Calculo del momento de torsión sobre una espira por la que fluye corriente.

15 TORCA EN UNA ESPIRA O FUERZAS Y MOMENTO DE TORSIÓN EN UNA ESPIRA]
Fuerzas magnéticas sobre una espira                                           Calculo del momento de torsión sobre
por la cual circula una espira                                                          una espira por la que fluye corriente.
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[pic 2][pic 3]

Calculo del momento de torsión sobre una espira por la que fluye corriente

En el croquis se observan las fuerzas que actúan sobre una espira rectangular  por el cual fluye corriente y que se encuentra suspendida.
Las longitudes de los lados a y b, y la corriente I circula por la espira como se indica. Los lados mn y op de la espira tienen una longitud a perpendicular  a la inducción magnética B. Por lo tanto, sobre los lados actúan fuerzas  de igual magnitud y de sentido opuesto. Estas fuerzas son F=BI a y para los otros dos lados la fuerza F=BI b senα
Donde αes el ángulo que los lados np y mo forman con el campo magnético.

Como la espira se encuentra en equilibrio traslacional, la fuerza resultante sobre la espira vale cero. Sin embargo las fuerzas no concurrentes sobre los lados de longitud ‘’a’’ producen un momento de torsión que tiende a hacer girar a la bobina en el sentido de las manecillas de reloj. Cada fuerza produce un momento de torsión igual.

a       Como el momento de torsión es el doble de este valor, el momento de torsión resultante se puede determinar a partir de t=BI(a.x.b)cos.α

Puesto que a x b es el área de A de la espira la ecuación queda  t=BIA     cos.α sustituyendo en la primera ecuación tenemos:
               t=NBIA cos α Ecuación general para calcular el momento de torsión sobre una bobina.
               t=NBIA sen α Ecuación general para calcular el momento de torsión sobre un solenoide.



Dónde:
t= momento de torsión magnético
N= número de vueltas de alambre
B=Densidad de flujo T.
I= Intensidad de la corriente A.
a= lado a
b=lado b
A=área = a x b
α= ángulo que forma el plano de la bobina con el campo.
ᶿ= ángulo que forma el plano del solenoide en el campo [pic 4]

16 GALVANÓMETRO 
El galvanómetro es un instrumento que detecta y mide corrientes eléctricas muy pequeñas.
El galvanómetro de tipo D’ Arsonoval empleado en medidas de corriente continua ( c c ), está constituida por un imán permanente entre cuyos polos existe una bobina  de cuadro móvil suspendida de un hilo de torsión. Cuando no circula corriente por la bobina, el plano del cuando se sitúa paralelamente a la dirección del campo magnético.
Si por la bobina  circula una corriente, las fuerzas  a que se encuentra sometido el cuadro constituyen un par que le obliga a girar un ángulo hasta que sea igual a dicho par con el de torsión del hilo de suspensión, alcanzándose en este momento el equilibrio. El par sobre el cuadro móvil y la desviación angular producida es proporcional a la intensidad de la corriente que circula por la bobina.
               [pic 5]                                                      [pic 6]
                                                Componentes esenciales de un galvanómetro

17.MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA (C.C) O DIRECTA 
Un motor eléctrico  es un dispositivo que transforma la energía eléctrica en energía mecánica
El motor  de c. c. consiste  de una bobina por la que fluye corriente colocada dentro de un campo magnético , la bobina gira continuamente bajo la influencia de un momento de torsión magnético.
Un motor sencillo c. c. está formado por una sola espira suspendida entre dos polos magnéticos, por la cual circula una corriente.      
El momento de torsión  ejercido sobre la espira a través  de la cual fluye corriente disminuye hasta llegar  a cero cuando su plano llega a ser perpendicular al campo magnético. Para que sea posible la rotación continua de la espira, la corriente en la misma se tiene que invertir en forma automática cada vez que esta gira 180°.
Los motores comerciales con mayor número de bobinas en la armadura permiten obtener un momento de torsión mayor y más uniforme.
[pic 7]                                                                [pic 8]
Para invertir la corriente se usa un conmutador de anillos partido. El connmutador sonta de dos segmentos de anillo seccionado cada uno de ellos conectado a cada extremo de la espira y aislados entre si. A medida que la espira gira, cada escobilla toca primero una mitad del anillo y luego la otra. Por consiguiente las conexiones electricasd se invierten a la mitad de cada revolucion en el momento que la espira queda en posicion perpendicular al campo magnético . En esta forma el momento de forsion que actua sobre la espira tienes siempre la misma direccion y la espira girarra continuamente.
MOTOR DE CORRIENTE ALTERNA (C.A.)]
Una de las características de un motor de corriente alterna es el número de polos del rotor. Este dato automáticamente dará el número  de desvanados que tiene el motor. Numero desvanados = Numero de polos x2. Los desvanados que tenga un motor se dividen en dos grupos. Un grupo A y el otro B.  Todos los desvanados de cada grupo están conectados en serie, formando dos grandes desvanados. Estos dos grandes desvanados se diferencian entre sí en que la voltaje que los alimenta están desfasados 90°. Este desfase se logra con un capacitor.
Como en l rotor los polos son fijos y en estator la polaridad de los campos varia, los polos fijos del rotor, siguen las variaciones de polaridad de los devanados del estator. Habrá efectos de atracción y repulsión de campos magnéticos que causara la rotación del rotor. Como el voltaje de alimentación y como consecuencia la velocidad de rotación es constante.




