Universidad de los Andes. Núcleo
Táchira.
Laboratorio de Física General
(76024).
Carrera: Lic. en Física y
Matématica.
Departamento De Ciencias
Profesores: Pablo Labrador.
Jonathan Riveros.
Integrantes:
González A. María del C.
Arellano D. Mailyn E.
Clavijo U. Sergio A.
INFORME : Carrusel De Faraday
INTRODUCCION
En
el presente Informe se mostraran las Técnicas o Pasos Seguidos durante la
elaboración de la Experiencia Práctica o Exposición de Física, llevada a cabo
en el Hall de la sede de la Universidad de Los Andes, Núcleo Táchira, y la cual
consistió en EVIDENCIAR EL CARÁCTER ALTERNO DE LA FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA
y LA INDUCCION ELECTROMAGNETICA a través del “CARRUSEL DE FARADAY”; Cabe
destacar que esta misma técnica es utilizada o puesta en práctica durante la
generación de electricidad doméstica desde las Centrales Eléctricas.
OBJETIVO GENERAL:
-
Evidenciar el Carácter Alterno de La
Fuerza Electromotriz Inducida y La Inducción Electromagnética descrita a través
de las LEYES DE FARADAY y LENTZ.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
-
Construcción del “Carrusel De Faraday”.
-
Estudio experimental y Observación de las Leyes de FARADAY y LENTZ.
Para la realización de la práctica
se implementó el método de observación y experimentación.
MARCO TEÓRICO
HISTORIA DE MICHAEL FARADAY:
Físico y químico británico, Faraday es
conocido, sobre todo. Por las aportaciones en el campo de la electroquímica.
Fue el descubridor de la inducción y del efecto que lleva su nombre sobre el
giro del plano de polarización de la luz por efecto de un campo magnético.
Faraday nació en la localidad de
Newington Butts, situada cerca de Londres en 1791. Perteneció a una familia
humilde, aprendió a leer y a escribir una escuela de catequesis y, debido a las
dificultades económicas, desde los 14 años trabajó como aprendiz en un taller
de encuadernación. En sus ratos libres aprovechaba y leía los libros que le
llevaban a encuadernar, interesándose especialmente por los dedicados a ¡a
física y la química.
Después de unos años, gracias a la
oportunidad que le dio un cliente, pudo asistir a las conferencias sobre temas
de química que Humphry Davy daba en Royal lnstitution. Faraday le hizo llegar,
encuadernadas, todas las notas que había tomado a lo largo de estas sesiones,
acompañadas de una petición de empleo Satisfecho con el material que Faraday le
había enviado, Davy lo contrató en 1812, como asistente. Comenzó su actividad
realizando labores de mantenimiento, para pasar posteriormente a colaborar con
el maestro en la preparación de las prácticas de laboratorio; de esta manera,
se convirtió en uno más de sus discípulos.
En 1813 Faraday acompañó como
ayudante a Davy en un ciclo de conferencias que éste impartía por el
extranjero; a su regreso continuó desempeñando sus tareas de asistente, al
tiempo que comenzó a investigar de manera autónoma, centrándose inicialmente en
el estudio de la química. Dentro de las principales aportaciones en este ámbito
se encuentra la obtención de los primeros compuestos conocidos de carbono y
cloro: el hexacloroetano (C2C16) y tetracloroetano (C2C4), que llevó a cabo a
principios de los años veinte. Asimismo descubrió el benceno en el gas de
alumbrado, y consiguió licuar el cloro y o gases, como el amoniaco y los
anhídridos carbónico y sulfuroso.
A partir de 1821 Faraday se
consagró al estudio de la electricidad y del magnetismo, campos donde iba a
conseguir sus más grandes logros.
Las investigaciones realizadas por
Faraday le llevaron a proponer una tría unificada, según la cual todas las
fuerzas de la naturaleza luz, electricidad y magnetismo se reducen a una sola.
Con el tiempo, sus descubrimientos llegarían a tener consecuencias muy
importantes, pues facilitaron el desarrollo de la técnica actual de producción
y distribución de energía eléctrica, revolucionaron la electroquímica y
abrieron paso a la teoría electromagnética J. C. Maxwell.
Nombrado profesor de la Royal
lnstitution en 1827, entre 1829 y 1930 compaginó el cargo con el de profesor en
la academia militar de Woolwich. Miembro de la Royal Society de Londres y de
las Academias de Ciencias del’ un y París, a pesar de todos sus éxitos y de su
reconocimiento público, Faraday se negó a recibir ciertos honores, por ejemplo,
el título de Sir que le ofreció la reina Victoria. En 1903 se fundó en su honor
la Faraday Society.
