DEPARTAMENTO DE PUBLICACIONES

CORPORACIN IBEROAMERICANA DE ESTUDIOS

DEPARTAMENTO DE PUBLICACIONES

GUIA DE TRABAJO DE

FSICA IICUARTA SESION

Elaborada por

JEAN YECID PEA

BOGOTA D.C

DATOS DEL ESTUDIANTE

NOMBRE DEL ESTUDIANTE: ________________________

_________________________

CARRERA

: ________________________

JORNADA

: MARTES Y MIERCOLES( )

JUEVES Y VIERNES( )

SABADOS

( )

DOMINGOS

( )

NOMBRE DEL PROFESOR

: ________________________

FECHA

: DEL __________ AL _______

CALIFICACION

: ________________________

_____________________

FIRMA DEL PROFESORCAMPO MAGNTICOEntre dos cargas que se encuentran en reposo existe una interaccin electrosttica, debida al campo elctrico generado por cada carga. En forma similar, si las cargas estn en movimiento, modifican el espacio que las rodea creando un campo magntico, que interacta con las cargas elctricas en movimiento que se encuentran en dicho espacio.El campo magntico es una regin del espacio en la cual una carga elctrica puntual de valor q que se desplaza a una velocidad, sufre los efectos de una fuerza que es perpendicular y proporcional tanto a la velocidad como al campo, llamada induccin magntica o densidad de flujo magntico. As, dicha carga percibir una fuerza descrita con la siguiente igualdad.

(Ntese que tanto F como v y B son magnitudes vectoriales y el producto cruz es un producto vectorial que tiene como resultante un vector perpendicular tanto a v como a B). El mdulo de la fuerza resultante ser

El campo magntico o vector de induccin magntica se representa con la letra B y se mide en Tesla.Ejemplo

Un protn se mueve con una velocidad de a lo largo del eje x. entre a una regin donde hay un campo magntico de magnitud igual a , dirigido a un ngulo de con el eje x y que se encuentran en el plano xy. Calcule la fuerza magntica sobre el protn y la aceleracin del mismo.

Solucin

De la ecuacin , tenemos:

Debido a que esta en la direccin z positiva (regla de la mano derecha) y la carga es positiva, F est en la direccin z positiva.

La masa del protn es , por lo que su aceleracin inicial es:

En la direccin z positiva.

Fuentes del campo magntico

Un campo magntico tiene dos fuentes que lo originan. Una de ellas es una corriente elctrica de conveccin, que da lugar a un campo magntico esttico. Por otro lado una corriente de desplazamiento origina un campo magntico variante en el tiempo, incluso aunque aquella sea estacionaria.

La relacin entre el campo magntico y una corriente elctrica est dada por la ley de Ampre. El caso ms general, que incluye a la corriente de desplazamiento, lo da la ley de Ampre-Maxwell.

Fuerza magntica sobre un conductorCuando cargas elctricas penetran a un campo magntico experimentan fuerzas. Si las cargas elctricas se desplazan dentro de un alambre (conductor) que se coloca en un campo magntico B. cada carga en movimiento de la corriente elctrica quedar bajo la accin de una fuerza magntica y por consiguiente el alambre estar sometido a una fuerza resultante ya que las cargas en movimiento forman parte del material del cual esta hecho el conductor.

La magnitud de la fuerza sobre el alambre es la resultante de las fuerzas ejercidas sobre cada una de las cargas que se desplazan dentro de l. Supongamos que un conductor de rea de seccin A y de largo l recorriendo una corriente I se coloca en un campo magntico uniforme, perpendicular al campo B como se muestra en la figura.

Si F es el valor de la fuerza que acta sobre cada carga q se sabe, (con )

Donde v es la velocidad. Si se tiene n cargas mviles en el largo l, la fuerza que actuar en el conductor ser:

Donde representa la carga total que se desplaza dentro del conductor. Pero se sabe que:

De donde es el tiempo que la carga emplear para recorrer la longitud l con velocidad v. dicha velocidad esta dada por:

De donde

Reemplazando la expresin (3) y (4), en la (2) se obtiene:

O sea que:

El valor de la fuerza resultante que acta sobre el conductor depende de la corriente en el alambre, de su longitud y de la intensidad del campo magntico. Si el alambre forma un ngulo con B el valor de F viene dado por:

Ley de Biot y SavartMagnitud del campo magntico

Ampre, Biot y Savart encontraron una serie de resultados experimentales que los llevo a obtener una relacin matemtica que permite calcular el valor del campo magntico producido por una corriente en cualquier punto del espacio.

