INDUCCION ELECTRICA Y ELECTROMAGNETICA


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 Inducir es hacer una cosa y que ocurra otra cosa como reacción a la primera. Por ejemplo, en electricidad podemos crear una corriente eléctrica inducida por un campo magnético (corriente generada como reacción al campo magnético). Por medio de un campo magnético podemos crear una corriente eléctrica, esta corriente se llamará "corriente inducida".

¿Qué es la Inducción Eléctrica?

 La inducción eléctrica es la generación de electricidad como reacción (o mediante, o gracias a..) a otra cosa. La forma más común de generar corriente eléctrica es mediante la inducción electromagnética. Esta es la que vamos a estudiar.

induccion electrica

Induccion Electromagnética

 La inducción electromagnética es generar corriente eléctrica (inducida) por medio de un campo magnético. Pero... ¿Cómo se hace esto? Empecemos por el principio, explicando o recordando primero el campo magnético.

 Recordamos que se llama campo magnético a la región donde el imán tiene efecto magnético. Esta región se puede representar por líneas, llamadas líneas de campo magnético y la cantidad de líneas es la que se conoce como el flujo magnético. Fuera del campo magnético del imán, este no tiene poder de atracción hacia el hierro. Si colocamos un trozo de hierro fuera del campo magnético del imán de la figura de más abajo, el hierro no se vería atraído por el imán. Dentro del campo sí.

campo magnetico induccion
 Para saber más sobre el campo magnético visita: Campo Magnético.

 Ahora ya podemos comenzar a explicar la inducción electromagnética.

¿Quien Descubrió la Inducción Electromagnética?

 Es a Michael Faraday al que se le atribuye el descubrimiento de la inducción electromagnética, el 29 de agosto de 1831.

 Basándose en el descubrimiento de Oersted que descubrió que por un cable por el que circula una corriente eléctrica se crea a su alrededor un campo magnético, es decir el cable tiene propiedades magnéticas, Faraday descubrió lo contrario, que un campo magnético variable que se mueva o varíe cortando a un conductor, hace que se genere una diferencia de potencial (tensión) en los extremos del conductor y que si se cierra por medio de un circuito, por ejemplo conectando el cable a un lámpara, circule corriente por el circuito. En definitiva descubrió como generar electricidad o corriente eléctrica por medio de un campo magnético y un movimiento. Esta corriente se llamará corriente inducida.

 El campo magnético variable puede ser un simple imán en movimiento dentro de una espira, la espira, al conectar a ella un receptor, será el circuito eléctrico por el que circulará la corriente inducida o generada. También sucede si el imán está fijo y el que se mueve es el conductor. Fíjate en los siguientes dibujos de las experiencias de Faraday.

experimento de faraday

 Faraday comprobó que si se movía un conductor por dentro del campo magnético de un imán fijo (sin moverse), se produce una diferencia de potencia (ddp) en los extremos del conductor. El conductor en movimiento al cortar las líneas de fuerza del campo magnético producía el efecto de un campo magnético variable.

 También en el caso contrario, es decir, moviendo un imán sobre un cable o conductor fijo (espira) Faraday comprobó que se producía una diferencia de potencial o tensión en los extremos del conductor debido a que el movimiento del imán produce un campo magnético variable.

 En los dos casos consiguió producir una d.d.p. mediante un movimiento y un campo eléctrico.

 El positivo y el negativo de esta d.d.p dependía del movimiento del conductor dentro del campo
. Por ejemplo, si el conductor subía cortando el campo la ddp tenía una polaridad (+-), y si bajaba por el campo tenía la contraria (-+). La tensión o ddp así generada se llama fuerza electromotriz. Si lo que se mueve es el imán dependía del movimiento del imán dentro de la espira.