Leyes de Faraday sobre la
Electrólisis
Fueron enunciadas por él en 1834, a partir de
una serie de estudios experimentales sobre el fenómeno de la descomposición de
sustancias químicas por la acción de una corriente eléctrica, fenómeno al cual
denominó electrólisis. Las dos leyes fundamentales de la electroquímica
formuladas por Faraday fueron las siguientes:
— La cantidad de sustancia
depositada al paso de una corriente eléctrica es proporcional a la cantidad de
electricidad que pasa por la disolución.
— Para una cantidad de electricidad
determinada, la cantidad de sustancia depositada es proporcional a su
equivalente-gramo.
Las leyes de Faraday han permitido
calcular la carga elemental de electricidad, es decir la carga del electrón,
mediante la utilización del número de Ayogadro (N = 6,06 x 10). Este número
representa los iones positivos o negativos que se han formado en cada
átomo-gramo de una sustancia ionizada. Faraday introdujo también los términos
de ánodo y cátodo, para designar respectivamente los electrodos positivo y
negativo.
El descubrimiento de la corriente
electromagnética corriente inducida
Gracias a los trabajos de Ampére y Oersted, Faraday conocía que una
corriente eléctrica generaba campos magnéticos. En 1831 intentó reproducir este
proceso, pero en sentido inverso, es decir, produciendo una corriente eléctrica
a de efectos electromagnéticos.
La existencia de las corrientes
inducidas fue descubierta por Faraday a partir de la realización de distintos
experimentos. En primer lugar, consiguió hacer una corriente eléctrica por un
alambre unido a un galvanómetro, al producir un movimiento, relativo entre el
alambre y un imán. Observó que, al interrumpir el movimiento, el paso de la
corriente también cesaba, y en el galvanómetro rió registraba corriente alguna.
La corriente es generada por una fuerza electromotriz inducida, es decir por el
imán.
Posteriormente, utilizando los
resultados de sus anteriores estudios, Faraday descubrió el principio del motor
eléctrico, al hacer girar un imán situado sobre pivote alrededor de una bobina
de alambre de cobre; como en el caso anterior a través de este procedimiento se
generaba una corriente eléctrica.
La inducción electromagnética se
basa fundamentalmente en que cualquier variación de flujo magnético que
atraviesa un circuito cerrado genera una corriente inducida, y en que la
corriente inducida sólo permanece mientras se produce el cambio de flujo
magnético.
El Descubrimiento de la Primer
Dinamo
Fue llevado a cabo a partir de dos imanes de
barra que generaban un campo magnético, y entre los cuales hizo girar un disco
de cobre colocado sobre un eje. De esta manera obtuvo un flujo continuo de
corriente eléctrica inducida. Este experimento le condujo a introducir el
concepto de líneas de fuerza eléctricas y magnéticas, y un concepto nuevo del
espacio como medio capaz de mantener dichas fuerzas. Ideó la denominada jaula
de Faraday, recinto de paredes conductoras continuas o en malla, conectadas a
tierra, que aíslan el interior de los efectos de los campos eléctricos
exteriores, y viceversa. Este dispositivo se utiliza para proteger espacios que
contienen materias inflamables, conducciones de alta tensión y circuitos
electrónicos entre los que puedan producirse acoplamientos indebidos.
Corriente Alterna
Faraday logró crear una corriente eléctrica inducida mediante la
fabricación de un transformador compuesto por un núcleo de hierro con forma de
anillo, en el cual estaban enrolladas dos bobinas de alambre separadas entre
sí.
La corriente alterna que circula
por una bobina produce en el anillo de hierro un flujo alterno que genera en la
otra bobina una corriente eléctrica inducida.
Solenoides
Es un sistema de corrientes circulares,
aisladas, paralelas y equidistantes unas de otras. El solenoide así definido se
materializa por medio de una serie de espiras de alambre enrolladas en forma
helicoidal sobre un cilindro de material aislante. Haciendo pasar una corriente
por las espiras, se establece en el interior del solenoide un campo magnético
intenso y aproximadamente uniforme.
Para lograr un campo magnético de
mayor intensidad, se introduce en el interior del solenoide un núcleo de
material ferromagnético. El solenoide así constituido, se comporta como un imán
mostrando una polarización muy definida.
Por tratarse de un imán debido al
campo magnético de una corriente se le denomina electro-imán y tiene numerosas
aplicaciones entre las cuales la más casera es servir de base para un timbre.
El Efecto Faraday
Faraday llevó a cabo este descubrimiento en
1845. Consiste en la desviación del plano de polarización de la luz como
resultado de un campo magnético, al atravesar un material transparente como el
vidrio. Se trataba del primer caso conocido de interacción entre el magnetismo
y la luz.
