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Magnetismo y Electromagnetismo - 2
Magnetismo y Electromagnetismo - 2
Magnetismo y Electromagnetismo - 2
la Corriente El
y un Campo Mag
Cuando un conductor esta inmerso en el seno de un campo magnético y por él hacemos circular
una corriente eléctrica, aparecen unas fuerzas de carácter electromagnético que tienden a despla-
zarlo.
N -~-i
Li<l>
11.1.1 Experiencia de Faraday einducida =N - - -
Lit
Para realizar esta experiencia se necesita un imán, una bobi-
na y un miliamperímetro de cero central (aparato de medida Donde N es el número de espiras de la bobina y la expre·
muy sensible, donde la aguja indicadora se mueve hacia un sión Li<l>/Lit nos indica la variación del flujo cortado por la
lado u otro de la escala dependiendo del sentido de la corrien· bobina respecto a! tiempo; es decir, lo rápido que varía el flujo
te). La bobina la snspendemos entre los polos del imán, tal magnético en los conductores.
como se muestra en la Figura 11.3, de ta! mauera que pueda
Conviene indicar que se puede generar una f.e.m. inducida
moverse y cortar la líneas de campo magnético.
tanto si se mueven conductores en el seno de un campo mag-
Si movemos el conductor de tal manera que corte perpen- nético fijo, como si lo que se mueve es el campo magnético y
dicularmente a las líneas de campo, se puede observar que la se dejan fijos a los conductores. También se consigue f.e.m.
aguja del miliamperímetro se desvía hacia un lado duraute el inducida en los conductores si se les aplica un campo magné-
movimiento, indicando el paso de una corriente en la bobina. tico variable, por ejemplo, proveniente de una bobina al que
Si ahora movemos el conductor en sentido contrario, la aguja se le aplica corriente alterna.
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inductor. Así, por ejemplo, si este campo magnético tendiese a
Ejemplo: 11.1 crecer, la cOlTiente inducida en el conductor generán un campo
magnético de sentido contrario que tendería a contrarrestar
Una bobina de 100 espiras se mueve cortando perpendi-
dicho aumento. En el caso de la dinamo de la bicicleta, lo que
culannente un campo magnético. La variación de flujo
se observa es que cuando aumenta la corriente por los con-
experimentado en dicho movimiento es uniforme y va de 2
°
mWb a 1 mWb en un intervalo de tiempo de 0,5 segun-
dos. Averigum la f.e.rn. inducida.
ductores se aprecia una cierta resistencia al movimiento de los
mismos.
Para determinar el sentido de la corriente inducida en un
Solución: L'.<I> = variación de flujo = 10 - 2 = 8 mWb conductor que se desplaza perpendicularmente en el seno de
un campo magnético resulta un tanto complejo la aplicación
L'.t= tiempo en el que varía el flujo = 0,5 s
directa de la ley de Lenz. Un método mucho más sencillo es
aplicar la Regla de Fleming de la mano derecha.
L'.<I> 0,008
e;udud<h> = N - - = 100 - - - = 1,6 V Para aplicar esta regla se utilizan los tres dedos de la mano
L'.t 0,5 derecha, tal como se indica en la Figura 11.4: el pulgar se
coloca en ángulo recto con respecto al resto de la mano indi-
c,mdo el sentido de desplazamiento del conductor (movi-
La fórmula de la f.e.m. inducida también se puede
expresar de otra forma. Para un conductor de longitud L
que se desplaza perpendicularmente a las líneas de un
miento). El índice se coloca perpendicular al pulgar, indican-
do el sentido del flujo magnético (campo). El corazón se 11
coloca en un plano perpendicular al formado por el pulgar y
campo magnético de inducción B a una velocidad v, tene-
el índice y nos indica el sentido que toma la corriente induci-
mos que:
da (sentido convencional de la coniente) al mover el conduc-
tor en el seno del campo magnético (corriente).
Ejemplo: 11.2
Un conductor se desplaza a una velocidad lineal de
5 mis en el seno de un campo magnético fijo de 1,2 teslas
de inducción. Determinar el valor de la f.e.m. inducida en
el mismo si posee una longitud de 0,5 m. Figura 11.4. Regla de la mano derecha para determinar
Solución: e = B L v = 1,2 . 0,5 . 5 = 3 V el senlido de la f.e.m. inducida.
