Inducción Electromagnética: Generadores, Corrientes Parasitas y Transformadores

Ley de Lenz

**Ley de Lenz:** Relectura de la Ley de Faraday, fem = -dΦ/dt, que permite entender y obtener fácilmente el sentido de la fem inducida.

**Enunciado:** La fem y la corriente inducida tienen la dirección y sentido tales que tienden a oponerse a la variación que los produce.

Generadores

Generador AC o Alternador

Convierte energía mecánica en eléctrica con fem sinusoidal (AC). Una bobina gira con velocidad angular constante en un campo magnético uniforme. Ángulo de giro θ = ωt.

**Fem inducida es sinusoidal (AC):** fem = -dΦ/dt = -(d/dt)(NBAcos(ωt)) = ωNBAsen(ωt). fem = fem_maxsen(ωt) con fem_max = ωNBA.

Generador de Corriente Continua (DC)

Similar a un generador AC, pero los anillos colectores se cambian por conmutadores de anillo partido giratorios (como en un motor DC).

**Coches antiguos:** Usaban generadores DC. Problemas de desgaste de conmutadores y descargas eléctricas de condensadores.

**Alternadores de coches modernos:** Una pequeña corriente DC (batería) alimenta un electroimán giratorio a través de anillos colectores continuos. El campo magnético variable del rotor induce fem en bobinas fijas (estator), generando corriente AC de salida. El paso de AC a DC se realiza mediante diodos semiconductores.

**Alternador real:** Una bobina rotante produce en su interior un campo magnético horizontal de izquierda a derecha, que imana las placas dentadas unidas a la bobina y las convierte en polos S y N muy cercanos, con líneas de campo entre dientes alternos. El giro del rotor produce un campo magnético variable que induce corriente en bobinas fijas del estator que rodea el rotor.

Corrientes Parasitas o de Foucault

Un bloque de metal sobre el que actúa un campo magnético variable. Considerar cualquier circuito cerrado C: el flujo variable por C induce fem alrededor de C.

**Corrientes parasitas o de Foucault:** El calor se traduce como pérdida de energía.

**Evidencia experimental:** Una lámina de cobre o aluminio bajo un campo magnético intenso. Al sacarla de forma que parte de C está dentro y parte fuera del campo magnético:

• El flujo a través de C disminuye (si es positivo hacia el papel), induce fem en sentido horario, corriente hacia arriba en la región interior.
• El campo magnético sobre la corriente, F_m = Il x B, hacia la izquierda, se opone al movimiento y se nota.

Reducción de Corrientes Parasitas

Aumentar la resistencia de sus posibles caminos, fabricando el material como láminas pegadas o bien separadas entre sí.

Beneficios de las Corrientes Parasitas

• Amortiguar oscilaciones molestas en balanzas.
• Frenado magnético de trenes: un electroimán junto a las ruedas móviles induce corrientes; las corrientes parasitas ejercen una fuerza opuesta a la de avance.
• Detector de metales: bobinas emisoras a diferentes alturas.

Autoinducción en un Circuito

Chispas al abrir o cerrar el interruptor S de un circuito: un brusco cambio de corriente produce una gran fem autoinducida (se opone al cambio de corriente), una gran diferencia de potencial en S, un alto campo eléctrico entre los bordes de S, ruptura dieléctrica del aire, que conduce la electricidad en forma de chispa.

Cerrar el interruptor S: La inductancia L contra la fem hace que la corriente tarde un tiempo t en alcanzar su máximo.

Motor Atrapado

¿Por qué puede quemarse un aparato si el motor se frena mucho? Los motores se diseñan para operar a cierta velocidad para una determinada tensión, considerando la contra fem del circuito. Si se reduce la velocidad de rotación, la contra fem no será tan alta como se espera, la corriente aumenta y se vuelve grande, y los devanados del motor se calientan hasta que se queman.

Transformadores AC

La corriente de la red eléctrica es AC debido a los siguientes factores:

1. La producción es fácil como AC con los sencillos generadores AC.
2. La transmisión a largas distancias minimiza las pérdidas de potencia, para lo que se necesita realizar el transporte con voltaje muy alto (250.000V) de forma que la corriente I = P/V es pequeña y así la potencia sube o baja la tensión fácilmente.

Transformador AC de Subida

Núcleo de hierro dulce (buen ferromagnético), se colocan dos bobinas. La corriente AC por la bobina primaria, con N_p vueltas y tensión AC V_p, crea un campo magnético variable cuyo flujo magnético se atrapa y dirige por el núcleo de forma que entra por la bobina secundaria (N_s > N_p), induciendo en esta una fem AC V_s de la misma frecuencia que en el primario.