Consideramos un conductor de longitud l, del cual se toma una pequea longitud .

Si se conecta un alambre a los bornes de una batera se produce una corriente en ste que generar un campo magntico en el espacio que lo rodea. En un punto P a una distancia r del elemento se originar un campo . Experimentalmente se observa que depende de la intensidad d I de la corriente del elemento, de la longitud de ste, de su distancia r al punto P considerado y del ngulo que forma la tangente al conductor en el elemento y la recta que une ste con el punto P. Se tiene que:

Donde K es una constante de proporcionalidad que depende de las propiedades del medio interpuesto entre y P y de las unidades utilizadas. Para nuestro estudio emplearemos el valor:

Donde que se refiere al vaco. Recibe el nombre de permeabilidad del vaco.

La ecuacin anterior representa la magnitud del campo magntico originado en el punto P por el elemento . A esta expresin se le llama LEY DE BIOT SAVART. El campo total B en P es la suma de las contribuciones de todos los elementos del hilo, es decir:

La ley de Biot Savart puede resumirse , y por lo tanto se puede escribir: , e integrando a ambos lados tenemos:

Donde la integral se valida sobre todo el conductor.

Ejemplo

Campo magntico sobre el eje de un lazo de corriente circular

Considere un lazo circular de alambre de radio R localizado en el plano xy que conduce una corriente estable I, como se ve en la figura. Calcule el campo magntico en un punto axial P a una distancia x del centro del lazo.

La geometra para calcular el campo magntico en un punto axial P para un lazo de corriente. Note que por simetra el campo total B est a lo largo del eje x.

RazonamientoEn esta situacin observe que cualquier elemento es perpendicular a

EMBED Equation.3 . Adems, todos los elementos alrededor del laso estn en la misma distancia r de P, donde . Por lo tanto, la magnitud de debido al elemento es:

La direccin del campo magntico debido al elemento es perpendicular al plano formado por y , como lo indica la figura. El vector puede descomponerse en una componente , a lo largo del eje x, y una componente que es perpendicular al eje x. cuando las componentes perpendiculares al eje x se suman sobre el anillo completo, el resultado es cero. Es decir, por simetra cualquier elemento sobre un lado del anillo forma una componente perpendicular que cancela la componente establecida por un elemento diametralmente opuesto a l.

Solucin

Por las razones anteriores, el campo resultante en P debe estar a lo largo del eje x y puede encontrarse integrando las componentes x de , donde esta expresin se obtiene descomponiendo el vector en sus componentes, como se muestra en la figura. Es decir, .

Y la integral debe tomarse sobre todo el lazo. Debido a que , x y R son constantes para todos los elementos del lazo y puesto que , obtenemos:

Donde hemos aprovechado el hecho magntico de que (la circunferencia de lazo).Para encontrar el campo magntico en el centro del lazo, en la ecuacin de arriba descrita en ese punto especial, esto produce:

Campo magntico de la tierra

El campo magntico terrestre se extiende desde el ncleo hasta atenuarse progresivamente en el espacio exterior (sin lmite), con unos efectos electromagnticos ms conocidos en la magnetosfera que nos protege del viento solar, pero que adems permite fenmenos muy diversos como la orientacin de las rocas en las dorsales ocenicas, la magnetorrecepcin de algunos animales y la orientacin de las personas mediante brjulas.

Una brjula apunta en la direccin Sur-Norte por tratarse de una aguja imantada inmersa en el campo magntico terrestre: desde este punto de vista, la Tierra se comporta como un imn gigantesco y tiene polos magnticos, los cuales, en la actualidad, no coinciden con los polos geogrficos.

El Polo Norte Magntico se encuentra a 1800 kilmetros del Polo Norte Geogrfico. En consecuencia, una brjula no apunta exactamente hacia el Norte geogrfico; la diferencia, medida en grados, se denomina declinacin magntica. La declinacin magntica depende del lugar de observacin, por ejemplo actualmente en Madrid (Espaa) es aproximadamente 3 oeste. El polo Norte magntico est desplazndose por la zona norte canadiense en direccin hacia el norte de Alaska.