HEINRICH FRIEDRICH EMIL LENZ
Fisico Ruso. Nació en Dorpat, Rusia en 1804 y Murió en Roma, Italia en 1865. Fue 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.
Estudió física y química en la
Universidad de Dorpat y, muy joven aún, tomo parte como geofísico en una
expedición alrededor del mundo, durante la cual efectuó mediciones sobre el
nivel de sal, la temperatura y la presión de mares y océanos. Afincado luego en
San Petersburgo, ejerció la docencia en la Universidad y en la Academia de
Ciencias de esta ciudad, de la que llegaría a ser decano y rector.
Lenz estudió la conductividad
eléctrica y descubrió el efecto conocido como efecto Joule con independencia de
las experiencias y conclusiones a que a este respecto llegó el científico que
le dio nombre. La ley de Lenz, enunciada en 1833, fue la gran aportación de
Heinrich Lenz a los estudios electromagnéticos; esta ley permite determinar el
sentido de la corriente inducida por una variación del flujo abarcado por un
circuito.
Para generar una corriente
eléctrica es preciso realizar un trabajo mecánico o bien, de algún modo,
desarrollar una energía. Por lo tanto, de acuerdo con el principio de la
conservación de la energía, la corriente generada constituirá una resistencia
que hay que vencer. La ley de Lenz expresa esto diciendo que el sentido de la
corriente inducida es tal que tiende a oponerse a la causa que la provoca. Así,
al acercar un imán a una espira, la corriente inducida que aparece en ésta
tiene un sentido de circulación tal que crea un campo magnético que repele el
imán. Por otro lado, al separar el imán, la corriente inducida será ahora
opuesta a la anterior y atraerá el imán.
ELECTROMAGNETSIMO
El estudio del magnetismo se remonta a la
observación de que “piedras” que se encuentras en la naturaleza (esto es,
magnetita) atraen al hierro. Es posible establecer que todos aquellos fenómenos
magnéticos cuando dos cargas están en movimiento, entre ellas surge una fuerza
que se denomina fuerza magnética.
La ciencia de la electricidad nació
con la observación, conocida por Tales de Mileto el año 600 a.c. de que de un
pedazo de ámbar frotado atrae pedacitos de paja. Cuando dos cargas eléctricas
se encuentran en reposo, entre ellas existe una fuerza denominada
electrostática.
Estas dos ciencias se desarrollaron
independientemente una de la otra hasta 1820, cuando un científico llamado Hans
Christian Oesrted (1777-1851) observó una relación ente ellas, a saber, que la
corriente eléctrica de un alambre puede afectar a una aguja magnética de una
brújula. Esta ciencia fue impulsada por muchos investigadores.
Poco después se comprobó que todo
fenómeno magnético era producido por corrientes eléctricas, es decir se lograba
de manera definitiva, la unificación de magnetismo y la electricidad, originado
la rama de la física que actualmente se conoce como electromagnetismo.
Una parte de la historia del
electromagnetismo se monta a los chinos que sugieren que el electromagnetismo
fue conocido a principios del año 2000 A.C, otra parte de la historia se
remonte a los antiguos griegos que observaron los fenómenos eléctricos y
magnéticos posiblemente a principios del año 700 A.C. Para ello descubrieron
que un pedazo de ámbar frotado se electrificaba y era capaz de atraer trozos de
paja o plumas. La existencia de la fuerza magnética se conoció al observar que
pedazos de roca natural llamada magnetita (Fe3 O4) atraen el hierro. (La
palabra eléctrico proviene del vocablo griego para el ámbar, elecktron. La
palabra magnética viene del nombre de un distrito central al norte de Grecia
donde se descubrió, Magnesia.
En 1600, William Gilbert descubre
que la electrificación no estaba limitada al ambarsino que este era un fenómeno
general. Así, científicos electrificaron una variedad de objetos, incluyendo
gallinas y personas. Experimentos realizados por charles Coulomb en 1785
confirmaron la ley inversa del cuadrado para la electricidad. Hasta principios
del siglo XIX los científicos establecieron que la electricidad y el magnetismo
son, en efecto, fenómenos relacionado1820 Hans Oersted descubre que una brújula
sé deflecta cuando se coloco cerca de un circuito que lleve corriente
eléctrica. En 1831, Michael Faraday, y simultáneamente, Joseph Heary,
demuestran que, cuando un magneto o imán (o de manera equivalente, cuando el
magneto se mueve cerca de un alambre), una corriente eléctrica se observa en el
alambre. En 1873, James Clerk Maxwell usa estas observaciones y otros factores
experimentales como base, y formula leyes del electromagnetismo que se conocen
actualmente. (Electromagnetismo es el nombre dado a la combinación de los
campos eléctrico y magnético.). Poco tiempo después (alrededor de 1888), Heinrich Hertz verifica las
predicciones de Maxwell produciendo ondas electromagnéticas en el laboratorio.
