martes, 29 de noviembre de 2011

El generador de corriente continua y alterna, el transformador, y otras aplicaciones del electromagnetismo

La corriente directa (CD) o corriente continua (CC) es aquella cuyas cargas eléctricas o electrones fluyen siempre en el mismo sentido en un circuito eléctrico cerrado, moviéndose del polo negativo hacia el polo positivo de una fuente de fuerza electromotriz (FEM).

 Mientras que la corriente alterna (c.a), es la inducción de voltaje en un conductor en movimiento cuando atraviesa un campo magnético.


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CORRIENTE ALTERNA







CORRIENTE CONTINUA



Corriente continua:


Es aquella que circula en un solo sentido y tiene bien definido su polo positivo y negativo. Se designa con las letras c. c. ó DC, que son las iniciales en inglés. Elementos que proporcionan corriente continua son las pilas, acumuladores, y dínamos.


Tipos de corriente continua:

La corriente continua se puede dividir en tres clases: constante, decreciente y pulsante.

Corriente continua constante

Es aquella que permanece invariable desde que es aplicada, en ese momento alcanza su valor, y durante todo el tiempo que permanece sigue manteniendo el mismo.



Corriente continua decreciente

Es una corriente que siempre tiene el mismo sentido, pero que a medida que va pasando el tiempo su valor va decreciendo, un claro ejemplo lo podemos tener en las pilas o baterías.
Si permanecen largo tiempo conectadas, su valor va disminuyendo a medida que se
van descargando.

Corriente continua pulsatoria

No cambia su sentido de circulación pero sí sus valores de tensión, alcanzando en ciertos momentos su valor máximo, manteniéndose un tiempo para después bajar instantáneamente al valor cero.

Existen infinidad de ondas, por lo tanto en los gráficos siguientes sólo expondremos las más significativas.
La corriente continua pulsatoria de onda cuadrada alcanza su valor máximo instantáneamente, permanece durante un tiempo y baja a cero su valor, para permanecer sin tensión durante el mismo tiempo que la ha mantenido. Como los tiempos son iguales se denomina de onda cuadrada. Una señal muy empleada para
información de revoluciones.



Esquema de alternador



El alternador es una maquina diseñada para generar solamente electricidad en forma alterna o sea en ciclos de 50 o 60 hercios como el que usa un auto además esta destinada a transformar la energía mecánica en eléctrica, generando, mediante fenómenos de inducción, una corriente alterna. y un generador puede generar corriente continua como alterna.

Una dinamo (o generador eléctrico) es un aparato que transforma la energía de movimiento en una corriente eléctrica. Los elementos fundamentales de una dinamo son:


• BOBINA: Formada un cable enrollado. Constituye el rotor (parte que se mueve) que hace girar para producir la corriente eléctrica.
• IMANES PERMANENTES: Son un juego de imanes enfrentados entre sí, que crean un campo magnético. Constituyen el estator (parte fija)

• COLECTOR: Elemento al que van unidos dos extremos de la bobina. Recoge la corriente eléctrica que se genera. Formado por dos semianillos giratorios, cada extremo de la bobina va unido a cada uno de ellos.

• ESCOBILLAS: piezas que en contacto con el colector recogen la corriente eléctrica y la sacan fuera de la dinamo para ponerla a nuestra disposición.

El funcionamiento del alternador es básicamente igual que la dinamo. La única diferencia se encuentra en el colector que hace que la escobilla recoja la corriente en un sentido y otras veces en otra: produciendo corriente alterna. Sus componentes son los mismos que el de un dinamo. (arriba).

La aplicación más frecuente del principio del cambio constante de magnitud y dirección de la corriente alterna que se hace de este principio en el transformador, que es un elemento que aumenta o disminuye el voltaje en un circuito de corriente alterna. 


Transformadores




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Los transformadores son dispositivos electromagnéticos estáticos que permiten partiendo de una tensión alterna conectada a su entrada, obtener otra tensión alterna mayor o menor que la anterior en la salida del transformador.

Permiten así proporcionar una tensión adecuada a las características de los receptores. También son fundamentales para el transporte de energía eléctrica a largas distancias a tensiones altas, con mínimas perdidas y conductores de secciones moderadas.