Variaciones del campo magntico terrestre

El campo magntico de la Tierra vara en el curso de las eras geolgicas, es lo que se denomina variacin secular. Segn se ha comprobado por anlisis de los estratos al considerar que los tomos de hierro contenidos tienden a alinearse con el campo magntico terrestre. La direccin del campo magntico queda registrada en la orientacin de los dominios magnticos de las rocas y el ligero magnetismo resultante se puede medir.

Midiendo el magnetismo de rocas situadas en estratos formados en periodos geolgicos distintos se elaboraron mapas del campo magntico terrestre en diversas eras. Estos mapas muestran que ha habido pocas en que el campo magntico terrestre se ha reducido a cero para luego invertirse.

Durante los ltimos cinco millones de aos se han efectuado ms de veinte inversiones, la ms reciente hace 700.000 aos. Otras inversiones ocurrieron hace 870.000 y 950.000 aos. El estudio de los sedimentos del fondo del ocano indica que el campo estuvo prcticamente inactivo durante 10 o 20 mil aos, hace poco ms de un milln de aos.

No se puede predecir cundo ocurrir la siguiente inversin porque la secuencia no es regular. Ciertas mediciones recientes muestran una reduccin del 5% en la intensidad del campo magntico en los ltimos 100 aos. En la Anomala del Atlntico Sur, la fuerza del campo magntico est disminuyendo diez veces ms rpido que en otros lugares.

Magnetismo planetario

El magnetismo es un fenmeno extendido a todos los tomos con desequilibrio magntico. La agrupacin de dichos tomos produce los fenmenos magnticos perceptibles, y los cuerpos estelares, los planetas entre ellos, son propicios a tener las condiciones para que se desarrolle un campo magntico de una cierta intensidad. En el interior de los planetas, la acumulacin de materiales ferromagnticos (como hierro) y su movimiento diferencial relativo respecto a otras capas del cuerpo inducen un campo magntico de intensidad dependiente de las condiciones de formacin del planeta. En el mismo siempre se distinguen los dos polos, equivalentes a los de un imn normal. En el caso de la Tierra, la zona en la que se mueve est influenciada por el campo magntico solar, pero el propio campo magntico terrestre crea como una burbuja, la magnetosfera terrestre, dentro del anterior. Dicha burbuja tiene una capa lmite entre su influencia y la solar (magnetopausa) que es aproximadamente esfrica hacia el Sol, y alargada hacia el sistema solar externo, acercndose a la superficie terrestre en los polos magnticos terrestres. La interaccin en constante evolucin entre ambos campos magnticos y las partculas cargadas provenientes del Sol produce fenmenos como las auroras (boreales o australes) y la interferencia en las comunicaciones por ondas electromagnticas, as como alteraciones en los satlites artificiales en rbita, tambin se le llama diapositivas en forma de disquete.

Induccin electromagntica y la ley de FaradayEmpezamos describiendo dos experimentos sencillos que demuestran que se puede producir una corriente mediante un campo magntico variable.

.Primero consideremos un lazo de alambre conectados a un galvanmetro como lo muestra la figura de arriba. Si el imn se mueve hacia el lazo, la aguja del galvanmetro se desviar en una direccin tal como se presenta en la figura.

Si el imn se aleja del lazo, la aguja del galvanmetro se desviar en la direccin opuesta como se puede ver en la figura de arriba.Estos resultados son muy importantes en vista de que se establece una corriente en el circuito aun cuando en l no haya batera. Llamaremos a esta corriente como una corriente inducida, la cual se produce mediante una fem inducida.

La fem inducida en un circuito es directamente proporcional a la tasa de cambio en el tiempo del flujo magntico a travs del circuito.

Este enunciado, conocido como LEY DE INDUCCION DE FARADAY, puede escribirse:

Donde es el flujo magntico que circunda el circuito, el cual puede expresarse como:

Esta integral se toma sobre el rea delimitada por el circuito. El significado del signo menos es una consecuencia de la LEY DE LENZ, que se puede enunciar como: la polaridad de una fem inducida es tal que tiende a producir una corriente que crear un flujo magntico que se opone al cambio del flujo magntico a travs del lazo.