Una forma sencilla de no olvidarse de esta regla es apli-
cando la siguiente regla nemotécnica: mo-ca-co que significa
11.1.2 Sentido de la f.e.m. inducida. movimiento, campo, corriente (Figura 11.5).
Ley de Lenz
La ley de Lenz indica que "el sentido de la corriente indu-
cida en un conductor es tal que tiende a oponerse a la causa
que la produjo" (principio general de acción y reacción).
Este efecto, se puede comprobar experimentalmente de la , " 11
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rior la corriente también se invertirá, dando como resultado Al cerrar el interruptor, por la bobina A aparece una
una' inversión en la polaridad de los bomés de salida del gene- corriente que tiende a crecer desde cero hasta su valor nomi-
rador. nal, lo que origina en la misma un campo magnético variable
y creciente. Al estar la bobina B muy próxima a la A, dicho
¿Qué ocurre si invertimos la polaridad del campo magnéti-
campo magnético la atraviesa, produciéndose el principio de
co inductor de una dinamo? Si aplicamos la regla de la mano
inducción electromagnética (conductores sometidos a la
derecha observaremos que al invertir el campo también se
acción de un campo magnético variable) que da como resul-
invierte el sentido de la corriente.
tado una fuerza electromotriz y una corriente eléctrica en la
bobina B. Esta corriente sólo se produce mientras el campo
magnético sea variable, es decir, mientras la corriente por la
Ejemplo: 11.3
bobina A esté creciendo, hecho que ocurre sólo durante un
El sentido de la corriente inducida en el conductor eléc- pequeño período de tiempo.
trico de la Figura 11.6 se ha determinado aplicando la regla
Al abrir el interruptor el proceso se repite, pero a la inver-
de la mano derecha.
sa. La corriente por la bobina A tiende a desaparecer, lo
mismo que el campo magnético. En la bobina B aparece una
f.e.m. de inducción, mientras que el campo magnético sea
variable (en este caso decreciente). El galvanómetro acusa el
paso de una corriente eléctrica. Pero en este caso de sentido
contrario al anterior, hecho que se explica fácilmente con la
N ley de Lenz.
Si ahora sustituimos el generador de c.c., por uno de C.A.
y el galvanómetro por un voltímetro de C.A., al cerrar el inte-
rruptor podremos observar que el voltímetro conectado a la
Figura 11.6
bobina B indica una determinada tensión. Sí ahora sustitui-
mos la bobina B por una de más espiras, se puede observar
que la tensión de salida aumenta.
11.1.3 Fuerza electromotriz inducida La explicación de esta experieucia hay que volver a bus-
carla en la inducción electromagnética. Abora la bobina A es
en un circuito próximo recorrida por una cOLTiente variable, lo que produce, a su vez,
un campo variable que atraviesa en todo momento a la bobi-
Los campos magnéticos variables que desarrollan los con- na B. En consecuencia, en esta bobina se produce constante-
ductores cuando son recorridos por corrientes variables pue- mente una f.e.m. de inducción. Si aumentamos el númerO de
den inducir fuerzas electromotrices al atravesar otros conduc- espiras en la bobina B, la fuerza electromotriz iuducida
tores que se encuentren en su proximidad. aumenta.
Para entender este fenómeno podemos realizar una sencilla Gracias a este prinCIpIO funcionan los transformadores
expetiencia, que consiste en colocar dos bobinas muy cerca una eléctricos, que estudiaremos más adelante. Además con él
de la otra, tal como se muestra en la Figura 11.7. En los extre- podemos dar explicación a muchos fenómenos que aparecen
mos de la bobina B conectamos un galvanómetro de cero cen- en torno a las conientes y campos magnéticos variables. Así,
tral. A su vez, en la bobina Aconectamos primeramente un gene- por ejemplo, se puede entender que es peligroso aproximarse
rador de C.C. Al cerrar el interruptor en la bobina A, se puede demasiado a elementos conductores que estén en las cercaní-
observar cómo el galvanómetro acusa el paso de una pequeña as de líneas de trausporte de alta teusión, ya que los fuertes
cOlTiente por la bobina B que persiste sólo durante un pequeño campos magnéticos variables producidos por sus conductores
período de tiempo. Si ahora abrimos el interruptor podremos se establecen en un determinado radio de acción e inducen
comprobar que el galvanómetro vuelve a detectar el paso de una elevada r.e.m. en todos aquellos conductores que atravie-
corriente, pero ahora en sentido contrario. sa. Para evitar accidentes conviene conectar a tierra todos
aquellos elementos metálicos que se encuentren en las proxi-
midades de dichas redes.