Constan esencialmente de un circuito magnético cerrado sobre el que se arrollan dos bobinados, de forma que ambos bobinados están atravesados por el mismo flujo magnético. El circuito magnético está constituido (para frecuencias industriales de 50 Hz) por chapas de acero de poco espesor apiladas, para evitar las corrientes parásitas .

El bobinado donde se conecta la corriente de entrada se denomina primario, y el bobinado donde se conecta la carga útil, se denomina secundario.
La corriente alterna que circula por el bobinado primario magnetiza el núcleo de forma alternativa. El bobinado secundario está así atravesado por un flujo magnético variable de forma aproximadamente senoidal y esta variación de flujo engendra por la Ley de Lenz, una tensión alterna en dicho bobinado.








Las características de un transformador elevador son las siguientes:
ü  El transformador es un instrumento magnético que transforma el voltaje alto en bajo o viceversa.
ü  Aun transformador que eleva el voltaje se le llama transformador elevador.
ü  Y a uno que le reduce se le llama transformador reductor.
La ventaja de la corriente alterna para su transmisión a largas distancias es que el voltaje puede elevarse y reducirse con facilidad con la ayuda de un transformador.


Algunos ejemplos de la aplicación que ponemos en práctica de los transformadores son los siguientes:
Ø  Los equipos de TV que proporcionan el alto voltaje necesario para el cinescopio
Ø  Para cargar el celular.




http://respuestadelafsica.blogspot.com/p/enlace-de-las-tics.html


sábado, 26 de noviembre de 2011

Electromagnetismo



Esta rama de la física estudia los fenómenos eléctricos y magnéticos,que están estrechamente relacionados.
El electromagnetismo inicialmente se estudiaba de manera separada: por un lado los fenómenos eléctricos y por otro los magnéticos, hasta que Oersted,casi de manera casual, descubrió que están interconectados.
Estudia las acciones y reacciones de las corrientes eléctricas sobre los campos magnéticos.
Las ondas electromagnéticas se propagan en el vacío sin necesidad de soporte material. El paso de estas ondas por un punto produce en él una variación de los campos eléctrico y magnético.


Las ondas electromagnéticas se propagan en el vacío sin necesidad de soporte material. El paso de estas ondas por un punto produce en él una variación de los campos eléctrico y magnético.




        Inducción magnética sobre conductor eléctrico

Que es un conductor?
Un conductor es un hilo o alambre por el cual circula una corriente eléctrica.
Una corriente eléctrica es un conjunto de cargas eléctricas en movimiento.
Ya que un campo magnético ejerce una fuerza lateral sobre una carga en movimiento, es de esperar que la resultante de las fuerza sobre cada carga resulte en una fuerza lateral sobre un alambre por el que circula una corriente eléctrica.
Al igual que una carga eléctrica que se desplaza en el seno de un campo magnético experimenta una fuerza magnética, un conductor eléctrico por el que circulen cargas eléctricas (es decir, una corriente eléctrica) y que se encuentre en el seno de un campo magnético experimentará también una fuerza magnética.

En este caso el valor de la fuerza ejercida sobre el conductor dependerá de la intensidad del campo magnético, la longitud  del conductor y el valor de la corriente eléctrica que circule por el conductor:

La principal aplicación práctica de este fenómeno la tenemos en los  motores eléctricos. En los motores en vez de tener conductores eléctricos aislados, los tenemos en forma de espiras rectangulares. De esta forma, se  nos presenta un par de fuerzas que hace que la espira tienda a girar:


Inducción magnética sobre un solenoide
Que es un solenoide
Un solenoide es una bobina de forma cilíndrica y helicoidal (como un resorte)que cuenta con un hilo de material conductor  enrollada sobre si a fin de que, con el paso de la corriente eléctrica, se genere un intenso campo magnético.


Cuando este campo magnético aparece comienza a operar como un imán.El campo magnético de un solenoide es uniforme en su interior y  nulo en su exterior.

En ambos el campo magnético en su interior es uniforme,y no hay campo magnético en su exterior.
Un solenoide con un núcleo apropiado se convierte en un electroimán (un imán que produce su campo magnético mediante una corriente eléctrica).
Si en un solenoide la corriente penetra por el extremo M y sale por el extremo N.
 El sentido del campo magnético puede determinarse aplicándola regla del pulgar .