Si el circuito es una bobina que consta de N vueltas, todas de la misma rea, y si el flujo circunda todas las vueltas, la fem inducida es:

Ejemplo

Una forma de inducir una fem en una bobina

Una bobina esta enrollada con 200 vueltas de alambre sobre el permetro de un armazn cuadrado de 18 cm de lado. Cada vuelta tiene la misma rea, igual a la del armazn, y la resistencia total de la bobina es . Se activa un campo linealmente de 0 a , en un tiempo de 0.80 s, encuentre la magnitud de la fem inducida en la bobina mientras esta cambiando el campo.Solucin

El rea del lazo es . El flujo magntico a travs del lazo en es cero puesto que . En , el flujo magntico a travs del lazo es , por lo tanto, la magnitud de la fem inducida es:

Observe que

Generadores y motoresLos Motores y generadores elctricos, son un grupo de aparatos que se utilizan para convertir la energa mecnica en elctrica, o a la inversa, con medios electromagnticos. A una mquina que convierte la energa mecnica en elctrica se le denomina generador, alternador o dnamo, y a una mquina que convierte la energa elctrica en mecnica se le denomina motor.

Dos principios fsicos relacionados entre s sirven de base al funcionamiento de los generadores y de los motores. El primero es el principio de la induccin descubierto por el cientfico e inventor britnico Michael Faraday en 1831. Si un conductor se mueve a travs de un campo magntico, o si est situado en las proximidades de un circuito de conduccin fijo cuya intensidad puede variar, se establece o se induce una corriente en el conductor. El principio opuesto a ste fue observado en 1820 por el fsico francs Andr Marie Ampre. Si una corriente pasaba a travs de un conductor dentro de un campo magntico, ste ejerca una fuerza mecnica sobre el conductor.

La mquina dinamoelctrica ms sencilla es la dinamo de disco desarrollada por Faraday, que consiste en un disco de cobre que se monta de tal forma que la parte del disco que se encuentra entre el centro y el borde quede situada entre los polos de un imn de herradura. Cuando el disco gira, se induce una corriente entre el centro del disco y su borde debido a la accin del campo del imn. El disco puede fabricarse para funcionar como un motor mediante la aplicacin de un voltaje entre el borde y el centro del disco, lo que hace que el disco gire gracias a la fuerza producida por la reaccin magntica.

El campo magntico de un imn permanente es lo suficientemente fuerte como para hacer funcionar una sola dinamo pequea o motor. Por ello, los electroimanes se emplean en mquinas grandes. Tanto los motores como los generadores tienen dos unidades bsicas: el campo magntico, que es el electroimn con sus bobinas, y la armadura, que es la estructura que sostiene los conductores que cortan el campo magntico y transporta la corriente inducida en un generador, o la corriente de excitacin en el caso del motor. La armadura es por lo general un ncleo de hierro dulce laminado, alrededor del cual se enrollan en bobinas los cables conductores.Motores y generadores elctricos

Grupo de aparatos que se utilizan para convertir la energa mecnica en elctrica, o a la inversa, con medios electromagnticos. A una mquina que convierte la energa mecnica en elctrica se le denomina generador, alternador o dinamo, y a una mquina que convierte la energa elctrica en mecnica se le denomina motor.

Dos principios fsicos relacionados entre s sirven de base al funcionamiento de los generadores y de los motores. El primero es el principio de la induccin descubierto por el cientfico e inventor britnico Michael Faraday en 1831. Si un conductor se mueve a travs de un campo magntico, o si est situado en las proximidades de otro conductor por el que circula una corriente de intensidad variable, se establece o se induce una corriente elctrica en el primer conductor. El principio opuesto a ste fue observado en 1820 por el fsico francs Andr Marie Ampre. Si una corriente pasa a travs de un conductor situado en el interior de un campo magntico, ste ejerce una fuerza mecnica sobre el conductor. Ver Magnetismo.

