¿Cómo funciona la inducción electromagnética?

Si el cable se enrolla en una bobina, el campo magnético se intensifica enormemente produciendo un campo magnético estático a su alrededor que forma la forma de un imán de barra que da un polo norte y sur distintivo.

Bobina hueca con núcleo de aire

El flujo magnético desarrollado alrededor de la bobina es proporcional a la cantidad de corriente que fluye en los devanados de las bobinas como se muestra. Si se enrollan capas adicionales de alambre sobre la misma bobina con la misma corriente que fluye a través de ellas, la fuerza del campo magnético estático aumentaría.

Por lo tanto, la intensidad del campo magnético de una bobina está determinada por las vueltas de amperes de la bobina. Con más vueltas de cable dentro de la bobina, mayor será la fuerza del campo magnético estático a su alrededor.

Pero, ¿qué pasa si invertimos esta idea desconectando la corriente eléctrica de la bobina y en lugar de un núcleo hueco colocamos un imán de barra dentro del núcleo de la bobina de alambre? Al mover este imán de barra “dentro” y “fuera” de la bobina, el movimiento físico del flujo magnético en su interior induciría una corriente hacia la bobina.

Del mismo modo, si mantenemos estacionario el imán de barra y movemos la bobina hacia adelante y hacia atrás dentro del campo magnético, se inducirá una corriente eléctrica en la bobina. Luego, ya sea moviendo el cable o cambiando el campo magnético, podemos inducir un voltaje y una corriente dentro de la bobina y este proceso se conoce como inducción electromagnética y es el principio básico de operación de transformadores, motores y generadores.

La inducción electromagnética fue descubierta por primera vez en la década de 1830 por Michael Faraday . Faraday notó que cuando movía un imán permanente dentro y fuera de una bobina o un solo bucle de cable, inducía una Fuerza Electromotriz o fem, en otras palabras, un Voltaje y, por lo tanto, se producía una corriente.

Entonces, lo que descubrió Michael Faraday fue una forma de producir una corriente eléctrica en un circuito utilizando solo la fuerza de un campo magnético y no baterías. Esto conduce a una ley muy importante que vincula la electricidad con el magnetismo, la Ley de Inducción Electromagnética de Faraday . ¿Entonces, cómo funciona esto?.

Cuando el imán que se muestra a continuación se mueve “hacia” la bobina, el puntero o la aguja del galvanómetro, que es básicamente un amperímetro de bobina móvil centrado en cero muy sensible, se desviará de su posición central en una sola dirección. Cuando el imán deja de moverse y se mantiene estacionario con respecto a la bobina, la aguja del galvanómetro vuelve a cero ya que no hay movimiento físico del campo magnético.

Del mismo modo, cuando el imán se mueve “lejos” de la bobina en la otra dirección, la aguja del galvanómetro se desvía en la dirección opuesta con respecto a la primera que indica un cambio en la polaridad. Luego, moviendo el imán hacia adelante y hacia atrás hacia la bobina, la aguja del galvanómetro se desviará hacia la izquierda o hacia la derecha, positiva o negativa, en relación con el movimiento direccional del imán.

Inducción electromagnética por un imán en movimiento

Del mismo modo, si el imán ahora se mantiene estacionario y SOLO la bobina se mueve hacia o desde el imán, la aguja del galvanómetro también se desviará en cualquier dirección. Entonces, la acción de mover una bobina o bucle de alambre a través de un campo magnético induce un voltaje en la bobina con la magnitud de este voltaje inducido que es proporcional a la velocidad o velocidad del movimiento.

Entonces podemos ver que cuanto más rápido sea el movimiento del campo magnético, mayor será la fem o voltaje inducido en la bobina, por lo que para que la ley de Faraday se mantenga verdadera debe haber “movimiento relativo” o movimiento entre la bobina y el campo magnético y El campo magnético, la bobina o ambos pueden moverse.

