Inductancia

Physics II

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Overview

Fuente: Yong P. Chen, PhD, Departamento de física & Astronomía, Facultad de Ciencias, Universidad de Purdue, West Lafayette, IN

Este experimento utiliza bobinas inductivas para demostrar el concepto de inductor y la inductancia. La inducción magnética se demostrará utilizando un imán de barra inserta o extrae de la base de una bobina para inducir un voltaje transitorio fuerza electromotriz (f.e.m.) en la bobina, medido por un voltímetro. Este experimento también demostrará la inductancia mutua entre dos bobinas, donde dar vuelta encendido o apagado de una corriente que fluye en una bobina puede inducir un voltaje emf en una segunda bobina cercana. Finalmente, el experimento demostrará la autoinductancia de una bobina, cuando apagar una corriente induce un emf para iluminar una bombilla en paralelo con la bobina.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Fundamentos de la física II. Inductancia. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Principles

Conforme a la ley de Faraday, un campo de magnético (dependiente del tiempo) cambio B inducirá un campo eléctrico, conocido como el campo de fuerza electromotriz (f.e.m.). Si el campo magnético es transversal a una bobina de circuito único, el campo emf generará un voltaje emf V a través de los dos extremos de la bobina:

Equation 1(Ecuación 1)

Es el flujo magnético a través del lazo,

Equation 2

donde A es el área del bucle, y si el campo magnético B es a lo largo de una dirección general, B debe ser reemplazado con su componente perpendicular a la zona del lazo y ΔΦ/Δt es la velocidad de su cambio. El signo menos en la ecuación 1 indica la dirección del emf inducido (o voltaje): siempre intenta oponer el cambio de campo externo B generando una corriente en la bobina que produce su propio campo magnético en la dirección opuesta de la cambio del campo B. La dirección de la corriente en la bobina está relacionada con la dirección del campo magnético inducido por la regla de la mano roja (envolver los dedos de la mano derecha alrededor de la dirección actual, los puntos del pulgar en la dirección del campo magnético producidos por la corriente). Por ejemplo, si el campo externo B es a lo largo de la x dirección (el área del bucle es en plano yz) y va en aumento con el tiempo, entonces el campo magnético generado por la FEM inducida y la corriente estará en x - dirección; Si el campo externo B está disminuyendo, la FEM inducida y la corriente genera un campo magnético en el + x dirección. Este es el fenómeno de la inducción magnética. Para un "" solenoide de N vueltas, el voltaje emf generado por cada vuelta se suman a una tensión emf total. Durante la inducción magnética, la bobina puede considerarse como un análogo de una batería que sería una tensión de salida y (si algunos cargan conectada) una corriente. En este experimento, este fenómeno se demostrará mediante un aumento o disminución de campo magnético B producido por: (1) un imán permanente se trasladó hacia o lejos de la bobina (figura 1); (2) otra en espiral con una corriente I que circula por la bobina, donde puedo activar o desactivar (figura 2); y (3) la bobina sí mismo con una corriente que fluye a través, donde yo puedo ser activado o desactivado (figura 3). En el caso de (3), la inducción se denomina autoinducción y el solenoide es un ejemplo de un "inductor". Para ambos casos (2) y (3), ya que el flujo magnético o campo magnético (cuyo cambio causa la inducción) es proporcional a la corriente, el voltaje emf inducido es proporcional a la tasa de cambio de la corriente (ΔI/Δt), con el factor proporcional L conocido como el mutual inductance como en el caso (2) o autoinductancia como caso (3) , respectivamente:

Equation 3(Ecuación 2)

La dirección de la tensión V se determina de una manera similar como se describe anteriormente: el CEM V intentará producir una corriente I y su propio campo magnético que se opone a los cambios en el campo magnético original B.

