSON APLICADO EN LA INDUSTRIA HIDROELCTRICA
(Ante-Proyecto Campos elctricos y magnticos)
ARYS JUDITH AGUILAR CORRO
MELISSA MARGARITA VERGEL TORRADO
NATALIA ZULUAGA GMEZ
UNIVERSIDAD SANTO TOMAS
FACULTAD INGENIERIA INDUSTRIAL
ABRIL
2013
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ALMACENAMIENTO DE ENERGIA ATRAVS DE LA LEVITACION DE UN
ANILLO DE THOMSON APLICADO EN LA INDUSTRIA HIDROELCTRICA
(Ante-Proyecto Campos elctricos y magnticos)
ARYS JUDITH AGUILAR CORRO
MELISSA MARGARITA VERGEL TORRADO
NATALIA ZULUAGA GMEZ
CARLOS GOMZ OLEJUA
Docente
UNIVERSIDAD SANTO TOMAS
FACULTAD INGENIERIA INDUSTRIAL
ABRIL
2013
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TEMA
Basndonos en el curso de campos elctricos y magnticos que se
est
realizando, es importante tener en cuenta todas aquellas
aplicaciones que nos
lleven al buen entendimiento de la materia y la buena realizacin
de proyectos,
tomando como base los conceptos bsicos. Es de all, donde surge
la idea de
investigar y tener en cuenta la funcionalidad de los anillos de
Thomson en la
Industria Hidrolectrica, en donde las fuerzas actan en presencia
de campos
magnticos. Analizando cada una de las bibliografas existentes
que nos permita
demostrar la aparicin de una corriente elctrica inducida a travs
del anillo como
resultado del cambio en el flujo de campo magntico a travs de
una trayectoria
metlica cerrada.
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JUSTIFICACIN
Teniendo en cuenta cada uno de los experimentos realizados
(basndonos
en las bibliografas encontradas), es fcil identificar que al
momento de realizar
ste tipo de investigacin, lo que se pretende es concluir y
entender la forma como
dichos experimentos demuestran la aparicin de una corriente
elctrica inducida
en un anillo, por accin de un flujo de campo magntico que vara
en el tiempo a
travs de este. El experimento del salto del anillo fue realizado
por primera vez por
Elihu Thomson en el American Institute of Electrical Engineers
de Nueva York en
mayo de 1887, repetido en Pars en 1889 y explicado
detalladamente por Fleming
en 1891. Consta de una bobina enrollada en torno a un vstago de
hierro,
ocupando nicamente la parte inferior de l. En la parte superior
se colocan aros
de distintos materiales y pesos. Si se alimenta con una fuente
de tensin continua
se observa un salto del anillo, tanto al cerrar como al abrir el
circuito.
La explicacin de este experimento est en las corrientes que se
producen
en el aro inducido por la variacin de flujo magntico producido
por la bobina,
tanto en rgimen transitorio como en rgimen senoidal permanente.
La fuerza
ascendente aparece como consecuencia de la accin del campo
magntico
dispersado en direccin no axial sobre la corriente inducida en
la bobina.
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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Siendo estudiantes de ingeniera industrial y estar cursando un
curso de
campos elctricos y magnticos el hecho de poder concluir cada uno
de las bases
bibliogrficas con respecto al tema a tratar; es decir, el hecho
de que los anillos de
Thomson nos permitan explicar leyes importantes (Faraday y
Lenz). Observando
de manera exacta cada uno de los resultados obtenidos, debemos
plantear cmo
la fuerza a la cual es sometida el anillo conductor dentro de un
aparato de
Thomson concuerda con la explicacin terica de una fuerza
promedio
dependiente de la diferencia de fase inductiva proveniente de la
corriente del
anillo. Tratando de observar as, la dependencia de la fuerza con
los distintos
parmetros: la frecuencia, la distancia al solenoide y la
corriente.
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1.ALMACENAMIENTO DE ENERGA A TRAVS DE LA LEVITACIN
DE UN ANILLO DE THOMSON APLICADO EN LA INDUSTRIA
HIDROELCTRICA
2. OBJETIVOS
2.1. General:
Demostrar la importancia de la corriente elctrica que genera un
anillo de
Thomson por accion de un flujo de campo magntico en empresas
hidroelctricas.
2.2. Especficos:
Estudiar los efectos fsicos generados por el flujo de campo
magntico en el
anillo.
Estudiar la dependencia de la fuerza media del flujo magntico en
el anillo.
Estudio del fenmeno de levitacin con anillos de materiales de
diferentes
propiedades magnticas y elctricas, aplicadas a las empresas.
