Analisis de la ley de induccion de Faraday y su uso en la generación de corriente alterna

Generación de Corriente Alterna

Analisis de la ley de induccion de Faraday y su uso en la generación de corriente alterna

Juan Manuel Ladino Hernández
Universidad de Guadalajara
CUCEI
Guadalajara, México
juan.ladino7337@alumnos.udg.mx

Resumen—En 1830 Michael Faraday diseño una ley que permitió explicar como es posible generar corriente alterna a partir de un conductor que se encuentra rotando dentro de un flujo magnético producido por un campo magnético. Este principio a sido utlizado por el ser humano para generar la energia electrica que hoy en dia se utliza en cualquier dispositivo, máquina e incluso las casas habitación donde vivimos. En este documento se analizara el principio de funcionamiento de esta ley y se comprobará mediante un experimento.

Palabras Clave— Campo Magnético, Corriente Alterna, Inducción Electromagnética, Michael Faraday.

La electricidad siempre ha estado presente en la naturaleza, siendo una de sus representaciones más comunes las descargas eléctricas que hacen presencia durante una tormenta eléctrica. Sin embargo en siglos anteriores a nuestra actualidad este fenómeno no tenía explicación alguna debido a la falta de conocimiento en ese entonces.

 A lo largo de la historia se habla de grandes científicos que elaboraron teorías e inclusive realizaron experimentos con el fin de explicar los fenómenos electrostáticos, todas y cada una de estas aportaciones ayudaron a elaborar cada vez mejores planteamientos sobre el fenómeno de la electricidad.

En este documento se centrara en una de las aportaciones más importantes y todavía vigente hecha por Michael Faraday en 1830 la cual se denomina "ley de inducción electromagnética" la cual nos describe el fenómeno de cómo podemos generar voltaje en un elemento conductor a partir de la interacción del flujo producido por un campo magnético, que interactúa con sistema de espiras que rotan en el interior del campo cortando la líneas del campo magnético con lo se produce un diferencial de campo, con lo cual se induce el voltaje. Además se mencionara cuáles son las variaciones que permiten modificar el campo magnético e incluso se realizara un experimento que pruebe la ley de inducción de Faraday, y que muestre como se puede modificar el flujo de campo de esta ley.

1. Ley de Inducción de Faraday

1. Forma Matematica

Todos los artefactos que tenemos en el hogar o que se utilizan en el día a día utilizan energía eléctrica desde el más simple hasta el más complejo, algunos funcionan con baterías (que proporciona corriente directa), pero estas mismas se recargan utilizando corriente alterna por lo cual se comprende la importancia de la misma. La corriente alterna se produce a partir de un generador de corriente llamado alternador.

Un alternador es una máquina eléctrica rotativa cuyo eje se encuentra acoplado al eje de motores que producirán la energía mecánica que se encargara de mover al eje del alternador y con ello se producirá la energía eléctrica a partir de la energía mecánica. Este principio de uso se puede ver en los carros donde el alternador está ligado mediante una banda al eje del motor de combustión interna que es el encargado de producir la energía mecánica, o en grandes rasgos el alternador es acoplado al eje de turbinas en las centrales hidroeléctricas, pero siempre siguiendo el mismo principio de uso que es convertir la energía mecánica en energía eléctrica.

A este tipo de voltaje que se produce a partir de este principio se le denomina alterno por que experimenta variaciones en el tiempo, tanto en su magnitud como en su dirección, dado que forma un semiciclo de señal senoidal positivo y otro negativo.

Para explicar este fenómeno se recurre a la ley de inducción de Michael Faraday que nos dice lo siguiente: “cuando un conductor se mueve dentro de un campo magnético, al cortar las líneas de fuerza de flujo magnética, se induce en él una fuerza electromotriz, que es directamente proporcional a la magnitud de flujo que se corta, e inversamente proporcional al tiempo empleado en hacerlo”.

Cuya expresión matemática se expresa de la siguiente manera:

                                 [pic 1]                                  (1)

Teniendo un imán permanente como elemento responsable de producir un campo magnético entre dos piezas polares que se encuentran en el estator de un alternador y un rotor con un conjunto de "𝑁"espiras que se les hace girar como inducido en el entrehierro de las piezas polares, se obtiene un generador elemental cuyo voltaje inducido lo define la Ley de Inducción Electromagnética de Faraday.                                                                                                                  

1. Generación de Corriente Alterna a partir de la Ecuación

Para generar la corriente alterna se necesita tener un imán que genere un campo magnético que produzca líneas de fuerzas entre sus polos, si ponemos un conductor que corte dichas líneas, se producirá un diferencial de potencial entre los extremos del conductor, ahora si conectáramos los extremos del conductor a un circuito, se produciría una circulación de corriente eléctrica a través del mismo. Esta circulación cambiara sus sentido de acuerdo con la dirección de desplazamiento del conductor dentro del campo magnético.

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