Procedure

1. inducción magnética

  1. Obtener una bobina del solenoide (con núcleo hueco) y un imán de barra (con sus polos norte y sur con la etiqueta).
  2. Obtener un amperímetro analógico bipolar con una aguja indicadora. La aguja es nominalmente en la posición media en lectura de cero y se desviará hacia la derecha o izquierda según el sentido de flujo de corriente (positivo lectura significa que los flujos de corriente desde el terminal positivo y el terminal negativo dentro del amperímetro).
  3. Conectar los dos extremos del solenoide a la "+" y "−" terminales del amperímetro, como en la figura 1. La conexión puede realizarse con cables con pinzas o enchufes de plátano en la recepción de los puertos en los instrumentos.
  4. Traer más cerca el imán de barra a la bobina e inserte su extremo norte en su núcleo, como se muestra en la figura 1. Observar el amperímetro y grabar la señal de su lectura. Para todas las observaciones a realizarse en el siguiente, registrar siempre el signo y la magnitud aproximada de la lectura.
  5. Extraiga el imán detrás de la bobina y observe la lectura en el amperímetro.
  6. Con el imán de barra lejos de la bobina, dale la vuelta y ahora mover el extremo del sur más cerca a la bobina. Inserte el extremo del sur en el núcleo de la bobina y observe la lectura en el amperímetro.
  7. Extraiga el imán hacia atrás por la bobina nuevamente y observar la lectura en el amperímetro.
  8. Repetir pasos 1.6 y 1.7 arriba (Inserte y extraiga el polo sur del imán) pero con una menor y luego mayor velocidad y observar y comparar la lectura en el amperímetro.

Figure 1
Figura 1 : Diagrama que muestra un imán hacia hacia/lejos de una bobina induce una corriente en la bobina (inducción magnética).

2. inductancia mutua

  1. Obtener una segunda bobina solenoide (denominada bobina #2) y acercar a la primera bobina (denominada bobina #1) como se muestra en la figura 2. Las dos bobinas están alineadas aproximadamente a lo largo de un eje común.
  2. Conecte los dos extremos de la bobina #2 a una fuente de voltaje de CC con un interruptor, como se muestra en la figura 2. #1 de la bobina todavía está conectada con el amperímetro analógico.
  3. Con el interruptor abierto, ajuste la fuente de tensión a + 2 V, luego cerrar el interruptor para permitir que una corriente fluya en la bobina #2 y observar la lectura en el amperímetro conectado al #1 de la bobina cuando el interruptor se enciende.
  4. Ahora abra el interruptor y observar la lectura en el amperímetro.
  5. Establecer la fuente de tensión a −2 V (o alternativamente, intercambiar los dos cables conectados a lo más y menos terminales de la fuente de voltaje para invertir el signo de la tensión y la corriente a la bobina #1), repita los pasos 2.3 (encendido) y 2.4 (Apagar) y observe el amperímetro conectado para #1 de la bobina.
  6. Ahora inserte la bobina #2 en el núcleo de la bobina #1 tan plenamente como sea posible, repita el paso anterior 2.5 y observar que la lectura en el amperímetro conectado para #1 de la bobina.

Figure 2
Figura 2 : Diagrama que demuestra que una conmutación actual encendido o apagado en una bobina se induce en otro cercano bobina (inducción mutua).

3. autoinductancia

  1. Obtener una bombilla de luz y conectar en serie con el amperímetro, luego conectarse la combinación #2 bobina en paralelo con la fuente de voltios, como se muestra en la figura 3. El voltaje en el suministro de voltios se establece a 1 V.
  2. Cerrar el interruptor para permitir el flujo de corriente a través de la bobina. El foco de luz debe ser tenue porque la bobina tiene una resistencia mucho menor que la bombilla, y la mayoría de la corriente fluirá a través de la bobina.
  3. Abrir el interruptor para que la fuente de volt está desconectada del resto del circuito y observar la bombilla y el amperímetro de lectura cuando el interruptor se abre solo.

Figure 3
Figura 3 : Diagrama que muestra un circuito para demostrar la auto-inducción, donde ajuste de corriente en una bobina induce un voltaje y corriente en una bombilla conectada a él.

Inductores, típicamente en forma de bobinas, se utilizan en muchas aplicaciones de circuitos. Su propósito es almacenar energía magnética cuando los flujos actuales de un estado estacionario.

En un bucle que se forma un circuito cerrado, el campo magnético cambiante induce una fuerza electromotriz que impulsa la corriente. Este fenómeno se llama inducción electromagnética. Un inductor es simplemente una bobina de alambre y tiene la propiedad de autoinductancia, que relaciona el voltaje a través de sus terminales con el cambio en su propio campo magnético.

Este video se ilustran los conceptos de inductancia y luego demostrar un experimento de inducción usando una barra de imán y una bobina. Por último, vamos a revisar algunas de las aplicaciones actuales para los inductores.