Esto fue seguido por desarrollos prácticos como la radio y la televisión. Las
contribuciones de Maxwell a la ciencia del electromagnetismo fueron
especialmente significativas debido a que las leyes formuladas por él son
básicas para todas las formas de los fenómenos electromagnéticos. Su trabajo es
comparable en importancia al descubrimiento de Newton con sus leyes del
movimiento y la teoría de la gravitación. Otra parte de la historia muestra a
los antiguos griegos que no ignoraban la existencia de una piedra magnética
capaz de atraer el hierro y habían comprobado que este metal se imantaba si se
ponía en contacto con un imán. Varios siglos antes de nuestra era parece ser
que los chinos empleaban ya la brújula, instrumento basado en las propiedades
de la aguja imantada, que no llegó, sin embargo, a Europa
hasta el siglo XV, cuando empezaron a utilizarla los navegantes en sus viajes
exploratorios. El descubrimiento científico básico logrado por Edison (a pesar
del hecho de que ese estableció casi 1100 patentes) mejoró del desarrollo de
los sistemas de comunicación modernos (radio, telefonía, radar y tv). Durante
el periodo que Edison se dedicaba a preparar la luz eléctrica, colocó un
filamento metálico en una ampolla de vidrio e hizo el vacío en su interior
(tubo vacío) con un segundo electrodo que estaba conectado al polo positivo de
una batería. Descubrió que cuando hacía pasar una corriente a través del
filamento y éste se calentaba y se ponía incandescente, un flujo de
electricidad (electrones) pasaba a través del espacio vacío en el tubo al
electrodo cargado positivamente (la placa) y volvía a la batería. Este fenómeno
se llama efecto Edison, pero Edison no vio en su dispositivo posibilidades
prácticas y no hizo nada con él excepto, patentarlo. Veinte años después,
Fleming utilizó el efecto Edison para inventar un diodo rectificado, un
dispositivo para convertir la corriente alterna en corriente directa. Este fue
en esencia el tubo de vacío de dos elementos de Edison. Unos años más tarde, De
forest agregó un tercer electrodo (una rejilla) al tubo de vacío de los
electrodos de Edison. Este dispositivo hizo posible amplificar las energías de
las ondas electromagnéticas extremadamente débiles (radiondas) que son emitidas
por las señalas eran fortalecidas y reenviadas a mayor distancia, y pudieron
entonces utilizarse los altavoces. Este fue el auténtico meollo de los sistemas
de comunicación modernos y de la vasta industria electrónica que se ha
desarrollado durante este siglo.
FUERZA
ELECTROMOTRIZ
Desde Tales de Mileto hasta Galvani, el desarrollo de la electricidad
se limitó a todos aquellos fenómenos observables, donde la electricidad era
producida por frotamiento o, por algunas máquinas que producían carga eléctrica
estática de diferentes signos, pero en cantidades pequeñas que producían flujos
de ella de corta duración. Fue a partir de Alejandro Volta que se empezaron a
generar corrientes eléctricas más estables y de más larga duración gracias a su
invento La Pila Eléctrica.
La transición de la electrostática a la
electrocinética durante la primera mitad del siglo XIX: Entre
finales del siglo XVIII y principios del siglo XIX el trabajo de relevantes
científicos como Coulomb, Lagrange y Poisson, entre otros, permite establecer
de manera definitiva los fundamentos matemáticos de la electrostática
definiendo magnitudes, a la vez que se utilizan las herramientas del cálculo
analítico.
En este sentido
Coulomb cuantifica la teoría de 'acción a distancia' para los efectos
eléctricos definiendo la carga de forma operativa en base a sus efectos
dinámicos. El avance en la construcción conceptual se hace evidente si se
tienen en cuenta que ya Franklin había introducido el concepto de
"cantidad de sustancia eléctrica", pero ni él ni sus sucesores fueron
capaces de medirla. Coulomb se vale de su balanza de torsión eléctrica para
deducir y enunciar su famosa ley, que más tarde amplia a las atracciones
eléctricas usando un péndulo eléctricO.
Los trabajos
de Volta y el concepto de fuerza electromotriz
En los
años siguientes a los experimentos de Galvani (1789), Volta trataba de
establecer que el "fluido galvánico", de origen animal, era de la
misma naturaleza que la electricidad ordinaria, es decir, estática . En el
seno de la polémica acerca de la naturaleza de la electricidad, Volta descubre
que cuando dos piezas descargadas de metales diferentes se ponen en contacto,
ya sea directamente o con la intervención de un electrolito, los dos metales
llegan a cargarse y permanecen cargados a pesar del hecho de que hay un
excelente camino conductor, un circuito cerrado, a través del cual las cargas
podía fluir para neutralizarse entre sí. Hay una clara
violación de la electrostática en este hecho, ya que según lo que se conocía de
electrostática, cargas opuestas no se pueden separar o si lo hacen vuelven a
recombinarse.
