Electromagnetismo

Inducción
electromagnética

Espiras en un campo
magnético variable (I)

Espiras en un campo
magnético variable (II)

Demostración de
la ley de Faraday

Acelerador de partículas
El betatrón

Varilla que se mueve
en un c. magnético

Caída de una varilla
en un c. magnético

Movimiento de una
espira a través de
un c. magnético

Corrientes de
Foucault (I)

Corrientes de
Foucault (II)

Inducción homopolar

Autoinducción.
Circuito R-L

Circuitos acoplados

Oscilaciones eléctricas

Elementos de un
circuito de C.A.

Circuito LCR en serie
Resonancia

Medida de la velocidad
de la luz en el vacío

El tranformador

Inducción mutua

Con frecuencia el flujo a través de un circuito varía con el tiempo como consecuencia de las corrientes variables que existen en circuitos cercanos. Se produce una fem inducida mediante un proceso que se denomina inducción mutua.

Para ilustrar este hecho, supongamos que tenemos dos circuitos acoplados formados por una espira y un solenoide tal como se indica en la figura.

Supongamos que el solenoide está formado N espiras, de longitud l y de sección S recorrido por una corriente de intensidad i₁. Denominaremos circuito primario al solenoide y secundario a la espira.

1.- El campo magnético creado por el solenoide (primario) suponemos que es uniforme y paralelo a su eje, y cuyo valor hemos obtenido aplicando la ley de Ampère

2.-Este campo atraviesa la sección de la espira (secundario), el flujo de dicho campo a través de la espira vale.

S es la sección del solenoide, no de la espira, ya que hemos supuesto que fuera del solenoide no hay campo magnético.

3.-Se denomina coeficiente de inducción mutua M al cociente entre el flujo a través del secundario F₂ y la intensidad en el primario i₁.

El coeficiente de autoinducción solamente depende de la geometría de los circuitos y de su posición relativa. La unidad de medida del coeficiente de inducción mutua se llama henry, abreviadamente H, en honor a Joseph Henry.

Corriente inducida

Cuando la intensidad de la corriente i₁ en el primario cambia con el tiempo, se induce en el secundario una corriente i₂ que se opone a los cambios de flujo.

Aplicando la ley de Faraday. derivando respecto al tiempo el flujo que atraviesa el secundario F₂=M·i₁

La fem en el secundario V₂ siempre actúa en el sentido que se opone a la variación del flujo producido por el primario.

El transformador

Hace algo más de un siglo que se inventó este dispositivo que ha hecho posible la distribución de energía eléctrica a todos los hogares, industrias, etc. Si no fuera por el transformador tendría que acortarse la distancia que separa a los generadores de electricidad de los consumidores.

El transformador lo encontramos en muchos lugares, en las lámparas de bajo consumo, cargadores de pilas, en sótanos de edificios, en las centrales hidroeléctricas y otros generadores de electricidad. Su tamaño puede variar desde muy pequeños a enormes transformadores que pueden pesar más de 500 Tm. El primario y el secundario de un transformador tienen el mimo núcleo de hierro que asegura que el flujo a través de cada espira sea el mismo.

Sea j el flujo del campo magnético a través de cada espira.

Si la corriente en el primario i₁ varía con el tiempo se produce en el secundario una fem inducida V₂.

Si cambiamos los papeles de modo que el secundario pase a ser primario y viceversa

Dividiendo ambas expresiones, obtenemos la relación de transformación

Por ejemplo si el secundario tiene N₂=5N₁ resulta que V₂=5V₁, y dicho transformador aumenta en el secundario la tensión del primario y se llama transformador elevador. Para que un transformador sea reductor deberá tener menos espiras en el secundario que en el primario.

Si no hay pérdidas de energía en el proceso de transformación por corrientes de Foucault y otras pérdidas en el núcleo laminado de hierro, se cumplirá que la energía por unidad de tiempo (potencia) en el primario será la misma que en el secundario

Ejemplo

Una radio funciona con corriente de 9V y 360 mA. Si el primario del transformador tiene 440 vueltas. ¿Cuántas hemos de ponerle al secundario? Transformamos una tensión en el primario de 220 voltios a 9 voltios en el secundario

Si no hay pérdidas de energía. La potencia en el primario debe ser igual a la del secundario.

220·i₁=9·360 por lo que i₁=14.7 mA

Al aumentar la tensión disminuye la intensidad, este hecho es empleado para transportar la electricidad a grandes distancias reduciendo las pérdidas por efecto Joule. En una central eléctrica el generador está conectado al primario de un transformador de elevación de tensión, mientras que las líneas de transporte de electricidad están conectadas al secundario. En el primario hay una intensidad alta, con un valor moderado de la tensión. En el secundario, la tensión se eleva hasta cerca de 500 000 V y por consiguiente la corriente en el secundario se reduce en la misma proporción. Como las pérdidas por efecto Joule son proporcionales al cuadrado de la intensidad. Al reducir la intensidad en el secundario se reducen las pérdidas por calentamiento.

En el otro extremo de la línea, debe utilizarse un transformador reductor para disminuir la tensión, de forma que podamos usar la electricidad de forma más cómoda y segura y podamos disponer de una corriente de mayor intensidad.