Presentacion- Ley_Inducción_Faraday.pptx

ecuaciones de faraday

1. Inducción Electromagnética PhD Jimy Alexander Cortés Osorio

2. Definición de Inducción Electromagnética La inducción electromagnética es la generación de electricidad por la creación de corrientes eléctricas mediante los campos que cambian con el tiempo. Un efecto de la ley de Faraday es que una corriente cambiante en un circuito inducirá un FEM en un segundo circuito.

3. Inducción Electromagnética Cuando el campo magnético generado por la bobina izquierda esa estacionario no aparecía corriente inducida en la bobina derecha. Sin embargo aparecía una corriente momentánea en el instante en que se cerraba el interruptor S de la bobina izquierda, cuando se abría de nuevo volvía a observarse una corriente inducida momentáneamente en la bobina derecha y esta tenia sentido contrario a la primera. Por lo tanto únicamente existía corriente inducida cuando el campo magnético producido por la bobina estaba cambiado.

4. si se introduce un imán recto en la bobina con su polo norte hacia la bobina mientras el imán este en movimiento el galvanómetro se desvía, poniendo en manifiesto que esta pasado una corriente por la bobina . Si el imán se mueve alejándose de la bobina el galvanómetro se desvía nuevamente pero en sentido contrario, lo que quiere decir que la corriente en la bobina ahora esta en sentido contrario Inducción Electromagnética

5. Inducción Electromagnética- Historia Michael Faraday (Newington, Gran Bretaña, 1791 - Londres, 1867) Científico británico, uno de los físicos más destacados del siglo XIX. Faraday logró desarrollar el primer motor eléctrico conocido. En 1831 colaboró con Charles Wheatstone e investigó sobre fenómenos de inducción electromagnética. Observó que un imán en movimiento a través de una bobina induce en ella una corriente eléctrica, lo cual le permitió describir matemáticamente la ley que rige la producción de electricidad por un imán. Henry nació de inmigrantes escoceses que vivían en Albany, Nueva York, el 17 de diciembre de 1797. Durante sus experimentos con el electromagnetismo, Henry descubrió la propiedad de la inductancia en los circuitos eléctricos, que fue reconocida por primera vez aproximadamente al mismo tiempo en Inglaterra por Michael Faraday, quien fue el primero en publicar sobre el tema. En honor a Henry, la unidad SI de inductancia lleva su nombre. Un Henry es igual a la inductancia de un circuito con un voltaje inducido de un voltio y una corriente inductora que cambia un amperio por segundo. Michael Faraday Joseph Henry

6. Campo Magnético alrededor de Carga Q Una partícula cargada Q en movimiento experimenta una fuerza ortogonal F a la velocidad Ven presencia de un campo magnético

7. Ejercicio en clase Halle la fuerza F y la aceleración sobre una partícula de masa m=1.7*10^(-22) kg y carga Q=1.6*10^(-19) C que ingresa ortogonalmente con el campo magnético B=5*10^(-3) T. R/

8. Ley de Faraday Cuando un conductor se mueve a través de un campo magnético, cortando el flujo, se induce un voltaje en el conductor FEM. En forma similar, cuando el flujo cruza un conductor estacionario, también se induce un voltaje. ¡se establece una corriente a pesar de que no existe una batería presente en el circuito!

9. Conductores en Movimiento a Través de Campos Independientes del Tiempo Recordando la fuerza sobre una carga q en un campo magnético que se mueve con velocidad es:   La intensidad de campo eléctrico móvil, se define Cuando un conductor con gran número de cargas libres se mueve a través de un campo Magnético. El campo eléctrico móvil crea una diferencia de potencial entre los dos extremos [a-b] del conductor Para una trayectoria cerrada

10. Conductores en Movimiento a Través de Campos Dependientes del Tiempo Cuando una espira conductora cerrada está en movimiento (esto incluye cambio de forma) y el capo magnético es función del tiempo (como también de la posición), entonces el voltaje total inducido se forma de la contribución de cada una de las dos fuentes de cambio de flujo. La ley de Faraday se convierte en:   Voltaje producido por el cambio del campo Magnético , manteniendo fija la espira.   Voltaje que se produce por el movimiento de la espira manteniendo fijo el campo magnético .  

11. FEM Inducida en una Espira Conductora Recordando el flujo magnético a través de una espira en forma integral: Si una bobina construida de N espiras, con la misma área, y es el flujo magnético a través de una espira, se induce una fem en todas las espiras.   Suponga que una espira que encierra una superficie A se encuentra en un campo magnético uniforme: A partir de esta expresión observe que una fem puede ser inducida en el circuito de varias formas: La magnitud de cambia con el tiempo. El área encerrada por la espira cambia con el tiempo. El ángulo existente entre y la normal a la espira puede cambiar con el tiempo. Cualquier combinación puede presentarse de lo anterior.  