Ley de inducción de Faraday

A partir de la descripción anterior, podemos decir que existe una relación entre un voltaje eléctrico y un campo magnético cambiante, según el cual la famosa ley de inducción electromagnética de Michael Faraday dice: “que se induce un voltaje en un circuito cuando existe un movimiento relativo entre un conductor y un imán campo y que la magnitud de este voltaje es proporcional a la tasa de cambio del flujo “.

En otras palabras, la inducción electromagnética es el proceso de usar campos magnéticos para producir voltaje y, en un circuito cerrado, una corriente.

Entonces, ¿cuánto voltaje (fem) puede inducirse en la bobina usando solo magnetismo? Bueno, esto está determinado por los siguientes 3 factores diferentes.

  • 1) Aumento del número de vueltas de cable en la bobina: al aumentar la cantidad de conductores individuales que cortan el campo magnético, la cantidad de fem inducida producida será la suma de todos los bucles individuales de la bobina, por lo que si hay 20 vueltas en la bobina habrá 20 veces más fem inducida que en una sola pieza de alambre.
  • 2) Aumento de la velocidad del movimiento relativo entre la bobina y el imán: si la misma bobina de cable pasa a través del mismo campo magnético pero aumenta su velocidad o velocidad, el cable cortará las líneas de flujo a una velocidad más rápida, por lo que la fem se induce más Sería producido.
  • 3) Aumento de la fuerza del campo magnético: si la misma bobina de alambre se mueve a la misma velocidad a través de un campo magnético más fuerte, se producirá más fem porque hay más líneas de fuerza para cortar.

Si pudiéramos mover el imán en el diagrama anterior dentro y fuera de la bobina a una velocidad y distancia constantes sin parar, generaríamos un voltaje inducido continuamente que alternaría entre una polaridad positiva y una polaridad negativa produciendo una salida alterna o de CA voltaje y este es el principio básico de cómo funciona un generador similar a los utilizados en dinamos y alternadores de automóviles.

En pequeños generadores, como una dinamo de bicicleta, un pequeño imán permanente gira por la acción de la rueda de la bicicleta dentro de una bobina fija. Alternativamente, se puede hacer que un electroimán alimentado por un voltaje de CC fijo gire dentro de una bobina fija, como en los grandes generadores de energía que producen en ambos casos una corriente alterna.

Generador simple usando inducción magnética

El generador de tipo dinamo simple anterior consiste en un imán permanente que gira alrededor de un eje central con una bobina de alambre colocada al lado de este campo magnético giratorio. A medida que el imán gira, el campo magnético alrededor de la parte superior e inferior de la bobina cambia constantemente entre un polo norte y un polo sur. Este movimiento de rotación del campo magnético da como resultado que se induzca una fem alterna en la bobina, según lo define la ley de inducción electromagnética de Faraday.

La magnitud de la inducción electromagnética es directamente proporcional a la densidad de flujo, β el número de bucles que dan una longitud total del conductor, l en metros y la velocidad o velocidad, ν a la cual el campo magnético cambia dentro del conductor en metros / segundo o m / s, dando por la expresión de fem de movimiento:

Expresión de fem motivacional de Faraday

Si el conductor no se mueve en ángulo recto (90 °) al campo magnético, entonces el ángulo θ ° se agregará a la expresión anterior dando una salida reducida a medida que aumenta el ángulo:

Ley de Lenz de inducción electromagnética

La Ley de Faraday nos dice que la inducción de un voltaje en un conductor se puede hacer pasando a través de un campo magnético o moviendo el campo magnético más allá del conductor y que si este conductor forma parte de un circuito cerrado, fluirá una corriente eléctrica. Este voltaje se denomina fem inducida, ya que ha sido inducida al conductor por un campo magnético cambiante debido a la inducción electromagnética con el signo negativo en la ley de Faraday que nos indica la dirección de la corriente inducida (o polaridad de la fem inducida).

