Principales Leyes que rigen las Máquinas Eléctricas
Ley de Faraday:
Michael Faraday comunicó en 1831 sus primeras observaciones
cuantitativas sobre fenómenos relacionados con campos eléctricos y magnéticos
dependientes del tiempo. Observó la aparición de corrientes transitorias en
circuitos en las tres situaciones siguientes: (i) cuando se establecía o se
suspendía una corriente estacionaria en otro circuito próximo; (ii) si un
circuito cercano por el que circulaba una corriente estacionaria se movía
respecto del primero; y (iii) si se introducía o retiraba del circuito un imán
permanente.
Faraday tuvo el mérito de comprender las características comunes
de estos tres experimentos y atribuyó el origen de las corrientes transitorias
a las variaciones del flujo magnético que atravesaba el circuito. El cambio
común en los tres experimentos citados es la variación del número de líneas de
campo magnético que atraviesa el circuito donde se producen las corrientes
transitorias.
La Ley de Faraday o inducción electromagnética, enuncia que
el voltaje inducido en un circuito cerrado resulta directamente proporcional a
la velocidad con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una
dada superficie con el circuito haciendo de borde.
No importa cómo se produzca el cambio, el voltaje será generado en la bobina. Éste se puede producir por un cambio en la intensidad del campo magnético, el movimiento de un imán entrando y saliendo del interior de la bobina, moviendo la bobina hacia dentro o hacia fuera de un campo magnético, girando la bobina dentro de un campo magnético, etc.
En la práctica, frecuentemente lidiamos con la inducción
magnética en espiras múltiples de alambre, donde cada una contribuye con la
misma FEM. Por esta razón, incluimos un término adicional N para representar el
número de vueltas, es decir:
Ley de Lenz:
Gracias a la ya nombrada Ley de Lenz, se completó la Ley de
Faraday por lo que es habitual llamarla también Ley de Faraday-Lenz para hacer
honor a sus esfuerzos en el problema, los físicos rusos siempre usan el nombre
"Ley de Faraday-Lenz".
Ley de Lenz: “En todos los casos de inducción
electromagnética, las fuerzas electromotrices inducidas tiene un sentido tal
que las corrientes que producen son opuestas a la causa que la origina”.
Esta ley se basa en la conservación de la energía. Esto es,
las corrientes inducidas están producidas a expensas de la energía mecánica
requerida para introducir el imán dentro de la bobina contra su oposición, o
bien, de la energía precisa para separar el imán de la bobina, contra la
oposición que origina las corrientes inducidas.
El valor negativo de la expresión anterior indica que el Vε
se opone a la variación del flujo que la produce. Este signo corresponde a la
ley de Lenz.
Ley de Biot-Savart
Jean Baptiste Biot (1774-1862) y Félix Savart (1791-1841)
establecieron que al igual que una carga origina un campo eléctrico o una masa
un campo gravitatorio, un elemento de corriente genera un campo magnético. Un
elemento de corriente es la intensidad que fluye por una porción tangente al
hilo conductor de longitud infinitesimal y cuyo sentido es el de la corriente
eléctrica.
La ley de Biot y Savart establece que el campo magnético
producido por una corriente cualquiera en un punto P viene determinado por la
siguiente expresión:
Ley de Ampere
La ley de Ampere establece que para cualquier trayecto de
bucle cerrado, la suma de los elementos de longitud multiplicada por el campo magnético en
la dirección de esos elementos de longitud, es igual a la permeabilidad multiplicada por la corriente eléctrica (I) encerrada en ese bucle.
Regla de Flemming:
La regla de las manos izquierdas, o regla de
Fleming es una ley utilizada en el electromagnetismo que
determina el movimiento de un conductor que está inmerso en
un campo magnético o el sentido en el que se genera
la fuerza dentro de él.
En un conductor que está dentro de un campo
magnético perpendicular a él y por el cual se hace circular una corriente,
se crea una fuerza cuyo sentido dependerá de cómo interactúen ambas magnitudes
(corriente y campo). Esta fuerza que aparece como resultado se
denomina fuerza de Lorentz. Para obtener el sentido de la fuerza, se toma
el dedo índice de la mano (izquierda) apuntando a la dirección del campo
magnético que interactúa con el conductor y con el dedo corazón se apunta en
dirección a la corriente que circula por el conductor, formando un
ángulo de 90 grados. De esta manera, el dedo pulgar determina el sentido de la
fuerza que experimentará ese conductor.
Bibliografía:
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