G
11.1.4 Aplicaciones prácticas de la
inducción electromagnética
La principal aplicación de la inducción electromagnética es
sin duda la producción de energía eléctrica en grandes eanti-
Figura 11.7. Comprobación experimental de la f.e.m. inducida dades mediante los alternadores. Además, gracias a este fenó-
en un circuito próximo. meno funcionan los transformadores eléctricos.
Existen muchas más aplicaciones, como por e1emplo,
La explicación de este fenómeno la tenemos que encontrar los relés diferenciales, pinza amperimétrica, hornos d~ induc-
en la inducción electromagnética. ción, etc.
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paquete de chapas magnéticas, tal como se muestra en la
11.2 Corrientes parásitas Figura 11.10. De esta forma se consigue que cada una de estas
o de Foucault divisiones o chapas abarque menos flujo, con lo que la f.e.m.
inducida se reduce y, con ella, las corrientes parásitas.
Si observamos detenidamente los núcleos magnéticos de Las chapas utilizadas para formar el núcleo son de un espe-
transformadores, motores y electroimanes de C.A., podremos sor de menos de un milímetro y se aíslan eléctricamente entre
observar que éstos están construidos con chapa magnética. sí mediante una tina capa de barniz. Además, a estas chapas
Esto se hace así para evitar el efecto perjudicial de las corrien- magnéticas se les alea con silicio en un pequeño porcentaje
tes parásitas o de Foucault. para elevar la resistividad y, así, reducir considerablemente
estas pérdidas.
Este efecto aparece sobre todo cuando se utilizan COlTientes
alternas. Cuando estas corrientes variables recorren los bobi-
nados de electroimanes, transformadores, motores o generado-
res, el núcleo de hiena queda sometido a la acción de un
campo magnético variable. Dado que el metal del núcleo es un
buen conductor de la corriente eléctrica, se genera en él una
f.e.m. inducida. Esta f.e.m. produce, a su vez, unas corrientes
de circulación por el bierro, llamadas corrientes parásitas o de
FOlleanlt, que se cierran, fOlmando cOltocircuitos, por las sec-
11
ciones transversales de dicho núcleo (Figura 11.8).
~§~~ aislamiento
Cuba
<1>/2 <1>/2
Figura 11.11. Horno de inducción.
Figura 11.9. Al dividir en dos partes el núcleo de hierro se consigue dividir
también el flujo en la misma proporción, por lo que la corriente inducida en Las modernas cocinas domésticas de inducción funcionan
cada una de las partes queda igualmente reducida. mediante un sistema similar. El calor necesario para la coc-
ción de los alimentos aparece directamente en el recipiente
La forma de minimizar al máximo estas corrientes consis- metálico que se utiliza, mientras que la placa permanece fría.
te en dividir longitudinalmente el núcleo y aislar eléctrica- Para el control de la potencia de estos elementos se regula la
mente cada una de las partes (Figura 11.9), formando un frecuencia del campo alterno aplicado.
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recubre de plata la superficie de contacto. A su vez, se procu-
11.3 Autoinducción. Bobinas ra que el arco formado en la apertura se estire rápidamente
con la intención de aumentar el aislamiento entre los contac-
Seguro que habrás podido observar en alguna ocasión que tos, además se con!igue enfriarlo en poco tiempo. Este último
al abrir los contactos de un interruptor aparece entre los mis- se consigue construyendo los dispositivos de apertura con
mos una chispa de ruptura. Esta chispa es mucho más fuerte muelles de recuperación.
en el caso de que el interruptor corte la corriente que alimen-
ta a una bobina (motores, transformadores, etc.). Estos fenó-
menos tienen que ver fundamentalmente con la autoinduc-
ci6n.
La autoinducción, como su palabra indica, significa indu-
cirse a sí misma r.e.m. Cuando por una bobina circula una ,,,.-' \it
corriente eléctrica que es variable, ésta genera, a su vez, un
campo magnético también variable que corta a los conducto-
V eauto l ,,
,,,
,
,,,
res de la propia bobina. Esto origina en los mismos una f.e.m. _. ,
',-
inducida, llamada f.e.m. de autoinducción que, según la ley de
Lenz, tendrá un sentido tal que siempre se opondrá a la causa
que la produjo.