Volta declara
que una nueva clase de "fuerza" o capacidad actuaba sobre las cargas
separándolas y manteniéndolas separadas y nombró la acción como fuerza
electromotriz, nombre con el que se la conoce desde entonces .
Estas explicaciones para describir el funcionamiento de la pila no encajaban
con el marco teórico de la Física de la época. En el paradigma coulombiano
dominante en el primer tercio del siglo XIX la fuerza electromotriz definida
por Volta se reducía a la capacidad que tenían algunos cuerpos para generar
electricidad en otros.
El desarrollo
de la electrodinámica y el concepto actual de fuerza electromotriz
Ohm realiza una aportación trascendente en las explicaciones acerca de
los circuitos eléctricos al obtener una serie de resultados experimentales que
permitieron la construcción de la primera teoría coherente de la conducción
eléctrica. En su libro "El circuito galvánico investigado matemáticamente" Ohm definió su noción de "fuerza electroscópica" antecedente
inmediato del potencial eléctrico para el caso de los circuitos eléctricos.
Posteriormente, definió la magnitud 'tensión' (en sus escritos en alemán
utilizó la palabra 'spannung') en una porción del circuito como la diferencia
entre las "fuerzas electroscópicas" en sus extremos.
Del mismo modo
que Fourier en su teoría distingue entre calor y temperatura, suponiendo que el
flujo de calor entre dos partes adyacentes de un sistema es proporcional a sus
temperaturas, la teoría de Ohm hace de la
cantidad de electricidad la variable crítica, haciendo descansar sobre
la densidad superficial de carga
(fuerza electroscópica) el mismo papel que matemáticamente jugaba la
temperatura en la teoría de Fourier. La fuerza electroscópica se medía con un
'instrumento electrostático' como un termómetro mide la temperatura . El
modelo de Ohm se encontraba situado en el paradigma electrostático.
Cuando alrededor
de 1847 Kichhoff aborda el estudio de las leyes de Ohm, el electromagnetismo
está mucho más elaborado y las distancias entre electricidad y galvanismo se
han reducido, existen suficientes semejanzas y el paradigma electrostático, en
Alemania más aun, no es el que prevalece. El físico alemán, tras el
análisis de los trabajos de Ohm sobre la conducción y de Kohlrausch acerca de
la medida de tensiones en condensadores, identifica la fuerza electroscópica de
Ohm con la diferencia de potencial [27-28]. Esta identificación sólo fue
posible desde el cambio que supuso la introducción del concepto de energía,
esta nueva perspectiva permite la interpretación global macroscópica de los
circuitos eléctricos. El propio Helmholtz utilizó los trabajos de Kirchhoff en
sus elaboraciones últimas acerca del principio de conservación de la energía
publicado en 1847.
Los modelos
explicativos sobre la corriente eléctrica recibieron nuevos impulsos con la
teoría de campo iniciada por Faraday y fundamentada posteriormente por Maxwell
en 1865. Este marco conceptual permite desarrollar el concepto de energía
asociada al campo, ya sea éste conservativo (energía potencial) o no
conservativo (fuerza electromotriz en el caso de la pila en circuitos de
corriente continua y en fenómenos de inducción electromagnética). Es en este
paradigma energético y de campo donde actualmente definimos los conceptos de
potencial eléctrico y fuerza electromotriz [15]. Dos conceptos
epistemológicamente relacionados pero distintos, al igual que ocurre con otros
conceptos como, por ejemplo, fuerza y aceleración en dinámica.
Tipos de
Fuentes de Fuerza electromotriz.
Dependiendo del tipo
de corriente eléctrica que puede producir se clasifican en tres tipos:
A. Fuentes de Fuerza Electromotriz directa (C.D):
como las pilas, acumuladores, baterias solares y otros que se mencionaran más
adelante. En este caso la corriente que producen es de un valor constante
dentro de un intervalo relativamente grande. Ejemplo de este tipo de fuentes se
muestran en las fotografías siguientes.
B. Fuentes de Fuerza Electromotriz alterna (C.A)
como los generadores eléctricos de los carros que son los encargados de
proporcionar electricidad, cuando el vehículo está en funcionamiento o como las
plantas generadoras de electricidad doméstica. Se diferencian de los anteriores
por que la corriente que producen es variable en el tiempo, no sólo en magnitud
sino también de dirección. Su funcionamiento está apoyado en el principio de
las Corrientes Inducidas descubierto por Faraday. En la figura siguiente se
muestra una manera de inducir corrientes eléctricas alternas.
