Motores eléctricos

"El funcionamiento de esta máquina eléctrica rotativa como generador (dinamo o dínamo) ya está claro, a la luz de los efectos de Oersted y de Faraday."

La interacción entre la corriente que aplicamos en los conductores de los devanados del inducido (rotor) y el campo magnético originado en el inductor (estator), genera el movimiento esperado en un motor eléctrico (efecto Faraday).

Sin embargo, el funcionamiento como motor eléctrico encierra un concepto un poco más complejo: la fuerza electromotriz inducida QUE SE OPONE a la tensión aplicada al motor para hacer que éste funcione. Es decir, además de provocar el buscado movimiento rotativo utilizando el principio de Faraday, nos encontramos con que en los devanados del rotor se induce una corriente eléctrica debido al movimiento de las espiras del rotor en el seno del campo magnético del estator. Dado que esta fuerza electromotriz generada en los devanados del rotor (inducido) SE OPONE a la tensión aplicada de manera externa, es necesario aumentar ligeramente la tensión nominal calculada para que el giro se mantenga. Así que denominaremos a esta FEM como FUERZA CONTRAELECTROMOTRIZ, o “fcem”.

Cristian Serrano Ramos

Jhorman González Pilonieta

Fuentes:http://www3.gobiernodecanarias.org/medusa/ecoblog/jlorsal/2014/02/28/1235/#sthash.X1Ez5AL9.dpbs

Magnetismo en la Materia

La palabra magnetismo procede del nombre de una región griega llamada Magnesia, en la que abundaba un mineral, hoy conocido como la "magnetita", que presenta características magnéticas. Un imán es un cuerpo que tiene la propiedad de atraer ciertos objetos metálicos.

Materiales magnéticos.
Son aquellos que pueden ser atraídos o repelidos por un imán y que, a su vez, pueden ser magnetizados. El hierro y el acero son los materiales magnéticos mas comunes. Los imanes permanentes se hacen con materiales magnéticos duros, que como el acero al cobalto, conservan su magnetismo al retirárselas el campo. Un imán temporal es el que no tiene la capacidad de conservarse magnetizado al retirarse el campo magnetizador. Se llama permeabilidad a la capacidad de conservación del flujo magnético por un material.
Podemos considerar elementos magnéticos a aquellos elementos de la tabla periódica que tienen electrones desapareados. El magnetismo es dipolar, es decir, existen dos polos magnéticos separados por una determinada distancia. Las propiedades magnéticas, son las determinadas respuestas de un material al campo magnético.
La clasificación de los materiales como magnéticos o no magnéticos se basan en las intensas propiedades magnéticas del hierro. La clasificación incluye 3 grupos: 

1. Mat. Ferromagnéticos: 

Un material ferromagnético está compuesto de varios imanes microscópicos conocidos como dominios. Cada dominio es una región del imán, que consiste de numerosos dipolos atómicos, todos apuntando en la misma dirección. Un fuerte campo magnético alineará los dominios de un ferroimán o, en otras palabras, lo magnetiza. Una vez que se remueve el campo magnético, los dominios permanecerán alineados, resultando un imán permanente. Este efecto se conoce como histéresis. Estos incluyen al hierro, acero, níquel, cobalto y aleaciones comerciales como el alnico y permalloy. Las ferritas son materiales no magnéticos que tienen las mismas propiedades ferromagnéticas que el hierro.

2. Mat. Paramagnéticos: 

El paramagnetismo se produce cuando las moléculas de una sustancia tienen un momento magnético permanente. El campo magnético externo produce un momento que tiende a alinear los dipolos magnéticos en la dirección del campo. La agitación térmica aumenta con la temperatura y tiende a compensar el alineamiento del campo magnético. En las sustancias paramagnéticas la susceptibilidad magnética es muy pequeña comparada con la unidad. En estos se incluyen el aluminio, platino, manganeso y cromo.

3. Mat. Diamagnéticos: 
Algunos materiales son ferromagnéticos; sin embargo, todas las sustancias tienen una naturaleza diamagnética. Diamagnetismo significa que las moléculas dentro de una sustancia se alinearán en presencia de un campo magnético externo. El campo magnético externo induce corrientes dentro del material, que resultan en un campo magnético interno en dirección opuesta. Este efecto es generalmente muy pequeño y desaparece cuando el campo magnético externo es removido. Se encuentran el bismuto, antimonio, cobre, zinc, oro, mercurio y plata.