Según esto, al cerrar el interruptor de un circuito que ali-
menta una bobina (Figura 11.12), aparece una corriente eléc- Figura 11.13. Apertura de un circuito con bobina.
trica por la bobina que tiene que aumentar de cero hasta su
valor nominal en un tiempo relativamente corto. Esta varia- En cierta forma, una bobina se puede comparar a un volan-
ción de corriente por la bobina genera en sus conductores un te de inercia. Cuando el fll~O magnético tiende a crecer en la
flujo magnético creciente que, al cortar a los mismos, provo- misma, se carga de energía magnética. Al cortar la corriente, el
ca una f.e.m. de autoinducción. El sentido de esta f.e.m. es tal flujo tiende a desaparecer, devolviendo la energía acumulada.
que impide que el flujo se establezca y, por tanto, la intensi-
dad sufre una oposición y se retrasa (la tensión provocada por
la autoinducción tiende a restar los efectos de la tensión de la
batería). Cuando la intensidad se estabiliza, la f.e.m. de autoin-
11.3.1 Coeficiente de autoinducción
ducción desaparece y en la bobina aparece el flujo corres-
La f.e.m. de autoinducción de una bobina depende de la
pondiente.
rapidez con que cambia el flujo en la misma, es decir:
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coeficientes de autoinducción altos con núcleos de alta per- En la Figura ll.I4 se puede ver un conductor eléctrico
meabilidad y gran número de espiras. atravesado por una corriente entrante y sometido a la acción
del campo magnético de un imán. La corriente eléctrica del
conductor produce a su vez un campo magnético circular que
Ejemplo: 11.4 interactúa con el del imán y hace que el conductor se despla-
ce en dirección perpendicular al campo magnético principal
Calcular el valor de la f.e.m. de autoinducción qne desa- (en nuestro ejemplo las líneas de fuerza del conductor tienden
l1"ollará una bobina con un coeficiente de autoinduccíón de a concentrarse en la parte inferior, lo que provoca una fuerza
50 milihenrios si se le aplica una corriente que crece regu- sobre el conductor que lo empuja hacia abajo).
lm'mente desde cero hasta 10 A en un tiempo de 0,01
segnndos. Se observa que si cambiamos el sentido de la corriente o el
del campo, también cambia el sentido de la fuerza.
M 10 Para determinar el sentido de la fuerza se aplica la regla de
Solución: e,oto = L --=O,OS - - = SOV Fleming de la mano izquierda (Figura ll.IS). Se aplica utili-
Ót 0,01 zando el mismo procedimiento que seguimos para la mano
derecha, teniendo en cuenta que se utiliza el sentido conven-
Ejemplo: 11.5 cional de la corriente.
Una bobina que posee SOO espiras prodnce un flujo mag-
nético de 10 mWb cuando es atravesada por una corriente de Movimi"ento
11
10 amperios. Determinar el coeficiente de autoinducción
de la misma.
Cuando un conductor esta inmerso en el seno de un campo El conductor de la Figura ll.I 6 tiene una longitud de
magnético y por él hacemos circular una corriente eléctrica, 0,5 metros y esta inmerso en un campo magnético de 1,3
aparecen fuerzas de carácter electromagnético que tienden a teslas de inducción. Averiguar el sentido de desplazamien-
desplazarlo. to del mismo, así como la fuerza que desarrollará cuando
circulen por él una intensidad entrante de 10 A.
J ~~?~if~t~/:~E
:. J. -_ -
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F
Figura 11.16
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Gracias a este principio desanollado por Laplace, Biot y En un instrumento de medida de bobina móvil se consigue
Savart se pueden construir multitud de dispositivos, como por que el par de fuerza que desarrollan los conductores de la
ejemplo: todo tipo de motores eléctricos, aparatos de medida bobina sea proporcional a la corriente a medir. El equilibrio
analógicos, altavoces, etc. entre la fuerza ant<lgonista del muelle y dicho par hace que la
aguja se desplace por la escala graduada indicando el resulta-
En un motor de C.C. se consigue que cada unos de los con-
do de la medida (Figura 11.18).
ductores opuestos de la bobina desarrolle un par de fuerzas
que hace girar el motor (Figura 11.17).
I
I
........L _
,
Colector
/
.J------_
---
Figura 11.17. Motor de e.e. Figura 11.18. Instrumento de medida analógico.
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