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3. MARCO TEORICO
3.1. CONCEPTOS BSICOS.
3.1.1. Campos magnticos
Los campos magnticos son producidos por corrientes elctricas,
las cuales pueden ser
corrientes macroscpicas en cables, o corrientes microscpicas
asociadas con los
electrones en rbitas atmicas. El campo magntico (B) se define en
funcin de la fuerza
ejercida sobre las cargas mviles en la ley de la fuerza de
Lorentz. La interaccin del
campo magntico con las cargas, nos conduce a numerosas
aplicaciones prcticas. Las
fuentes de campos magnticos son esencialmente de naturaleza
dipolar, teniendo un polo
norte y un polo sur magnticos. La unidad SI para el campo
magntico es el Tesla, que se
puede ver desde la parte magntica de la ley de fuerza de
Lorentz:
[ ]
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3.1.2. Campo Magntico de un Solenoide (Ley de Ampere):
El solenoide es una bobina conformada por varias espiras de
alambre conductor,
enrolladas una al lado de la otra, segn una hlice de paso
constante, en una ovarias capas sobre una superficie cilndrica.
Para nuestro caso vamos a tomar un
solenoide de una sola capa de espiras (a fin que todas posean el
mismo radio), y
las espiras muy prximas entre s para que podamos considerar a
cada una de
ellas contenida en planos normales al eje geomtrico.
Si suponemos que el solenoide es muy largo comparado con el
radio de sus
espiras, el campo es aproximadamente uniforme y paralelo al eje
en el interior del
solenoide y es nulo fuera del solenoide. En esta aproximacin es
aplicable la ley
de Ampre:
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3.1.2.1. Ley de Faraday
La corriente alterna que circula por el solenoide produce un
campo magntico que
vara con el tiempo. El flujo de dicho campo a travs del anillo
es
donde Mes el coeficiente de induccin mutua del sistema formado
por el
solenoide y el anillo, Ises de la intensidad de la corriente en
el solenoide que vara
con el tiempo de la forma.
()
Donde I0s es la amplitud y wfrecuencia angularw=2p f .
Fijado el solenoide, el coeficiente de induccin mutua M, es una
funcin del radio
del anillo a y de su posicin zsobre el solenoide.
Aplicando la ley de Faraday, se obtiene la fem inducida Vaen el
anillo como
resultado del cambio del flujo que lo atraviesa con el tiempo.
Aplicando la ley de
Lenz, se determina el sentido de la corriente inducida.
()
La corriente inducida Ia en el anillo de resistencia Res
()
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3.1.2.2. Fuerzas sobre el anillo
La fuerza magntica sobreel anillo es
En la figura vemos que la fuerza sobre un elemento de corriente
dltiene dos
componentes
1. Una a lo largo del eje Z, dFz=-IaBrdl (la corriente es
positiva cuando
circula en el sentido contrario a las agujas del reloj)
2. Otra a lo largo de la direccin radial, dFr=-IaBzdl.
Las componentes radiales de la fuerza se anulan de dos en dos
mientras que las
componentes a lo largo del eje Z se suman. La fuerza resultante
que ejerce el
campo magntico B producido por el solenoide sobre la corriente
inducida Ia en el
anillo tiene la direccin del eje Z y su mdulo vale
Fz=-2p aIaBr.
Como Bres proporcional a la corriente en el solenoide Is es
decir a sen(w t), y la
corriente inducida en el anillo Ia es proporcional cos(w t). La
fuerza sobre el anillo
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es proporcional a sen(w t)cos(wt), o bien, Fz=csen(2w t), donde
ces una
constante de proporcionalidad.
3.2. LEVITACIN MAGNTICA Y ALMACENAMIENTO DE ENERGA.
CRONOGRAMA
ACTIVIDADESSEMANAS
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Pre-diseo investigativo
Marco Terico (Investigacin)
Anlisis de informacin
Revisin 1
Correccin con docente
Correccin de errores
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Revisin 2
Socializacin
Sustentacin
Bibliografa
C. S. Schneider, J. P. (s.f.).A classroom jumping ring. Am. J.
Phys.
P. J. H.Tjossem, V. C. (2000). Measurements and mechanisms
of
Thomson's jumping ring. Am. J. Phys.
Saslow, W. M. (1987). Electromechanical implications of
Faraday's law: A
problem Collection. Am J. Phys.
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Scott, W. T. (s.f.). Fisica de la electricidad y el magnetismo
(Vol. 2da.
edicion). 1966: CECSA.