Se distinguen entre materiales magnéticos blandos y materiales magnéticos duros. 
1. Mat. Magnéticos blandos: Aquellos que se pueden desmagnetizar. 
2. Mat. Magnéticos duros: Aquellos que no se pueden desmagnetizar.

Chrystiam Camilo Esquivel Rangel

Bryan Fernando Carvajal Torres

Karen Lucía Castellanos Caicedo 

Ley de Ampère

La corriente eléctrica es una fuente de campo magnético. Entendemos a corriente eléctrica como movimiento de cargas por unidad de tiempo. Sabemos que al hacer circular una corriente por un alambre se genera un campo magnético alrededor de el.

¿Pero, Existe alguna relación entre una corriente en un alambre de cualquier forma y el campo magnético en torno a él?

André Marie Ampère (1775-1836) Matemático y Físico Francés.

André Marie Ampère propuso la siguiente relación:

Si se toma una trayectoria cerrada alrededor de la corriente de manera arbitraria como en  la figura, podemos decir que esa trayectoria esta constituía por segmentos de longitud ∆l. Estos segmentos se multiplican por la magnitud del campo paralelo a la trayectoria y si se hace la sumatoria de estos segmentos tenemos:

Por lo tanto la ley de Ampere nos relaciona el campo magnético con la corriente eléctrica de una manera directa.

Una aplicación de la ley e ampere son los solenoides que es un alambre conducto en forma de bobina helicoidal apretada que se enrolla muchas veces. Si se hace circular una corriente por el alambre se producirá un fuerte campo magnético.

Gracias a éste fenómeno funcionan algunos timbres, por ejemplo, imaginemos que tenemos un circuito con un solenoide y un botón que activa el paso de corriente por el circuito. Cano se activa el paso e corriente la bobina produce una fuerza magnética capaz de atraer algún metal, en este caso la varilla de hierro que golpeará la campana el timbre.

Cristian Serrano Ramos
Jhorman González Pilonieta

QuantumLevitation

JAVIER ANDRES PEREZ GOMEZ
MARIA ALEJANDRA GUTIERREZ PALENCIA
WILMER ANDREY CACERES

Inductancia de un solenoide

Inductancia de un Solenoide

En un circuito existe una corriente que produce un campo magnético ligado al propio circuito y que varía cuando lo hace la intensidad. Por lo tanto cualquier circuito en el que exista una corriente variable producirá una fem inducida que denominamos fuerza electromotriz inducida.

           

Supongamos un solenoide de N espiras de longitud (l) de sección transversal A recorrido por una corriente de intensidad i.

 

Se denomina coeficiente de auntoinduccion  L al cociente entre el flujo propio ф-m y la intensidad i.

Del mismo modo que la capacitancia, el coefiente de autoinduccion solamente depende de la geometria del circulo y de las propiedades magneticas de la susteancia que se coloca en el interior del solenoide.

Yohan Suárez Barajas

Brayan Suárez Duarte

Angélica Silva Pinto

Potencia Reactiva Capacitiva

Es toda aquella potencia desarrollada en un circuito capacitivo. Considerando el caso ideal de que un circuito pasivo contenga únicamente un capacitor (R = 0; Xl = 0; Xc ≠ 0) al que se aplica una tensión senoidal de la forma U(t) = Umáx*sen w*t, la onda correspondiente a la corriente I, que permanentemente carga y descarga al capacitor resultará 90º adelantada en relación a la onda de tensión aplicada.

Por dicha razón también en este caso el valor de la potencia posee como curva representativa a una onda senoidal de valor oscilante entre los valores cero y (Umáx*Imáx)/2 en sentido positivo y negativo.

Las alternancias de dicha onda encierran áreas positivas correspondientes a los períodos en que las placas del capacitor reciben la carga de la red; significando los períodos negativos el momento de descarga del capacitor, que es cuando se devuelve a la red la totalidad de la energía recibida. En esta potencia también la suma algebraica de las áreas positivas y negativas es nula dado que dicha áreas son de igual y opuesto valor. La potencia activa vale cero, y por existir como único factor de oposición la reactancia capacitiva del circuito la intensidad eficaz que recorre al mismo vale:

Diagrama de un circuito puramente capacitivo en el cual la tensión atrasa 90º respecto de la corriente.








Holger Gomez Calderon.

Aplicaciones del movimiento de partículas cargadas en un campo magnético.

    Aplicaciones del movimiento de partículas cargadas en un campo magnético.
       