Flujo magnético se puede pensar como la cantidad de campo magnético pasa a través de un área. Para un campo magnético uniforme B perpendicular a un área A, el flujo magnético phi es simplemente el producto de los dos. Conforme a la ley de Faraday de la inducción, un flujo magnético cambiante en un lazo del alambre genera una fuerza electromotriz, o FEM, a lo largo del bucle. Esta FEM es igual a la negativa de la tasa de cambio del flujo magnético con el tiempo.

Tasa de flujo magnético de cambio determina la polaridad de la fuerza electromotriz inducida. El signo negativo en la expresión para la ley de Faraday significa que si el campo magnético disminuye con el tiempo, el EMF es positiva. Si aumenta con el tiempo, la FEM es negativa. Cuando el circuito es un circuito cerrado, las unidades EMF inducidos actual que a su vez genera su propio campo magnético. Este campo magnético tiene una orientación dada por la regla de la mano derecha. Si el enrollamiento de los dedos de la mano derecha alrededor de la dirección de la corriente en el lazo, el pulgar de la mano derecha apuntaría en la dirección del campo magnético generado. La corriente inducida debe fluir en la dirección que crea un campo magnético, velocidad del campo magnético externo de cambio de oposición.

Por ejemplo, el campo magnético de este imán apunta hacia arriba a través de un solo lazo del alambre. Moviendo el imán lejos del circuito disminuye la fuerza del campo magnético a través del lazo. El cambio de flujo magnético-representado por un vector apuntando hacia abajo-induce una FEM positiva que conduce corriente en sentido antihorario como se muestra. Por la regla de la mano derecha, la corriente crea un campo magnético que señala para arriba dentro del bucle para oponerse a la disminución de campo magnético o flujo. Por el contrario, mover el imán hacia el bucle aumenta el campo magnético. El cambio de flujo magnético se representa por un vector apuntando hacia arriba. En este caso induce una FEM negativa que conduce actual hacia la derecha. Por la regla de la mano derecha, la corriente en este sentido crea un campo magnético que apunta hacia abajo dentro del bucle para oponerse a la cada vez mayor campo magnético o flujo.

Ahora vamos a pasar de un lazo a un solenoide, que es simplemente varios bucles de hilo enrollado a un núcleo de aire o material magnético. Es un inductor utilizado en circuitos eléctricos. Si la corriente fluye a través de un solenoide, crea un campo magnético en el inductor. La dirección de este campo magnético está dada por la regla de la mano derecha. Este campo a su vez produce un flujo magnético en la dirección del campo y la cantidad de este flujo es proporcional a la corriente. Por lo tanto, si la corriente cambia con el tiempo, también lo hace el flujo magnético. Siguiendo la ley de Faraday, el flujo cambiante induce un voltaje que conduce corriente por la bobina que campo de magnético de la corriente inducida se opone a los cambios en el flujo original. Este fenómeno de inducción de voltaje en sus terminales en respuesta a la corriente variable se llama autoinducción y el voltaje inducido total a través del solenoide es el número de vueltas N, multiplicado por la EMF de un solo lazo.

Ahora que hemos explicado los conceptos básicos, vamos a ver cómo estudiar la inducción electromagnética en un laboratorio de física.

Todos los experimentos siguientes utilizan un amperímetro analógico de bipolar, que tiene una aguja que se desvía a la derecha o izquierda del punto cero, dependiendo de la dirección del flujo actual.

En primer lugar, obtener un solenoide con un núcleo hueco, un imán de barra con polos claramente marcadas hacia el norte y sur y el amperímetro analógico bipolar. Luego conectar el solenoide para el amperímetro. Para la primera prueba, inserte el polo norte del imán en el extremo del solenoide conectado a la terminal negativa del amperímetro. Observar el amperímetro y registrar la polaridad y la magnitud aproximada de la desviación de la aguja. Tire el imán en el solenoide y registrar la polaridad y la magnitud aproximada de la desviación de la aguja del amperimetro.

