Máquinas Eléctricas

Unidad 1

• Nombre de la unidad de aprendizaje: Conversión de la energía electromecánica

• Resultado del aprendizaje: Identificar las leyes y principios que rigen la operación de las máquinas eléctricas

Evidencias

• Ley de Faraday

• Ley de Lenz

• Ley de Lorentz

• Ley de Ampere

Ley de Faraday

La ley de Faraday es también conocida como ley inducción de

Faraday

Quien es?

• Michael Faraday fue un físico y químico británico del siglo XVIII, profundizó en el estudio de los campos magnéticos, sus obsesión por conseguir generar electricidad, sus descubrimientos más importantes fueron el diamagnetismo, la electrólisis y la inducción electromagnética, que es el tema que hoy nos ocupa en nuestra asignatura

Que es la inducción electromagnética

• La inducción electromagnética es el proceso por el cual se puede inducir una corriente por medio de un cambio en el campo magnético.

Experimento de Faraday

• La ley de Faraday es una de las fundamentales leyes de electromagnetismo; una de las principales aplicaciones es los transformadores de energía, relevadores y una gran variedad de dispositivos que usamos en la vida diaria.

• Una vez que se demostró que una corriente eléctrica afecta el movimiento de una brújula, el Físico Ingles Micheal Faraday realizo un experimento con el cuál pudo comprobar, que era posible por medio de un campo magnético, producir una corriente eléctrica.

• El experimento de Faraday consistió en enrollar dos alambres separados alrededor de un tiroides de hierro y colocado un galvanómetro en un circuito, y una batería en el otro, como se muestra en la siguiente figura:

Que sucedió cuando Faraday cerro el interruptor?

Que sucedió cuando abrío el interruptor?

• Al cerrar el interruptor la aguja del galvanómetro se

desplazó con fuerza en una dirección

momentáneamente.

• Al abrir el interruptor la aguja del galvanómetro se

desplazo con fuerza en sentido contrario

momentáneamente

Ley de inducción de Faraday

Micheal Faraday concluyó de su experimento lo siguiente:

1. Un campo magnético estable no produce o no induce

una corriente.

2. Un campo magnético variable si puede producir una

corriente eléctrica.

3. Esta corriente se conoce como corriente inducida.

4. Cuando existe una corriente inducida, también existe

una fem inducida.

Faraday también realizo el siguiente experimento

Faraday concluyo que se requiere cambio o

movimiento de la posición ya sea de la bobina o del

imán, lo importante es el movimiento, para inducir

una corriente y una fem

Ley de Faraday

• En base a sus experimentos Faraday enuncio la ley que

lleva su nombre:

“La fem inducida en un circuito formado por un conductor o

una bobina es directamente proporcional al número de

líneas de fuerza magnética cortadas en un segundo”

En otras palabras:

“La fem inducida en un circuito es directamente

proporcional a la rapidez con que cambia el flujo

magnético que la envuelve”

Ley de Lenz

• La ley de Lenz es una consecuencia del principio de conservación de la energía aplicado a la inducción electromagnética. Fue formulada por Heinrich Lenz en 1833. Mientras que la ley de Faraday nos dice la magnitud de la FEM producida, la ley de Lenz nos dice en qué dirección fluye la corriente, y establece que la dirección siempre es tal que se opone al cambio de flujo que la produce. Esto significa que cada campo magnético generado por una corriente inducida va en la dirección opuesta al cambio en el campo original.

• Típicamente incorporamos la ley de Lenz a la ley de Faraday con un signo menos.

Ley de Faraday

• Matemáticamente la ley de Faraday se expresa así:

dt

d

ttt inicialfinal

inicialFinal

Donde: ε = fem inducida expresada en volts (V). Δφ = Razón de cambio del flujo magnético (Wb). Δt = Razón de cambio del tiempo (s).

Ley de Faraday

• Si el circuito contiene N vueltas las fem que se inducen

en cada una se suman, por lo tanto la ley de Faraday

toma la siguiente expresión:

dt

dN

tN

N= Número de vueltas

Ley de Ampere

La ley que nos permite calcular campos magnéticos a partir de las corrientes eléctricas es la Ley de Ampere. Fue descubierta por André - Marie Ampère en 1826 y se enuncia:

"La intensidad de un campo magnético a lo largo de una línea cerrada es igual al producto de µ0 por la intensidad neta que atraviesa el área limitada por la trayectoria".

Campo magnético producido por un conductor

• Para determinar el campo magnético una cierta distancia “d” de un conductor recto por el que circula una corriente I, aplicamos la siguiente expresión matemática:

𝐵 =µ𝐼

2π𝑑

B= campo magnético en un punto determinado perpendicular al conductor

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

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

d=distancia perpendicular entre el conductor y el punto considerado en m.

Permeabilidad magnética (µ)

• La permeabilidad magnética nos indica con qué facilidad atraviesa el campo magnético la materia, o sea si esta es buena conductora o no del campo magnético.

• La permeabilidad es una característica magnética de la materia (por ejemplo del aire, cartón, aluminio, hierro). La permeabilidad como se verá es baja en el vacío y es elevada en materiales como el hierro.

• Se distinguen 3 tipos de permeabilidad magnética

µ=permeabilidad de un material

µo= permeabilidad en el vacío = 4𝜋𝑥10−7 Tm/A

µr= permeabilidad relativa

𝜇𝑟=𝜇

𝜇𝑜

• Materiales diamagnéticos son aquellos que tienen valores para "µr" ligeramente menores que la unidad (por ejemplo, 0.999 984 para el plomo sólido). Estos hacen disminuir ligeramente el valor de B en el solenoide o toroide.

• Materiales paramagnéticos son los que tienen valores para "µr" ligeramente mayores que la unidad (por ejemplo, 1.000 021 para el aluminio sólido). Estos materiales incrementan ligeramente el valor de "B" en el solenoide o toroide.

• Materiales ferromagnéticos, como el hierro y sus aleaciones, cuentan con valores para "µr", de alrededor de 5000 o mayores y, por lo tanto, aumentan dramáticamente el valor del campo B en un solenoide o toroide.

•

Valores de µr

• material permeabilidad relativa (µr)

• aire 1.00

• aluminio 1.000023

• cobre 0.99999

• oro 0.999964

• plomo 0.999983

• plata 0.999974

• hierro dulce 5000

Ley de la mano derecha

Campo magnético producido por una espira

• Para calcular el campo magnético en una espira

𝐵 =𝜇𝐼

2𝑟

Y 𝐵 = 𝑁𝜇𝐼

2𝑟

B= Campo magnético en Teslas (T)

µ= Permeabilidad del medio

I= Intensidad de corriente que circula por la espira (A)

r= Radio de la espira en metro (m)

N= Número de vueltas