1. Fenómenos de inducción electromagnética. 2. Fuerza

Electrotecnia. Resumen del tema 6 : Inducción electromagnética
1. Fenómenos de inducción electromagnética.
Si por un circuito eléctrico, en forma de espira, por donde no circula corriente, se aproxima
un campo magnético originado por la acción de un imán o un solenoide y situado
perpendicularmente al circuito, por la línea que pasa por su centro, se observa que al mover el
campo magnético, se producirá una corriente inducida en el circuito, siendo detectado este
fenómeno gracias a un galvanómetro colocado en el mismo. Cuando lo aproximamos, el sentido de
la corriente originada es contrario a las agujas del reloj, mientras que si lo alejamos, será la
circulación en sentido de las agujas del reloj. Las experiencias efectuadas se pueden observar en la
siguiente imagen:
El sentido de la corriente se opone siempre a la variación del campo magnético.
2. Fuerza electromotriz inducida . Ley de Faraday.
Si se produce una corriente eléctrica, como consecuencia del fenómeno anterior, es debido a
que existe una fuerza electromotriz inducida.
Para que se produzca una fuerza electromotriz inducida, es necesario que exista una
modificación del flujo magnético en el tiempo.
El circuito cerrado donde se origina la corriente recibe el nombre de inducido y el campo
magnético es el inductor. El inductor se puede originar por un imán permanente (magneto) un
electroimán (dinamo o alternador), por una bobina recorrida por una corriente alterna, en el caso de
un transformador o por una bobina recorrida por una corriente continua que es interrumpida una
gran cantidad de veces por segundo como ocurre en el carrete de Rühmkorff..
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Un conductor AA´ , que se desplaza hacia la derecha en el
interior de un campo magnético B, dirigido hacia dentro del
plano, a la velocidad constante de v.
La fuerza producida será :
F = q . v . B , ya que v y B son dos
vectores perpendiculares entre si.
La energía necesaria para desplazar la carga será :
W = L.F = L.q.v.B
La f.e.m. generada será:
ξi =
W
q
= L .v .B
La variación de flujo magnético será :
d Φ = B .( - d S) = - B L v dt
d
, en el caso de que se produjera un
dt
número de espiras en el circuito, será :
ξi = -
L
d
dt
La fuerza electromotriz inducida es independiente de las
causas que provocan la variación del flujo y solamente de la
variación del flujo con el tiempo.
ξi = - N
3. Sentido de la corriente inducida: ley de Lenz.
Para determinar el sentido de la corriente inducida, se debe de aplicar la ley de Lenz. La ley
de Lenz indica que el sentido de las corrientes inducidas son tales que sus
accioneselectromagnéticas tienden a oponerse a las causas que las producen.
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Para determinar el sentido de la corriente inducida consiste en aplicar la regla de la mano
derecha: se dispone el dedo pulgar, el índice y el corazón o medio de la mano derecha de tal forma
que se construya un triedro. El pulgar indica el movimiento y el indice el campo, el corazón
indicará el sentido de la corriente.
ξ i=
d (cos ϕ )
dϕ
−d Φ
=−B. S
=B . S sen ϕ
=B . S sen ϕ . ω
dt
dt
dt
4. Corrientes de Foucault.
Las corrientes inducidas se oponen siempre a las causas. Por esta razón, si un conductor
metálico macizo es atravesado por un campo magnético variable se originarán en su interior una
serie de corrientes en torbellino, denominándose corrientes de Foucault que reaccionan contra el
campo que las producen.
Las corrientes de Foucault son corrientes eléctricas, cerradas sobre si mismas,
originadas por inducción en los conductores macizos cuando varía el flujo magnético que los
atraviesa.
Entre las experiencias donde se aprecian las corrientes de Foucault es en el fenómeno que
ocurre cuando un disco de cobre oscila en el interior de un campo magnético, se detiene
rápidamente y lo hace muy lentamente si el disco está seccionado. Las corrientes de Foucault se
opone al campo magnético y por lo tanto termina por pararse.