12. Teorema Stoke Es una generalización del teorema de Green en cuanto que relaciona la integral de un campo vectorial sobre una curva cerrada que es borde de una superficie paramétrica simple con la integral de su rotacional en dicha superficie.

13. Ley de Faraday y El Teorema Stokes Ley de Faraday Integral Ley de Faraday Diferencial Teorema Stokes Comparando: Igualando:

14. Ley de Faraday Integral Potencial Eléctrico. Vector Campo Eléctrico Producto punto para calcular potencial eléctrico Campo Magnético Superficie que corta el campo Derivada parcial del flujo magnético (Tasa de cambio del tiempo) Trayectoria en que se realiza el trabajo – Es una línea.

15. Explicación Ley Faraday Diferencial Operador Nabla para calcular el rotacional. Vector campo eléctrico Variación de campo magnético con respecto al tiempo. Producto cruz para calcular el rotacional Campo Magnético.

16. Una bobina constituida de 100 vueltas de alambre. Cada vuelta es un cuadrado de lado L =0.1m y se establece un campo magnético uniforme en dirección perpendicular al plano de la bobina. Si el campo cambia linealmente de 0 a 0.40 T en 0.50 s, ¿cuál es la magnitud de la fem inducida en la bobina mientras el campo varía? : Ejemplo Se evaluará la fem usando la ley de Faraday

17. Ejercicio en clase Una bobina estrechamente enrollada tiene un radio de 4,0 cm, 50 vueltas y una resistencia total de 40Ω. ¿A qué velocidad debe cambiar un campo magnético perpendicular a la cara de la bobina para producir un calentamiento Joule en la bobina a una velocidad de 2,0 mW ?

18. Aplicaciones de la ley de Faraday Generador Motor Eléctrico Transformador Freno Magnético Cocinas de Inducción

19. Heinrich Friedrich Emil Lenz ( Dorpat , 1804 - Roma, 1865) Físico ruso. Profesor y rector de la Universidad de San Petersburgo, estudió el efecto Peltier, la conductividad de los metales y la variación de la resistencia eléctrica con la temperatura. Enunció una ley que permite conocer la dirección y el sentido de la corriente inducida en un circuito eléctrico.

20. Ley de Lenz La corriente inducida en una espira está en la dirección que crea un campo magnético que se opone al cambio en el flujo magnético en el área encerrada por la espira De acuerdo a la ley Ohm El sentido de la corriente depende de la dirección del campo magnético.

21. Ley de Lenz La dirección del campo magnético generado por la corriente inducida obstaculizará el cambio del flujo magnético del campo magnético original.

22. Aplicación de la ley Lenz Un cañón de riel es un lanzador electromagnético de proyectiles que utiliza el principio de Lenz. La varilla conductora se sustituye por un proyectil o un arma para disparar. Hasta ahora, solo hemos oído hablar de cómo el movimiento provoca una fem . En un cañón de riel, la desconexión/reducción óptima de un campo magnético disminuye el flujo entre los rieles, haciendo que fluya una corriente en la varilla (armazón) que sostiene el proyectil. Esta corriente a través del armazón experimenta una fuerza magnética y es impulsada hacia adelante. Sin embargo, los cañones de riel no se utilizan mucho en el ejército debido al alto costo de producción y a las altas corrientes: Se necesita casi un millón de ampere para producir suficiente energía para que un cañón de riel sea un arma eficaz. Cañ ón de Riel

23. Corriente Inducida Transbordador-Satélite por el Campo Magnético Terrestre En 1992 y 1996, se intentó crear grandes fem de movimiento con el transbordador espacial. El satélite atado debía salir por un cable de 20 km de longitud, como se muestra en la figura, para crear una fem de 5 kV al moverse a rapidez orbital a través del campo terrestre. Esta fem podría utilizarse para convertir parte de la energía cinética y potencial del transbordador en energía eléctrica si se pudiera realizar un circuito completo. Campo magnético de la Tierra

24. Ejercicio en clase Calcule la fem de movimiento inducida a lo largo de un conductor de 30,0 km que se mueve a una rapidez orbital de 8,80 km/s perpendicular al campo magnético de 5,00×10−5 T de la Tierra. Pista Aplicar la ley de Lenz

25. REFERENCIAS Yamamoto, Y. (2017). Pull Of History, The: Human Understanding Of Magnetism And Gravity Through The Ages. World Scientific. Inverse-Square Law. Exploratorium. (2022). Retrieved 3 August 2022, from https://www.exploratorium.edu/snacks/inverse-square-law.