El solenoide agarrado con la mano derecha hace que indiquen el sentido  de la corriente.
El pulgar extendido indicará el sentido de las líneas de campo magnético dentro del solenoide.  La inducción magnética es lo mismo que densidad de flujo magnético,  y se representa con una B.

El solenoide no tiene campo magnético en su exterior, pero podemos calcular la inducción magnética de su interior. Para obtenerla en un solenoide se utiliza la siguiente fórmula:

B = Inducción magnética (Teslas)
μ = Permeabilidad absoluta (Teslas •metro/Ampere)ó(Webers / Ampere • m)
N = Número de vueltas del solenoide
I = Intensidad de corriente eléctrica (Amperes)
L = Longitud (metros)
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HISTÉRESIS
El fenómeno de la histéresis magnética:
El estudio de la histéresis tiene gran importancia en los materiales magnéticos ya que produce pérdidas en los  núcleos de los electroimanes cuando se someten a campos magnéticos alternos.
El calor así generado reduce el rendimiento de los dispositivos con circuitos magnéticos como transformadores, motores, generadores, etc.

¿Porqué la Histéresis?
En general, la histéresis es el fenómeno de inercia por el cual un material ofrece resistencia a un cambio, tiene una tendencia a conservar sus propiedades.
 Haciendo que el proceso de variación sea distinto en un sentido que en el contrario.


  
Representamos en horizontal la intensidad de campo magnético H.
(por ejemplo el creado por una bobina de N
espiras atravesada por una corriente eléctrica I).

 
 


2a actividad.

-Fuerza y momento de torsión en un campo magnético
-Motores de corriente continua
-Ley de Faraday
-Ley de Lenz


Momento de torsión

Es el trabajo que hace que un dispositivo gire a cierto ángulo en su propio eje, la fórmula para calcular el
momento de torsión de una única espira es la siguiente:



donde:
T= momento de torsión
B= Inducción magnética
I= Corriente que pasa por el alambre
A= Área que abarca la espira
α = Ángulo de inclinación






Para detectar una corriente eléctrica se utiliza un dispositivo llamado galvanómetro,

 su funcionamiento está basado en el momento de torsión ejercido sobre una bobina cortada en un campo magnético.
La fórmula para calcular la fuerza electromotriz en una bobina es la siguiente:


donde:

E= fem medida inducida
ΔΦ= Cambio de flujo magnético
Δt= Intervalo de tiempo

LEY DE FARADAY




Descubrió que depende del tiempo: mientras más rápido cambie el campo magnético mayor es
la fem inducida.
Concluyó que, si bien un campo magnético estacionario no produce corriente, un campo magnético
variable si era capaz de producirla. A esta corriente se le conoce como Corriente Inducida.

Así, la magnitud de la corriente inducida es directamente proporcional al número de espirales
en la rapidez del movimiento.



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Ley de Lenz





"Una corriente inducida fluirá en una dirección tal que por medio de un campo magnético se opondrá
al movimiento del campo magnético que  la produce"


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Es decir que si realiza más trabajo para mover el imán en la bobina, mayor será la corriente inducida
y, por lo tanto, mayor la fuerza de resistencia. Por lo que para producir una corriente más intensa
se debe realizar más trabajo.

Se puede determinar la dirección de la corriente inducida en un conductor recto por medio de la
regla de fleming, la cual afirma: si colocamos el pulgar, el dedo índice y el dedo medio de la mano
derecha en ángulo recto entre sí, de tal manera que con el pulgar se apunte en la dirección de la
corriente eléctrica y con el índice en la del campo magnético,el dedo medio apuntará en la 
dirección de la corriente inducida.





NOTA.: NO OLVIDES QUE: CORRIENTE- FLUJO-MOVIMIENTO, direcciones marcadas por el pulgar,
índice y el dedo medio respectivamente.


Los motores están clasificados en:


          -Devanados en serie





-Devanado en paralelo o en derivación




-Motor Compuesto



Los motores que tienen varias bobinas se les llaman " devanados". El devanado del campo del
motor compuesto se conecta en serie con la armadura y la otra en paralelo.