La mquina dinamoelctrica ms sencilla es la dinamo de disco desarrollada por Faraday, que consiste en un disco de cobre que se monta de tal forma que la parte del disco que se encuentra entre el centro y el borde quede situada entre los polos de un imn de herradura. Cuando el disco gira, se induce una corriente entre el centro del disco y su borde debido a la accin del campo del imn. El disco puede fabricarse para funcionar como un motor mediante la aplicacin de un voltaje entre el borde y el centro del disco, lo que hace que el disco gire gracias a la fuerza producida por el campo magntico.

El campo magntico de un imn permanente slo tiene fuerza suficiente como para hacer funcionar una dinamo pequea o motor. Por ello, los electroimanes se emplean en mquinas grandes. Tanto los motores como los generadores tienen dos unidades bsicas: el inductor, que crea el campo magntico y que suele ser un electroimn, y la armadura o inducido, que es la estructura que sostiene los conductores que cortan el campo magntico y transporta la corriente inducida en un generador, o la corriente de excitacin en el caso del motor. La armadura es por lo general un ncleo de hierro dulce laminado, alrededor del cual se enrollan los cables conductores.

GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA

Si una armadura gira entre dos polos magnticos fijos, la corriente en la armadura circula en un sentido durante la mitad de cada revolucin, y en el otro sentido durante la otra mitad. Para producir un flujo constante de corriente en un sentido, o corriente continua, en un aparato determinado, es necesario disponer de un medio para invertir el flujo de corriente fuera del generador una vez durante cada revolucin. En las mquinas antiguas esta inversin se llevaba a cabo mediante un conmutador, un anillo de metal partido montado sobre el eje de una armadura. Las dos mitades del anillo se aislaban entre s y servan como bornes de la bobina. Las escobillas fijas de metal o de carbn se mantenan en contacto con el conmutador, que al girar conectaba elctricamente la bobina a los cables externos. Cuando la armadura giraba, cada escobilla estaba en contacto de forma alternativa con las mitades del conmutador, cambiando la posicin en el momento en el que la corriente inverta su sentido dentro de la bobina de la armadura. As se produca un flujo de corriente de un sentido en el circuito exterior al que el generador estaba conectado. Los generadores de corriente continua funcionan normalmente a voltajes bastante bajos para evitar las chispas que se producen entre las escobillas y el conmutador a voltajes altos. El potencial ms alto desarrollado para este tipo de generadores suele ser de 1.500 voltios. En algunas mquinas ms modernas esta inversin se realiza usando aparatos de potencia electrnica, como por ejemplo rectificadores de diodo.

Los generadores modernos de corriente continua utilizan armaduras de tambor, que suelen estar formadas por un gran nmero de bobinas agrupadas en hendiduras longitudinales dentro del ncleo de la armadura y conectadas a los segmentos adecuados de un conmutador mltiple. Si una armadura tiene un solo circuito de cable, la corriente que se produce aumentar y disminuir dependiendo de la parte del campo magntico a travs del cual se est moviendo el circuito. Un conmutador de varios segmentos usado con una armadura de tambor conecta siempre el circuito externo a uno de cable que se mueve a travs de un rea de alta intensidad del campo, y como resultado la corriente que suministran las bobinas de la armadura es prcticamente constante. Los campos de los generadores modernos se equipan con cuatro o ms polos electromagnticos que aumentan el tamao y la resistencia del campo magntico. En algunos casos, se aaden interpolos ms pequeos para compensar las distorsiones que causa el efecto magntico de la armadura en el flujo elctrico del campo.

El campo inductor de un generador se puede obtener mediante un imn permanente (magneto) o por medio de un electroimn (dinamo). En este ltimo caso, el electroimn se excita por una corriente independiente o por autoexcitacin, es decir, la propia corriente producida en la dinamo sirve para crear el campo magntico en las bobinas del inductor. Existen tres tipos de dinamo segn sea la forma en que estn acoplados el inductor y el inducido: en serie, en derivacin y en combinacin.

MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

En general, los motores de corriente continua son similares en su construccin a los generadores. De hecho podran describirse como generadores que funcionan al revs. Cuando la corriente pasa a travs de la armadura de un motor de corriente continua, se genera un par de fuerzas debido a la accin del campo magntico, y la armadura gira (vase Momento de una fuerza). La funcin del conmutador y la de las conexiones de las bobinas del campo de los motores es exactamente la misma que en los generadores. La revolucin de la armadura induce un voltaje en las bobinas de sta. Este voltaje es opuesto al voltaje exterior que se aplica a la armadura, y de ah que se conozca como voltaje inducido o fuerza contraelectromotriz. Cuando el motor gira ms rpido, el voltaje inducido aumenta hasta que es casi igual al aplicado. La corriente entonces es pequea, y la velocidad del motor permanecer constante siempre que el motor no est bajo carga y tenga que realizar otro trabajo mecnico que no sea el requerido para mover la armadura. Bajo carga, la armadura gira ms lentamente, reduciendo el voltaje inducido y permitiendo que fluya una corriente mayor en la armadura.

Debido a que la velocidad de rotacin controla el flujo de la corriente en la armadura, deben usarse aparatos especiales para arrancar los motores de corriente continua. Cuando la armadura est parada, sta no tiene realmente resistencia, y si se aplica el voltaje de funcionamiento normal, se producir una gran corriente, que podra daar el conmutador y las bobinas de la armadura. El medio normal de prevenir estos daos es el uso de una resistencia de encendido conectada en serie a la armadura, para disminuir la corriente antes de que el motor consiga desarrollar el voltaje inducido adecuado. Cuando el motor acelera, la resistencia se reduce gradualmente, tanto de forma manual como automtica.

La velocidad a la que funciona un motor depende de la intensidad del campo magntico que acta sobre la armadura, as como de la corriente de sta. Cuanto ms fuerte es el campo, ms bajo es el grado de rotacin necesario para generar un voltaje inducido lo bastante grande como para contrarrestar el voltaje aplicado. Por esta razn, la velocidad de los motores de corriente continua puede controlarse mediante la variacin de la corriente del campo.

GENERADORES DE CORRIENTE ALTERNA (ALTERNADORES)

Como se deca antes, un generador simple sin conmutador producir una corriente elctrica que cambia de sentido a medida que gira la armadura. Este tipo de corriente alterna es ventajosa para la transmisin de potencia elctrica, por lo que la mayora de los generadores elctricos son de este tipo. En su forma ms simple, un generador de corriente alterna se diferencia de uno de corriente continua en slo dos aspectos: los extremos de la bobina de su armadura estn sacados a los anillos colectores slidos sin segmentos del rbol del generador en lugar de los conmutadores, y las bobinas de campo se excitan mediante una fuente externa de corriente continua ms que con el generador en s. Los generadores de corriente alterna de baja velocidad se fabrican con hasta 100 polos, para mejorar su eficiencia y para lograr con ms facilidad la frecuencia deseada. Los alternadores accionados por turbinas de alta velocidad, sin embargo, son a menudo mquinas de dos polos. La frecuencia de la corriente que suministra un generador de corriente alterna es igual a la mitad del producto del nmero de polos por el nmero de revoluciones por segundo de la armadura.

A veces, es preferible generar un voltaje tan alto como sea posible. Las armaduras rotatorias no son prcticas en este tipo de aplicaciones, debido a que pueden producirse chispas entre las escobillas y los anillos colectores, y a que pueden producirse fallos mecnicos que podran causar cortocircuitos. Por tanto, los alternadores se construyen con una armadura fija en la que gira un rotor compuesto de un nmero de imanes de campo. El principio de funcionamiento es el mismo que el del generador de corriente alterna descrito con anterioridad, excepto en que el campo magntico (en lugar de los conductores de la armadura) est en movimiento.

La corriente que se genera mediante los alternadores descritos ms arriba aumenta hasta un pico, cae hasta cero, desciende hasta un pico negativo y sube otra vez a cero varias veces por segundo, dependiendo de la frecuencia para la que est diseada la mquina. Este tipo de corriente se conoce como corriente alterna monofsica. Sin embargo, si la armadura la componen dos bobinas, montadas a 90 una de otra, y con conexiones externas separadas, se producirn dos ondas de corriente, una de las cuales estar en su mximo cuando la otra sea cero. Este tipo de corriente se denomina corriente alterna bifsica. Si se agrupan tres bobinas de armadura en ngulos de 120, se producir corriente en forma de onda triple, conocida como corriente alterna trifsica. Se puede obtener un nmero mayor de fases incrementando el nmero de bobinas en la armadura, pero en la prctica de la ingeniera elctrica moderna se usa sobre todo la corriente alterna trifsica, con el alternador trifsico, que es la mquina dinamoelctrica que se emplea normalmente para generar potencia elctrica.