Pero un flujo magnético cambiante produce una corriente variable a través de la bobina que producirá su propio campo magnético como vimos en el tutorial de Electromagnets. Esta fem autoinducida se opone al cambio que la está causando y cuanto más rápida sea la tasa de cambio de corriente, mayor será la fem opuesta. Esta fem autoinducida, según la ley de Lenz, se opondrá al cambio de corriente en la bobina y, debido a su dirección, esta fem autoinducida generalmente se denomina backefef .

La Ley de Lenz establece que: “la dirección de una fem inducida es tal que siempre se opondrá al cambio que la está causando”. En otras palabras, una corriente inducida siempre se OPONERÁ al movimiento o cambio que inició la corriente inducida en primer lugar y esta idea se encuentra en el análisis de Inductancia.

Del mismo modo, si el flujo magnético disminuye, la fem inducida se opondrá a esta disminución generando un flujo magnético inducido que se suma al flujo original.

La ley de Lenz es una de las leyes básicas en la inducción electromagnética para determinar la dirección del flujo de las corrientes inducidas y está relacionada con la ley de conservación de la energía.

De acuerdo con la ley de conservación de la energía que establece que la cantidad total de energía en el universo siempre permanecerá constante ya que la energía no se puede crear ni destruir. La ley de Lenz se deriva de la ley de inducción de Michael Faraday.

Un comentario final sobre la Ley de Lenz con respecto a la inducción electromagnética. Ahora sabemos que cuando existe un movimiento relativo entre un conductor y un campo magnético, se induce una fem dentro del conductor.

Pero el conductor puede no ser parte del circuito eléctrico de las bobinas, pero puede ser el núcleo de hierro de las bobinas o alguna otra parte metálica del sistema, por ejemplo, un transformador. La fem inducida dentro de esta parte metálica del sistema hace que una corriente circulante fluya a su alrededor y este tipo de corriente central se conoce como corriente de Foucault .

Las corrientes de Foucault generadas por la inducción electromagnética circulan alrededor del núcleo de las bobinas o de cualquier componente metálico de conexión dentro del campo magnético porque para el flujo magnético actúan como un solo bucle de cable. Las corrientes de Foucault no contribuyen en nada a la utilidad del sistema, sino que se oponen al flujo de la corriente inducida actuando como una fuerza negativa que genera calentamiento resistivo y pérdida de potencia dentro del núcleo. Sin embargo, existen aplicaciones de hornos de inducción electromagnética en las que solo se utilizan corrientes parásitas para calentar y fundir metales ferromagnéticos.

Eddy Corrientes circulando en un transformador

El flujo magnético cambiante en el núcleo de hierro de un transformador anterior inducirá una fem, no solo en los devanados primario y secundario, sino también en el núcleo de hierro. El núcleo de hierro es un buen conductor, por lo que las corrientes inducidas en un núcleo de hierro sólido serán grandes. Además, las corrientes parásitas fluyen en una dirección que, según la ley de Lenz, actúa para debilitar el flujo creado por la bobina primaria. En consecuencia, la corriente en la bobina primaria requerida para producir un campo B dado aumenta, por lo que las curvas de histéresis son más gordas a lo largo del eje H.

Laminando el núcleo de hierro

Las pérdidas por corriente parásita e histéresis no pueden eliminarse por completo, pero pueden reducirse considerablemente. En lugar de tener un núcleo de hierro sólido como material del núcleo magnético del transformador o bobina, el camino magnético es “laminado”.

Estas laminaciones son tiras muy delgadas de metal aislado (generalmente con barniz) unidas para producir un núcleo sólido. Las laminaciones aumentan la resistencia del núcleo de hierro, lo que aumenta la resistencia general al flujo de las corrientes parásitas, por lo que se reduce la pérdida de potencia de la corriente parásita inducida en el núcleo, y es por esta razón por la cual el circuito magnético de hierro de los transformadores y las máquinas eléctricas están todas laminadas.