Experimento de e/m de Thomson.

 Al finalizar el siglo XIX se realizó uno de los experimentos cruciales de la física: J. J. Thomson (1856-1940) usó la idea que se acaba de describir para medir la razón que hay entre la carga y la masa del electrón. Para este experimento, efectuado en 1897 en el laboratorio Cavendish, en Cambridge, Inglaterra, Thomson utilizó el aparato que se ilustra en la figura. En un contenedor de vidrio al alto vacío se aceleraron electrones provenientes del cátodo caliente, para formar un haz mediante una diferencia de potencial V entre los dos ánodos Ay La rapidez v de los electrones estaba determinada por el potencial de aceleración V. La energía cinética es igual a la pérdida de energía potencial eléctrica eV, donde e es la magnitud de la carga del electrón:

 (1)

Los electrones pasan entre las placas P y P' y chocan contra la pantalla al final del tubo, que está recubierto de un material que emite brilla en el lugar del impacto. Cuando se satisface:

 (2)

 los electrones viajan en línea recta entre las placas; al combinar esto con la ecuación (1):

Todas las cantidades en el lado derecho se pueden medir, así que se determina la razón e>m de la carga a la masa. Con este método no es posible medir e ni m por separado, solo su proporción. En las mediciones de e>m de Thomson, el descubrió un valor único para tal cantidad, el cual no dependía del material del cátodo, del gas residual en el tubo ni de algo más en el experimento. Esta independencia demostró que los electrones, son un constituyente común de toda la materia. De ahí Thomson obtiene el crédito por descubrir el electrón. También descubrió que la rapidez de los electrones en el haz era cerca de un décimo de la rapidez de la luz, mucho mayor que cualquier otra rapidez que se hubiera medido antes para una partícula material.

El valor más preciso de e>m disponible hasta el momento de escribir este libro es

 

En esta expresión, el (15) indica la incertidumbre probable en los dos últimos dígitos, 12. Quince años después de los experimentos de Thomson, el físico estadounidense Robert Millikan tuvo éxito en medir con precisión la carga del electrón. Este valor, junto con el valor de e>m nos permite determinar la masa del electrón. El valor más preciso disponible en la actualidad es

Fernando Andres Perez Pallares

Daniel de Jesús Martinez

Nicolas Silva

Rectificadores

RECTIFICADORES.

Lo que hace el rectificador es convertir la corriente alterna que sale del secundario del transformador a corriente continua, lo que pasa es que esta corriente aún no es totalmente continua, si no que consta de una parte continua y una parte alterna; el rectificador esta constituido por diodos, de los que se aprovecha la propiedad que tienen de conducir la corriente eléctrica en un solo sentido, cuando conducen se dice que están polarizados en forma directa y cuando no conducen se dice que están polarizados en forma inversa.

La corriente alterna en un momento tendrá valores positivos, luego de un tiempo tendrá valores negativos, su valor de voltaje irá alternando en el tiempo, ademas pasado un tiempo sus valores de voltaje se repiten y es a ese tiempo que tardan en repetirse esos valores a lo que se le llama periodo, de ahí que se diga que la corriente alterna es periódica, y a la inversa de este tiempo se le conoce como frecuencia,   la imagen que  sigue es una muestra de como se observa en el osciloscopio la corriente alterna variando en el tiempo.

En la imagen anterior se observa que la corriente alterna es una onda senoidal; lo que se ve y se puede medir en el osciloscopio es lo que se conoce como voltaje pico (Vp), el voltaje pico pico (Vpp), y el periodo (T); para continuar, será necesario conocer algunos términos que se utilizarán muchas veces, para ello se recurre a la siguiente imagen:

La parte de la alterna que se repite se conoce como ciclo, el periodo es la medida del tiempo que transcurre para que se complete un ciclo, normalmente en milisegundos (ms), la frecuencia es la inversa del periodo e indica cuantos ciclos ocurren en un segundo, se mide en Hz; por ejemplo si la corriente alterna que llega de  la red eléctrica tiene una frecuencia de 50Hz, este valor indica que se repiten 50 ciclos cada segundo, de aquí se obtiene que el periodo de cada ciclo será 1/(50Hz) lo cual da 20ms, es decir que cada ciclo de la corriente alterna que llega de la red eléctrica tardará 20ms en completarse.