Motores de corriente alterna

Se disean dos tipos bsicos de motores para funcionar con corriente alterna polifsica: los motores sncrono y los motores de induccin. El motor sncrono es en esencia un alternador trifsico que funciona a la inversa. Los imanes del campo se montan sobre un rotor y se excitan mediante corriente continua, y las bobinas de la armadura estn divididas en tres partes y alimentadas con corriente alterna trifsica. La variacin de las tres ondas de corriente en la armadura provoca una reaccin magntica variable con los polos de los imanes del campo, y hace que el campo gire a una velocidad constante, que se determina por la frecuencia de la corriente en la lnea de potencia de corriente alterna.

La velocidad constante de un motor sncrono es ventajosa en ciertos aparatos. Sin embargo, no puede utilizarse este tipo de motores en aplicaciones en las que la carga mecnica sobre el motor llega a ser muy grande, ya que si el motor reduce su velocidad cuando est bajo carga puede quedar fuera de fase con la frecuencia de la corriente y llegar a pararse. Los motores sncrono pueden funcionar con una fuente de potencia monofsica mediante la inclusin de los elementos de circuito adecuados para conseguir un campo magntico rotatorio.

El ms simple de todos los tipos de motores elctricos es el motor de induccin de caja de ardilla que se usa con alimentacin trifsica. La armadura de este tipo de motor consiste en tres bobinas fijas y es similar a la del motor sncrono. El elemento rotatorio consiste en un ncleo, en el que se incluye una serie de conductores de gran capacidad colocados en crculo alrededor del rbol y paralelos a l. Cuando no tienen ncleo, los conductores del rotor se parecen en su forma a las jaulas cilndricas que se usaban para las ardillas. El flujo de la corriente trifsica dentro de las bobinas de la armadura fija genera un campo magntico rotatorio, y ste induce una corriente en los conductores de la jaula. La reaccin magntica entre el campo rotatorio y los conductores del rotor que transportan la corriente hace que ste gire. Si el rotor da vueltas exactamente a la misma velocidad que el campo magntico, no habr en l corrientes inducidas, y, por tanto, el rotor no debera girar a una velocidad sncrona. En funcionamiento, la velocidad de rotacin del rotor y la del campo difieren entre s de un 2 a un 5%. Esta diferencia de velocidad se conoce como cada.

Los motores con rotores del tipo jaula de ardilla se pueden usar con corriente alterna monofsica utilizando varios dispositivos de inductancia y capacitancia, que alteren las caractersticas del voltaje monofsico y lo hagan parecido al bifsico. Estos motores se denominan motores multifsicos o motores de condensador (o de capacidad), segn los dispositivos que usen. Los motores de jaula de ardilla monofsicos no tienen un par de arranque grande, y se utilizan motores de repulsin-induccin para las aplicaciones en las que se requiere el par. Este tipo de motores pueden ser multifsicos o de condensador, pero disponen de un interruptor manual o automtico que permite que fluya la corriente entre las escobillas del conmutador cuando se arranca el motor, y los circuitos cortos de todos los segmentos del conmutador, despus de que el motor alcance una velocidad crtica. Los motores de repulsin-induccin se denominan as debido a que su par de arranque depende de la repulsin entre el rotor y el estator, y su par, mientras est en funcionamiento, depende de la induccin. Los motores de bateras en serie con conmutadores, que funcionan tanto con corriente continua como con corriente alterna, se denominan motores universales. stos se fabrican en tamaos pequeos y se utilizan en aparatos domsticos.

TIPOS DE CORRIENTE ELCTRICA

En la prctica, los dos tipos de corrientes elctricas ms comunes son: corriente directa (CD) o continua y corriente alterna (CA). La corriente directa circula siempre en un solo sentido, es decir, del polo negativo al positivo de la fuente de fuerza electromotriz (FEM) que la suministra. Esa corriente mantiene siempre fija su polaridad, como es el caso de las pilas, bateras y dinamos.