C. Fuentes de Fuerza Electromotriz variable no alterna. En este caso la corriente producida es variable, por ejemplo: el
encendedor piezoeléctrico de la cocina produce una descarga eléctrica en el
aire variable en intensidad y de muy corta duración.
Causas de la Fuerza
Electromotriz.
Las causas de la Fuerza
electromotriz son diversas, pero en cualquiera de ellas se genera una fuerza
eléctrica que es capaz de mover cargas eléctricas.
a) Fuerza electromotriz por Frotamiento. Cuando se
frota un peine de plástico se genera una carga eléctrica estática que produce
fuerzas de atracción o repulsión sobre otras cargas, poniéndolas en movimiento
si son libres de moverse.
b) Fuerza electromotriz por inducción. En este
caso las cargas eléctricas se ponen en movimiento si se produce un campo
magnético variable cerca de una bobina fija, o viceversa, se mueve una bobina
cerca de un imán o electroimán.
c) Fuerza electromotriz por presión. Algunos
materiales como el cuarzo generan una fuerza electromotriz cuando son sometidos
a presión. Algunos encendedores de cocina o para fumadores utilizan este
principio.
d) Fuerza electromotriz por temperatura. Al
calentar el punto de contacto de dos metales diferentes aparece una pequeña
fuerza electromotriz, tal es el caso de los termopares como el que se ilustra
en la figura. Este aparato genera una fuerza electromotriz que aumenta al
aumentar la temperatura.
e) Fuerza electromotriz por Radiación electromagnética. Cuando la Luz incide sobre determinados materiales (silicio,
germanio) se produce una fuerza electromotriz dando lugar a aplicaciones
importantes como el aprovechamiento de la energía solar por medio de baterías
solares.
f) Fuerza electromotriz producida por reacciones químicas. Este es uno de los sistemas más populares y está basado en la
invención de Volta. En este tipo de aplicación se necesitan dos electrodos
sumergidos en un medio conductor. Tal es el caso de las pilas secas, las
baterías para automóviles, las celdas de combustible y otras aplicaciones en
las que una reacción química genera la fuerza electromotriz.
INDUCCION
ELECTROMAGNETICA:
la induccion electromagnética es la producción de corrientes eléctricas por campos magnéticos variables con el tiempo. El descubrimiento por
Faraday y Henry de este fenómeno introdujo una cierta simetría en el mundo del
electromagnetismo. Maxwell consiguió reunir en una sola teoría los
conocimientos básicos sobre la electricidad y el magnetismo. Su teoría
electromagnética predijo, antes de ser observadas experimentalmente, la
existencia de ondas electromagnéticas. Hertz
comprobó su existencia e inició para la humanidad la era de las
telecomunicaciones. El
descubrimiento, debido a Oersted, de que una corriente eléctrica produce un campo
magnético estimuló la imaginación de los físicos de la época y multiplicó el
número de experimentos en busca de
relaciones nuevas entre la electricidad y el magnetismo. En ese ambiente
científico pronto surgiría la idea inversa de producir corrientes eléctricas
mediante campos magnéticos. Algunos físicos
famosos y otros menos conocidos estuvieron cerca de demostrar
experimentalmente que también la naturaleza apostaba por tan atractiva idea.
Pero fue Faraday el primero en precisar en
qué condiciones podía ser observado semejante fenómeno. A las corrientes
eléctricas producidas mediante campos magnéticos Faraday las llamó corrientes inducidas.
Desde entonces al fenómeno consistente en generar
campos eléctricos a partir de campos magnéticos variables
se denomina inducción electromagnética.
La inducción
electromagnética constituye una pieza destacada en ese sistema de relaciones mutuas
entre electricidad y magnetismo que se conoce con el nombre de electromagnetismo.
Pero, además, se
han desarrollado un sin número de aplicaciones prácticas de este fenómeno físico.
El transformador que se emplea para conectar una calculadora a la red, la
dinamo de una bicicleta o el alternador de una gran central hidroeléctrica son
sólo algunos ejemplos que muestran la deuda que la sociedad actual tiene
contraída con ese modesto encuadernador convertido,
más tarde, en físico experimental que fue Michael Faraday.
IMAN
Piedra de Hércules
fue uno de los nombres que los griegos le dieron a esta piedra misteriosa.