                               [pic 9]          [pic 10]                      [pic 11]

18. LEY DE FARADAY 
La fem inducida en un circuito es directamente proporcional a la rapidez con que cambia el flujo magnético que lo atraviesa o lo envuelve. Matemáticamente se expresa por:
 
ɛ=fem. media inducida (V)                               En una bobina con n número de espiras                        En un conductor recto

ɛ= - -              ɛ= -                                      ɛ= -N                                                                       ɛ=  NBv

ɛ= fem. media inducida expresada en volts(V)                                                             t= tiempo en que se realiza la variación
flujo magnético final medio (Wb)                                                            b= inducción magnética
flujo magnético inicial (Wb)                                                                      v= velocidad
L= longitud del conductor recto
Corriente inducida
Cuando un conductor se mueve a través de líneas de flujo, las fuerzas magnéticas sobre los electrones inducen una corriente eléctrica.]


[pic 17][pic 18]                    [pic 19]                [pic 20] 


La ley de inducción electromagnética de Faraday( o simplemente ley de Faraday) establece que el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito como borde.


19. LEY DE LENZ

El físico ruso Heinrich Lenz (1804-1865), enuncio una ley sobre inducción magnética que lleva su nombre:

Una corriente inducida estará en una dirección tal que producirá una campo magnético que se opondrá al movimiento del campo magnético que lo produce.

[pic 21]                         [pic 22]
El flujo que aumenta a la izquierda                                                       El flujo que disminuye por movimiento
induce flujo a la derecha en la espira.                                                   a la derecha induce flujo a la izquierda en la espira.

Recordemos que cuando inducimos el polo norte de un imán en una bobina induce una corriente que a su vez origina otro campo magnético. El segundo campo produce una fuerza que se opone a la fuerza original. Si se retira el imán se crea una fuerza que se opone a la retirada del imán. E n estas condiciones podríamos expresar la ley de  Lenz en los siguientes términos:

23 INDUCTANCIA MUTUA
Cuando dos bobinas se colocan cerca de la otra,  al pasar una corriente i por una de ellas, creara un campo magnético cuyo flujo penetra a través de la otra, de tal manera que se puede inducir una fem  en cada una por efecto de la otra. La bobina en la que circula la corriente en forma inicial, recibe el nombre de bobina primaria, y en la que se induce una fem, bobina secundaria. El valor de la fem secundaria inducida es directamente proporcional a la rapidez con que cambia la corriente en la bobina primaria y se expresa:
                           Despejando a M                  M=

Dónde:
M=  a la constante que recibe el nombre de inducción mutua del sistema de dos bobinas en (H)

24 TRANSFORMADORES

Un transformador es un dispositivo que se utiliza para aumentar o disminuir el voltaje en un circuito de CA (corriente alterna). Si aumenta o eleva el voltaje se denominan de subida o elevador, si lo disminuyen se denomina de bajada o reductor, y finalmente, los que mantienen el mismo voltaje son llamados de acoplamiento, que son los que únicamente eliminan los picos, garantizando siempre el mismo voltaje.

El transformador se compone de tres partes principales:
∙Una bobina primaria que se conecta a una fuente de CA
∙Una bobina secundaria
∙Un núcleo de hierro dulce  
Las dos bobinas son independientes una de la otra y están enrolladas sobre un núcleo de hierro, generalmente laminado.
Recibe el nombre de bovinas primaria, la que está conectada a la fuente de voltaje de corriente alterna y de bobina secundaria aquella donde la corriente es inducida.

El voltaje está en proporción al número de espiras.

El principio del transformador se basa a en la inducción mutua con el uso de la corriente alterna.

El transformador es otro invento realizado por Faraday, que funciona por inducción magnética .Como ya señalamos, la mayor cantidad de energía eléctrica utilizada en nuestros hogares, es producida por generadores de corriente alterna, pues su voltaje puede aumentar o disminuirse fácilmente mediante un transformador. Este eleva el voltaje de la corriente en las plantas generadoras de energía y después lo reduce en los centros de consumo. Dicha característica es la principal venta de corriente alterna sobre una continua.

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En las figuras se muestra un transformador elevador. La bobina primaria esta transformada por 4 espiras y la secundaria por once espiras con un foco integrado sin concectarse a ninguna fuente. Cuando por la bobina ‘’a’’ circula una corriente alterna, se observa que el foco se enciende , aunque no esta concectado a ninguna fuente . Ello se debe a que circula una corriente en la bobina ‘’a’’ que genera un campo magnetico, cuya intensidad varia contsantemente de valor debido al cambio de la corriente en cada alternativa, pues va de cero hasta alcanzar un valor maximo y despues disminuye para alcanzar otra vez cero. Con lo cual ocasiona un campo magnetico variable.

Sin embargo, como el transformador el voltaje no cambia ni su frecuen cia, el efecto que se presenta es la disminucion en la intensidad de corriente de la B.[pic 28][pic 29][pic 30][pic 31][pic 12][pic 13][pic 14][pic 15][pic 16][pic 23][pic 24]

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