La corriente alterna se diferencia de la directa en que cambia su sentido de circulacin peridicamente y, por tanto, su polaridad. Esto ocurre tantas veces como frecuencia en hertz (Hz) tenga esa corriente. A la corriente directa (C.D.) tambin se le llama "corriente continua" (C.C.).

La corriente alterna es el tipo de corriente ms empleado en la industria y es tambin la que consumimos en nuestros hogares. La corriente alterna de uso domstico e industrial cambia su polaridad o sentido de circulacin 50 60 veces por segundo, segn el pas de que se trate. Esto se conoce como frecuencia de la corriente alterna.

En los pases de Europa la corriente alterna posee 50 ciclos o hertz (Hz) por segundo de frecuencia, mientras que los en los pases de Amrica la frecuencia es de 60 ciclos o hertz.

Ondas electromagnticas

Las ondas electromagnticas se dispersan en el espacio al igual que lo hacen los rizos que se forman en un lago cuando se arroja una piedra en sus aguas. En el espacio vaco, las ondas electromagnticas viajan a una velocidad cercana a los 300.000 km/s.

Esta velocidad sera suficiente para dar la vuelta a la tierra en una sptima parte de segundo, o para cubrir los 150 Millones de kilmetros que nos separan del sol en 8 minutos. A travs de la materia, tal como el agua o el aire, la radiacin electromagntica viaja ms lentamente; a mayor densidad de la materia, menor velocidad.

En realidad, es el vnculo entre la electricidad y el magnetismo, el responsable de la luz y todas las dems radiaciones del espectro electromagntico, incluidos los rayos X, las ondas de radio y las microondas.

La radiacin electromagntica se produce siempre que en un tomo un electrn salta de una rbita a otra ms cercana al ncleo. El vnculo existe porque la radiacin electromagntica est formada por energa elctrica y energa magntica en cantidades casi iguales, y la radiacin electromagntica se propaga por el universo como ondas interactivas de campos elctricos y magnticos.

Actividades 1.- En un campo magntico de 1,5 T se introduce un protn con una velocidad de 2x107 m/s formando un ngulo de 30 con la direccin de aqul. Hallar la fuerza aplicada sobre la citada partcula. (2,4x10-12 N)

2.- Por efecto del campo magntico de induccin 4,5x10-3 T, los electrones de un haz (pincel) de un tubo de rayos catdicos describen un crculo de 2 cm de radio. Hallar la velocidad de las citadas partculas. (1,58x107 m/s)

3.- Se aceleran partculas alfa mediante una diferencia de potencial de 1kV, penetrando a continuacin en un campo magntico de induccin 0,2 T y de direccin perpendicular a la del movimiento. Hallar el radio de la trayectoria que recorren las partculas en cuestin. La masa y carga elctrica de las partculas alfa son 6,68x10-27 kg y + 2e, respectivamente. (3,23x10-2)

4.- Una partcula de carga q entra en una regin del espacio donde existe un campo elctrico uniforme dirigido hacia abajo (recuerde que E = F/q). El valor de E es de 80 kV/m. Perpendicular a E y dirigido hacia dentro de la pgina se halla un campo magntico de 0,4 T. Si la rapidez de la partcula se escoge apropiadamente, sta no sufrir ninguna deflexin a causa de los campos perpendiculares. Qu rapidez debe ser seleccionada en este caso?. (Este es un dispositivo llamado "Selector de Velocidades") (2x105 m/s)

5.- Las partculas alfa (m = 6,68x10-27 kg, q = +2e) son aceleradas desde el reposo a travs de una diferencia de potencial. Despus entran en un campo magntico de 0,2 T perpendicular a su direccin de movimiento. Calclese el radio de su trayectoria. (recuerde que variacin de energa cintica es igual a trabajo elctrico o energa potencial elctrica: Vq = mv2/2) (0,032 m)

6.- Determinar la masa de un in positivo que se desplaza con una velocidad lineal de 107 m/s en una trayectoria circular de 1,55 m de radio, normal a la direccin de un campo magntico de induccin 0,134 T. (Si el in tiene carga la unidad, ,32x10-27 kg; si est cargado el doble, masa = el doble; as sucesivamente)

Para calcular el campo magntico alrededor de conductores se utilizan la HYPERLINK "http://www.fisicapractica.com/ley-ampere.php" Ley de Ampere y la Ley de Biot-Savart.

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