Piedra de Magnesia fue otro, debido a la abundancia de este mineral en esta
zona del Asia menor; para los latinos el nombre utilizado fue magnes de donde
se deriva la palabra magnetismo, palabra utilizada hoy para designar la
propiedad del imán de atraer a otros materiales y a todo el conocimiento acerca
de ella. Los imanes naturales son piedras de un óxido de hierro llamado
Magnetita (Fe 3 O 4 ), que han adquirido la propiedad de atraer a algunos
elementos tales como: hierro, cobalto níquel, gadolinium, dysprosium o
aleaciones de estos elementos.
A estos
materiales se les da el nombre de ferromagnéticos y con ello se diferencian de
otros materiales con propiedades magnéticas menos fuertes como son los diamagnéticos
y paramagnéticos.
Fue Guillermo
Gilbert quien reunió los conocimientos que su época poseía sobre los fenómenos
magnéticos, y agregó a los mismos el valioso caudal de sus propios
experimentos, determinando las características más interesantes de los imanes.
Características
de Los Imanes.
Se orientan en
una dirección específica del espacio cuando son suspendidos adecuadamente. Si
colgamos cualquier imán en el espacio por medio de un hilo se observa que
adquiere una orientación especial: una parte del imán se orienta
aproximadamente hacia el norte geográfico y la otra se orienta hacia el Sur. El
lado que se orienta hacia el norte se denomina polo norte del imán y el lado
que se orienta hacia el sur se denomina polo Sur. Esta característica dio
origen a la Brújula , instrumento construido con una pequeña aguja imantada que
puede girar alrededor de un eje de rotación que pasa por su centro geométrico.
a. Los imanes poseen dos zonas llamadas polos del imán, las cuales
presentan una fuerte propiedad atractiva o repulsiva dependiendo del objeto con el que interactúan. Por
ejemplo: Entre imanes se puede observar que los polos del mismo nombre se
repelen y polos de nombre diferente se atraen,
como se observa en la siguiente animación. Pero cuando un imán es acercado a un
pedazo de hierro o algún otro material ferromagnético se observa que hay
siempre atracción entre ellos y ella es más fuerte cuando el material
ferromagnético se acerca a los polos.
b. Poseen una zona intermedia donde las propiedades atractivas sobre los
materiales ferromagnéticos se debilitan, esta es la zona neutra del imán. Como
se puede ver en la siguiente figura, en esa zona no hay clavos.
c. Si se fracturan en dos partes se obtienen dos imanes de nuevo. Hasta
ahora no ha sido posible separar los polos de un imán y aislarlos, los imanes
son siempre bipolares y por esta razón en magnetismo, se habla siempre de
dipolos magnéticos.
d. Pierden la propiedad de atraer cuando se calientan a cierta
temperatura. Existe una temperatura donde el magnetismo desaparece. El clavo de
hierro que es atraído por el imán en la figura, pierde su imantación al ser
calentado con el mechero a 770°C.
Campo
Magnético de Los Imanes
Gilbert se dio
cuenta que el magnetismo de los imanes no residía en el imán solamente, sino
también en el espacio que rodea al imán, creando así las bases del concepto de
campo magnético de un imán. Esta afirmación es visualizada si se colocan
pequeñas virutas de hierro sobre la cara de una hoja de papel y por la cara
contraria se coloca un imán; dependiendo de la forma del imán se observará que
las virutas se alinean en el espacio, según líneas imaginarias que Michel
Faraday llamó líneas de fuerza.
El vocablo imán
proviene del francés “aimant”, y a su vez, “aimant” nos llega de los términos
latinos “adamas”, “anten”, que pueden traducirse como diamante o piedra dura.
Se trata de un
mineral compuesto de un protóxido
( cuerpo resultante de la mezcla de oxígeno con
un radical simple o compuesto, en su primer grado de oxidación) y un
sesquióxido (con más de la mitad de oxígeno que el protóxido) de hierro, cuya propiedad consiste en atraer metales, entre
ellos, el hierro, el cobalto y el níquel, pues produce en su derredor un campo
magnético.
Los imanes
poseen dos polos magnéticos opuestos, llamados norte y sur, por su orientación hacia los extremos de la Tierra. Si
se acercan los polos norte de dos imanes, éstos se repelen. La atracción se
produce entre polos opuestos.
Pueden tener
forma de barra, en cuyo caso los polos están en sus extremos, o pueden adoptar
la forma clásica en U o herradura, que es uno en barra doblado. Pueden tener
cualquier forma. Si es redondo tiene un polo en cada cara, pues es una rodaja
de la barra.
LED: LED es la
abreviatura en lengua inglesa para Light Emitting Diode, que en su traducción
al español correspondería a Diodo Emisor de Luz.
Un LED consiste
en un dispositivo que en su interior contiene un material semiconductor que al
aplicarle una pequeña corriente eléctrica produce luz. La luz emitida por este
dispositivo es de un determinado color que no produce calor, por lo
tanto, no se presenta aumento de temperatura como si ocurre con muchos de
los dispositivos comunes emisores de luz.