 Cuando el conductor, con esa d.d.p., se conecta a un receptor, por ejemplo un lámpara, y se cierra formando un circuito eléctrico, la d.d.p. se convierte en corriente eléctrica, corriente eléctrica inducida. El sentido de la corriente depende del movimiento del conductor dentro del campo. Si sube el conductor por el campo la corriente será en un sentido y si baja circulará en sentido contrario.

conductor con tension y corriente
 Fíjate como cambia la dirección del sentido de la corriente según el conductor corte hacia arriba o hacia abajo las líneas de campo magnético generadas por el imán.

corrientes inducidas

 Además Faraday comprobó que cuanto más rápido el conductor cortaba las líneas del campo magnético del imán, se producía mayor corriente eléctrica inducida en él circuito. Esto demostró que cuanto mayor es el flujo magnético cortado por el conductor (variación del flujo magnético) mayor será la tensión inducida. Lógicamente si el cable del circuito estaba parado no se genera corriente ya que no había variación del flujo magnético.

 Lo que hizo Faraday para crear un circuito, en lugar de un solo cable,  fue algo muy sencillo. En lugar de un cable solo, hizo mover por el campo magnético una espira. Como ves ahora serán dos cables los que se mueven dentro del campo magnético, generándose una tensión en sus extremos.

 Fíjate que el caso de una espira, si la hacemos girar para que se muevan los conductores (ahora son dos) por el campo magnético, cuando uno sube el otro baja, y la corriente por un lado de la espira y por el otro son de sentido contrario.

Ahora podemos conectar los extremos de la espira a un receptor (una bombilla por ejemplo) y crear un circuito, generándose así, o mejor dicho, induciéndose una corriente por el circuito. Corriente variable o también llamada corriente alterna.

induccion electromagnetica

 Podemos averiguar las direcciones de la corriente inducida por un conductor de forma muy sencilla con la "regla de la mano izquierda", tal como ves en la figura:

sentido corriente inducida

 Si volvemos al caso de la espira, resulta que la corriente entre por un lado de la espira y sale por el otro lado. Por ejemplo, por el lado que sube el conductor entra la corriente y por el lado que baja sale la corriente. ¡¡¡Hemos creado nuestra corriente inducida por el circuito!!!. Esto es la Inducción Electromagnética.

 Faraday descubrió la forma de generar una tensión o corriente inducida mediante un campo magnético y un movimiento. Esto fue un gran descubrimiento, ya que hasta ese momento, la gente sólo había sido capaz de producir corriente eléctrica con una batería.

 Ahora Faraday había demostrado que el movimiento podría ser convertido en electricidad. Una electricidad inducida por un campo magnético y un movimiento. Esto fue el principio para la construcción de la Dinamo y el Alternador.

 Otros ejemplos de inducción eléctrica son los transformadores eléctricos y las cocinas de inducción, que se basan en la inducción electromagnética para producir electricidad y finalmente calor. Por supuesto los motores eléctricos también se basan en los fenómenos de inducción electromagnética.

Autoinducción

 Oersted descubrió que un conductor o espira por el que circula una corriente genera a su alrededor un campo magnético. Este campo depende de la intensidad de corriente que circule por el conductor y de su sentido.

autoinduccion

 Si la corriente que circula por la bobina es variable, resulta que el campo producido es variable también y este campo producido por la propia corriente generará otra corriente sobre el conductor o espira de sentido contrario al efecto que lo produce según Lenz (a la corriente que circula por la bobina) ofreciendo una resistencia electrica al paso de la corriente original.

 Este fenómeno se conoce como "Autoinducción" y la corriente así inducida "corriente de autoinducción". Lógicamente la corriente de autoinducción sale de la fuerza electromotriz generada por el propio campo magnético variable que corta los conductores de la bobina y creado por la corriente variable por las espiras, por lo que se llama "fuerza electromotriz de autoinducción".

 La corriente variable puede ser una corriente alterna o una corriente continua que la hagamos variar de alguna manera, por ejemplo por medio de un potenciómetro.

 En corriente alterna hay que tener en cuenta este fenómeno en las bobinas. La resistencia ofrecida por este fenómeno se llama Reactancia Inductiva y depende de un valor llamado coeficiente de autoinducción o Inductancia, que se representa por la letra L y se mide en Henrios.

 XL = L x w = Reactancia inductiva. Se mide en ohmios. L se mide en Henrios y es el coeficiente de autoinducción de la bobina.

Producción de la Corriente Alterna

 Hay que decir que cuando la espira del caso anterior sigue girando, llega un momento que las direcciones de las corrientes cambian, por lo que la corriente que se genera se llama "corriente alterna".