La tensión alterna tiene un valor de continua de cero, esto es que tiene un valor medio de cero, si se mide la tensión alterna con un multitester al cual se le ha puesto para medir tensión continua, se leerá un valor de cero, en cambio si se pone el multitester para medir tensión alterna, lo que se mide es el valor eficaz de la tensión alterna de la que su representación matemática es:

Fernando Andrés Pérez Pallares 

Daniel De Jesús Martínez Vega 

Nicolas Silva

Aplicaciones de la Ley de Faraday

Interruptor por fallas a tierra

El interruptor por fallas a tierra (GFCI, por sus siglas en inglés) es un dispositivo que protege a los usuarios de aparatos electrodomésticos contra descargas eléctricas. Su operación utiliza la ley de Faraday. En el GFCI que se muestra en la figura de la derecha, el alambre 1 se dirige de la toma de energía en la pared al aparato electrodoméstico que se va a proteger y el alambre 2 se dirige del aparato electrodoméstico de regreso a la toma de corriente en la pared. En un anillo de hierro que rodea ambos alambres se ha enrollado una bobina de detección. Ya que las corrientes en los alambres están en direcciones opuestas y de igual magnitud, no se genera un campo magnético alrededor de los alambres. Sin embargo, si la corriente de vuelta en el alambre 2 cambia, es decir, si las dos corrientes no son iguales, las líneas del campo magnético existen alrededor del par de alambres. (Esto puede ocurrir, por ejemplo, si el aparato electrodoméstico se moja, permitiendo que se fugue una corriente a tierra.) En consecuencia, el flujo magnético neto a través de la bobina sensible no es más de cero. Puesto que la corriente doméstica es corriente alterna (significa, que su dirección se está invirtiendo de manera continua), el flujo magnético a través de la bobina detectora cambia con el tiempo, induciendo en ésta una fem. Esta fem inducida se utiliza para disparar un cortacircuitos que corta la corriente antes de que alcance un nivel peligroso.

Tomado del Libro Física para ciencias e ingeniería Serway-Jewett Volumen 2, novena edición

Daniel de Jesús Martinez Vega.

Nicolas Silva.

Fernando Perez.

Transformadores

           
             LOS TRANSFORMADORES.


Un transformador es un dispositivos electromagnético, que permite aumentar o disminuir el voltaje y la intensidad de corriente alterna sin que haya perdidas considerables en la potencia.

El primer transformador lo construyo Michael Faraday en 1831 cuando llevaba a cabo experimentos que le harían descubrir la inducción magnética. Dispuso de dos bobinas enrolladas una sobre la otra. Al variar la corriente que pasaba por una de ellas, el flujo magnético a través de la segunda variaba y se inducía corriente eléctrica.

Cincuenta años después, en 1884 los ingenieros húngaros Zipernowsky, Bláthy y Deri, quienes crearon el modelo "ZBD" de transformador, además de descubrir la fórmula matemática de los transformadores:

Los transformadores son usados en el transporte de energía eléctrica ya que las perdidas  de la misma es proporcional al cuadrado de la intensidad de corriente, con el fin de disminuir la intensidad de corriente es necesario usar un transformador, elevando así el voltaje.Un transformador consta de dos bobinas de alambre enrolladas alrededor de un núcleo de hierro, como se muestra a continuación:

La bobina izquierda está conectada a la fuente de entrada del voltaje alterno y tiene N1 vueltas, y es denominado devanado primario. La bobina derecha conectada a un resistor y de N2 vueltas se denomina devanado secundario. El núcleo de hierro tiene por objetivo aumentar el flujo magnético a través de la bobina y proporcionar un medio en el que casi todas las líneas de campo magnético que pasan por una bobina lo hagan por la otra.

La ley de Faraday expresa que  el voltaje 1 en las terminales del circuito primario son:

Si suponemos que todas las líneas de campo magnético permanecen dentro del núcleo de hierro, flujo que pasa por cada vuelta del primario es igual al que pasa por el secundario. Por tanto, el voltaje en el secundario es:

Al igualar las dos ecuaciones tenemos que:

Ya que el transformado no produce perdidas de potencia, la potencia primaria es igual a la secundaria. Por tanto, al ser la potencia el producto entre el voltaje y la corriente, tenemos:

Cuando el número de vueltas en el primario es mayor que en el secundario, el transformador es reductor. En caso contrario, es decir, el número de vueltas de secundario es mayor que en el primario el transformador es un elevador.

Fernando Andrés Pérez Pallares 

Daniel De Jesús Martínez Vega 

Nicolas Silva