El color que adquiera
la luz emitida por este dispositivo dependerá de los materiales utilizados en
la fabricación de este. En realidad dependerá del material semiconductor, que
dará una luz que puede ir entre el ultravioleta y el infrarrojo, incluyendo en
el medio toda la gama de colores visibles al ojo humano.
BOBINA O
INDUCTOR: La bobina o inductor por su forma (espiras de alambre
arrollados) almacena energía en forma de campo magnetico
El símbolo de
una bobina / inductor se muestra en el gráfico anterior:
Todo
cable por el que circula una corriente tiene a su alrededor un campo magnético, siendo el sentido de flujo del campo magnético, el que establece la ley de la mano
derecha (ver electromagnetismo).
Al estar
el inductor hecho de espiras de cable, el campo magnético circula por el centro del
inductor y cierra su camino por su parte exterior.
Una
característica interesante de los inductores es que se oponen
a los cambios bruscos de la corriente que circula por ellas.
Esto
significa que a la hora de modificar la corriente que circula por ellos
(ejemplo: ser conectada y desconectada a una fuente de alimentación de corriente continua), esta intentará mantener su condición
anterior.
Este
caso se da en forma continua, cuando una bobina está conectada
a una fuente de corriente alterna y causa un desfase entre el voltaje que se
le aplica y la corriente que circula por ella.
En otras
palabras: La bobina o inductor es un elemento que reacciona contra los cambios en
la corriente a través de él, generando un voltaje que se opone al voltaje
aplicado y es proporcional al cambio de la corriente.
Corriente
Alterna.- Corriente alterna (abreviada CA) es la corriente
eléctrica en la que la magnitud y dirección varían cíclicamente. La forma
de onda de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una
onda senoidal, puesto que se consigue una transmisión más eficiente de la
energía. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de
onda periódicas, tales como la triangular o la cuadrada.
Utilizada
genéricamente, la CA se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a
los hogares y a las empresas. Sin embargo, las señales de audio y
de radio transmitidas por los cables eléctricos, son
también ejemplos de corriente alterna. En estos usos, el fin más importante
suele ser la transmisión y recuperación de la información codificada
(o modulada) sobre la señal de la CA.
CORRIENTE CONTINÚA
Corriente
Continua.- Es el flujo continuo de electrones a través de un
conductor entre dos puntos de distinto potencial. A diferencia de
la corriente alterna, en la corriente continua las cargas
eléctricas circulan siempre en la misma dirección (es decir, los
terminales de mayor y de menor potencial son siempre los mismos). Es
continua toda corriente que mantenga siempre la misma polaridad.
APLICACIONES
DEL ELECTROMAGNETISMO:
1.
Trenes de levitación magnética. Estos
trenes no se mueven en contacto con los rieles, sino que van “flotando” a unos
centímetros sobre ellos debido a una fuerza de repulsión electromagnética. Esta
fuerza es producida por la corriente eléctrica que circula por unos
electroimanes ubicados en la vía de un tren, y es capaz de soportar el peso del
tren completo y elevarlo.
2.
Timbres. Al pulsar el
interruptor de un timbre, una corriente eléctrica circula por un electroimán
creado por un campo magnético que atrae a un pequeño martillo golpea una
campanilla interrumpiendo el circuito, lo que hace que el campo magnético
desaparezca y la barra vuelva a su posición. Este proceso se repite rápidamente
y se produce el sonido característico del timbre.
3.
Motor eléctrico. Un motor
eléctrico sirve para transformar electricidad en movimiento. Consta de dos
partes básicas: un rotor y un estator. El rotor es la parte móvil y está
formado por varias bobinas. El estator es un imán fijo entre cuyos polos se
ubica la bobina. Su funcionamiento se basa en que al pasar la corriente por las
bobinas, ubicadas entre los polos del imán, se produce un movimiento de giro
que se mantiene constante, mediante un conmutador, generándose una corriente
alterna.
4.
Transformador. Es un
dispositivo que permite aumentar o disminuir el voltaje de una corriente
alterna. Está formado por dos bobinas enrolladas en torno a un núcleo o marco
de hierro. Por la bobina llamada primario circula la corriente cuyo voltaje se
desea transformar, produciendo un campo magnético variable en el núcleo del
hierro. Esto induce una corriente alterna en la otra bobina, llamada
secundario, desde donde la corriente sale transformada. Si el numero de espiras
del primario es menor que el del secundario, el voltaje de la corriente
aumenta, mientras que, si es superior, el voltaje disminuye.
ANEXOS
"Carrusel de Faraday"
MICHAEL
FARADAY
HEINRICH
FRIEDRICH EMIL LENZ