 En la mitad del movimiento de la espira por el campo la corriente tiene un sentido y la otra mitad el contrario. Además la corriente inducida no siempre es la misma, ya que como comprobó Faraday, cuantas más líneas del campo magnético cortaba el conductor más corriente se producía. Podríamos decir que la onda de la corriente (y de la d.d.p.) que se genera durante una vuelta de la espira es la siguiente figura:

corriente inducida
 Este tipo de corriente es la producida por los alternadores y es la que se genera en las centrales eléctricas. La corriente que usamos en los enchufes o tomas de corriente de las viviendas es también de este tipo. La corriente alterna es la más habitual porque es la más fácil de generar y transportar. Normalmente la onda generada es una onda de 50HZ, es decir que se genera un ciclo de la onda 50 veces por cada segundo. Esta onda se conoce como onda alterna senoidal y es la más común ya que es la que tenemos en nuestras casas.

tension alterna onda

 Como vemos pasa 2 veces por 0V (voltios) y 2 veces por la tensión máxima (Vo) que es de 400V (antes 325V). Es tan rápida la velocidad a la que se genera la onda que cuando no hay tensión en los receptores, no se aprecia y no se nota. Además vemos como a los 10ms (milisegundos) la dirección cambia y se invierten los polos, ahora llega a una tensión máxima de -400V (tensión negativa).

 Para aprender a resolver circuitos de corriente alterna te recomendamos este enlace: Circuitos de Corriente Alterna.

 La onda senoidal que genera el alternador tiene en cada instante el mismo valor que la proyección sobre el eje Y del punto donde se encuentra la espira:

valores instantaneos de corriente alterna
 El ángulo de fase φ de una señal alterna es el ángulo que forma el vector que la representa con el origen de ángulos, en el instante inicial. El desfase es el ángulo que la señal considerada presenta respecto a una señal de referencia de la misma frecuencia.

 Veamos los valores más característicos de este tipo de corriente según su curva senoidal.

- Valor Instantáneo:  El valor instantáneo (en un instante cualquiera) de la onda será: v(t) = Vmax·sen (φ)

- Valor máximo: Es el máximo valor que toma la señal alterna durante un ciclo: Vmax

- Valor mínimo: Es el mínimo valor que toma la señal alterna durante un ciclo. Es el mismo que el máximo pero de signo contrario: Vmin (Vmin = -Vmax)

- Valor de cresta o de pico: Para una única señal alterna, coincide con el valor máximo.

- Valor de pico a pico: Es la diferencia de amplitud entre el pico y el valle de la señal. Para una única señal alterna, es la diferencia entre el valor máximo y el valor mínimo.

- Valor eficaz: Es aquel valor que, en las mismas condiciones, produce los mismos efectos caloríficos en una resistencia eléctrica que una magnitud (tensión o intensidad) continua del mismo valor. Matemáticamente es:

 Vefi = Vmáximo/ √2

- Como ya vimos la frecuencia de la onda (f) es el número de ciclos de la onda que se repitan cada segundo y se expresa en Hertzios. suele ser una onda de 50Hz de frecuencia (60Hz en América).

- El periodo (T) es la duración de un ciclo y es la inversa de la frecuencia.

- w es la velocidad angular de la onda o ángulo girado por la onda en la unidad de tiempo (radianes/segundo). 1 ciclo son 2π radianes. 

 w = 2 x π x f. π es el número pi. Se expresa en radianes/segundo.

tension eficaz

- La amplitud de la señal es la distancia entre 2 picos o valles.

 La curva de la tensión generada por un alternador (corriente alterna) y la curva de la intensidad tendrán la misma forma (senoidal) pero con diferentes valores máximos.

 Para saber la diferencia entre la corriente continua y la alterna visita: Corriente Continua y Alterna.
 

Inducción Electromagnética Fórmulas

 La inducción electromagnética tiene magnitudes que nos sirven para medir los diferentes fenómenos de la inducción. Estas magnitudes pueden calcularse a través de las siguientes fórmulas:

induccion electromagnetica formulas



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