Los inconvenientes que presentan la presencia de las corrientes de Foucault consiste en la pérdida
de energía por formación de dichas corrientes y en la aparición del calor por el efecto Joule
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Como aplicaciones estriba en la utilización de los hornos de inducción en los que el material que
deseamos calentar se coloca formando un núcleo con un carrete recorrido por corrientes alternas,
consiguiéndose corrientes de Foucault muy intensas , que por efecto Joule consigue fundir al núcleo
metálico.
Para evitar las corrientes de Foucault en los núcleos de hierro de los electroimanes,
transformadores o alternadores, se procura que los núcleos no sean macizos, sino formados por
superposición de láminas de hierro aisladas entre si evitando o minimizando dichas corrientes.
5. Corrientes autoinducidas. Coeficiente de autoinducción.
Cuando un solenoide se conecta a un circuito de corriente continua, unido a un
potenciómetro, al modificar la intensidad se produce por variación del campo magnético una serie
de corrientes inducidas. Una corriente variable provoca en un circuito corrientes inducidas.
Este fenómeno se denomina autoinducción y la fuerza
electromotriz producida es la f.e.m. de autoinducción.
La autoinducción es el fenómeno mediante el cual una
corriente de intensidad variable, que es la corriente
principal, crea en su mismo circuito otra corriente por
inducción que es la corriente autoinducida o
extracorriente
Para calcular su valor, se debe de tener en cuenta que :
dΦ= L dI
L es la constante de proporcionalidad, que recibe el
nombre de coeficiente de autoinducción.
Ξi = -
d
= -L
dt
dI
dt
L es el coeficiente de autoinducción , que se mide en Henrios . (H) . Se define como Henrio
a la autoinducción de un circuito en el que una corriente cuya intensidad varía 1 A en cada segundo
produce por autoinducción la f.e.m. de 1 voltio.
En el caso de una bobina :
N.Φ=L.I
Para calcular el coeficiente de autoinducción de un solenoide, se debe tener en cuenta :
B = μ0
ξi = - N
N.I
L
; d Φ = B . d S = μ0
d
=dt
o.S . N2
L
N . dI . S
L
dI
;; por comparación L =
dt
 o.S . N2
L
Para determinar el sentido de la corriente, hay que tener en cuenta la ley de Lenz, es decir, se
va a oponer a la modificación del flujo magnético, apareciendo las extracorrientes como son las de
apertura y cierre de los circuitos. Se vuelven más intensas si dentro del solenoide se coloca un
núcleo de hierro.
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Las extracorrientes de ruptura o de apertura son mayores que las de cierre, puesto que en
este último caso la intensidad de inducción se suma a la principal.
6. Energía almacenada en los fenómenos de autoinducción.
De la mima forma que un condensador almacena una energía, cuyo valor será :
1
Ep =
C V2
2
1
En el caso de una autoinducción o solenoide, EP =
. L . I2
2
Esta energía almacenada puede convertirse en energía eléctrica o en calor, en el caso
de que el receptor sea una resistencia.
7. Inducción mutua.
Cuando existen dos bobinas próximas (primario y secundario) , la corriente de la bobina
primera origina un flujo magnético que afecta también a la segunda bobina Φ P. Cuando se produce
una variación de corriente en el primario, se produce una variación de flujo en el secundario y da
lugar a una ξ´ inducida que se opone a la variación de flujo y crea una corriente I S en el secundario,
induciendo un flujo y una corriente en el primario. En este caso existen induciones mútuas entre los
dos circuito. La fuerza ξ´recibe el nombre de contraelectromotriz
La inducción mutua se puede considerar como :
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N Φ S = M IP
ξS = - N S
MPS =
Ns . s
Ip
d s
dt
=
= -M
Np.  p
Is
dIp
.
dt
= μ0
Np. Ip . Sp
NS .
Lp
1
Ip
=
Np. Ns . Sp .  o
Lp