Una corriente variable en el tiempo en el conductor de “fuente” establece un campo electromagnético variable en el tiempo cerca de ese conductor. Si otro conductor (el “sumidero”) se coloca en ese campo variable en el tiempo, el campo inducirá una corriente variable en el tiempo para fluir en ese conductor del sumidero. Esa corriente puede usarse para varias cosas, como cargar una batería. Podemos utilizar materiales ferromagnéticos (como el hierro o la ferrita) para “enfocar” el campo electromagnético de tal manera que conectemos de manera más eficiente la energía de la fuente al sumidero.

La parte “variable en el tiempo” es importante. No funcionará con corrientes constantes. En el caso más simple, la dependencia del tiempo es sinusoidal, pero no es necesario que lo sea.

La inducción electromagnética funciona aplicando las propiedades del magnetismo.

Cuando la corriente pasa a través de un trozo de cable o fluye por él, se crea un campo magnético alrededor de ese trozo de cable … y el corolario es

Cuando las líneas de fuerza magnéticas son cortadas por un conductor eléctrico, el campo magnético induce el flujo de corriente en ese conductor …

Los mismos principios se aplican a lo que se llama la acción del transformador a través de la inducción magnética … ¡Donde los devanados de bobinas separados parecen estar conectados eléctricamente entre sí simplemente al estar cerca uno del otro y, por lo tanto, estar acoplados magnéticamente!

Cuando la electricidad viaja a través de los conductores, genera un campo magnético (flujo) que rodea al conductor. Si dobla los dedos sobre la mano izquierda y saca el pulgar hacia arriba como un pulgar hacia arriba, el campo se mueve alrededor del conductor en la dirección en que se curvan los dedos (como si estuviera agarrando el conductor) si la corriente viaja en la dirección de su pulgar puntos. Si la ruta de este flujo se cruza con material conductor, altera la ruta del flujo a medida que los electrones viajan a través del nuevo material. Si este conductor está cerca de otro conductor, el flujo del primero inducirá un flujo en el segundo. Esto provocaría que una corriente fluya a través del segundo en la dirección opuesta con respecto al primero. Esto se debe a que el flujo del segundo conductor rotará en la dirección opuesta. Es similar a cómo dos engranajes en contacto giran en direcciones opuestas. Esto se llama inducción magnética y es lo que se usa para cargar dispositivos de forma inalámbrica o activar chips NFC o llaveros de puertas.

Electricidad, magnetismo, gravedad son tres fenómenos que no se entienden. En condiciones muy limitadas y limitadas, hemos observado lo que ocurre cuando proporciona ciertas cosas. Entonces, explicar cómo funciona la inducción es complicado, y por qué funciona es aún más complicado. Newton estaba incómodo con la gravedad y su acción espeluznante a distancia, la inducción es acción espeluznante a distancia. El hombre ahora ha inventado conceptos como “Campos” que interactúan entre sí (o aparentemente no lo hacen, campo magnético y campo de gravedad). Un campo magnético producido en un cable metálico “viaja” a través del espacio (aún no sabemos qué es el espacio) e induce (provoca) un campo magnético en otro cable metálico. Sé que muchos hombres de ciencia gritarán blasfemias ante esto y tratarán de decir que lo saben todo (¿Galileo y La Iglesia Católica suena alguna campana?). ¡Salud!

Cuando la corriente fluye a través de un conductor, las líneas magnéticas de flujo se irradian desde el conductor. Cuando las líneas magnéticas de flujo cruzan a través de un conductor, induce una corriente en el conductor. Ese es un principio de un generador, un ejemplo simple, tiene una bobina de cable con un imán giratorio en el centro e inducirá corriente en la bobina y en los dos extremos del cable de la bobina tendrá un voltaje entre ellos.

Envuelva varias bobinas de alambre alrededor de una varilla de hierro, conecte el cable a una batería – proceda a “recoger” varios pasadores de acero sobre la mesa – – Acaba de inducir el “magnetismo” en la varilla

Visita Inducción electromagnética – Wikipedia

Los electrones en movimiento producen un campo magnético y, recíprocamente, un campo magnético mueve electrones.