Ahora gire el imán e insertar y retirar el polo sur desde el extremo del solenoide conectado a la terminal negativa del amperímetro. Repite este experimento introduciendo el polo sur del imán en la bobina y luego quitar lo primero más lentamente y luego más rápidamente que en el primer ensayo. Cuando el polo norte se mueve cerca y entra en el solenoide, induce corriente que provoca una momentánea desviación positiva del amperímetro. Cuando se quita el polo norte del solenoide, la desviación es negativa. Invierte la orientación del imán también invierte la respuesta de amperímetro.

Por último, la velocidad de movimiento afecta el cambio del campo magnético con el tiempo, que determina el voltaje inducido y la corriente. Lento movimiento induce menos corriente y una lectura más pequeño y más rápido movimiento induce más corriente y una lectura más grande.

Para el experimento de la autoinductancia, conecte una bombilla, bobina del inductor, fuente de tensión fijada en un volt positivo, interruptor y el amperímetro analógico como se muestra. Montar el circuito con el interruptor abierto flujos tan no actuales.

Cerrar el interruptor para conectar la fuente de tensión a la bombilla y la bobina del inductor. Observar la bombilla, que parece ser tenuemente iluminado. Abrir el interruptor para desconectar la tensión de alimentación del circuito. Observar la bombilla y el amperímetro en el momento que se abran luego grabar el resultado. El foco de luz ilumina brevemente y el amperímetro muestra una lectura positiva al mismo tiempo. Esto sucede debido a la autoinducción y varios eventos tienen lugar durante este breve periodo de tiempo.

Inicialmente, cuando el interruptor está cerrado, flujo de corriente a través de la bobina y la bombilla, pero mucho más corriente atraviesa la bobina en comparación con la bombilla de luz, desde la bobina ha una resistencia más baja comparada con la bombilla. Abrir el interruptor desconecta la fuente de tensión. Esto hace que la corriente por el inductor para disminuir.

Este cambio de corriente por el inductor provoca un cambio en su flujo magnético, que a su vez induce a una corriente transitoria que se opone a la disminución de flujo en la misma dirección que la corriente original. La combinación de los dos - original y transitorio actual--produce el inductor total actual, que ahora fluye por la bombilla enciende brevemente y al mismo tiempo provoca una desviación del amperímetro para indicar una corriente positiva.

Inducción electromagnética tiene muchas aplicaciones en los dispositivos modernos y es un método fundamental de la transferencia de energía y la información sin contacto físico.

La inducción es el principio fundamental detrás del funcionamiento de dispositivos llamados transformadores. Un transformador tiene un par de terminales de entrada conectado a una bobina primaria- o bobina- y un par de terminales de salida conectado a una bobina secundaria. Un núcleo de acero, ferrita o incluso simplemente aire, magnéticamente parejas los dos devanados. Un voltaje en una bobina produce corriente fluir a través de él, creando un campo magnético. Flujo magnético o la densidad del campo magnético, entonces está acoplada a la bobina secundaria a través del núcleo, donde induce un voltaje. Este principio se denomina inducción mutua.

Otra aplicación de los inductores es motores de inducción AC, que son los workhorses de la industria moderna debido a su simplicidad, robustez y confiabilidad. Un motor de inducción tiene dos partes principales. La primera es la parte fija, llamada estator, que consta de bobinas estacionarias alrededor de una cavidad. Suspendido en la cavidad es el rotor, que es un par de anillos de extremo tapado un arreglo cilíndrico de bares. Un motor de inducción de CA trifásica utiliza potencia de tres fases, cada fase conectada a su el propios, sistema separado de las bobinas del estator. Las bobinas están dispuestas en un patrón que genera un campo magnético de cada fase de la alimentación. Campo magnético neto resultante, llamado "campo magnético del estator" gira con velocidad constante.

El flujo magnético giratorio induce corriente en el rotor, de la misma forma que un transformador transfiere energía de la bobina primaria a la secundaria. La corriente a través de las barras del rotor a su vez crea su propio campo magnético, llamado "campo magnético inducido del rotor". La interacción entre estos dos campos produce una fuerza sobre el rotor, que hace que siga el campo magnético del estator, como una plancha de bar siguiendo los imanes alrededor de él.

Sólo ha visto introducción de Zeus a inductancia electromagnética. Ahora debería entender cómo un campo magnético variable de tiempo induce una fuerza electromotriz en un conductor, y cómo la corriente resultante produce su propio campo magnético. ¡Gracias por ver!

Results

Resultados representativos de lo que puede observarse en el amperímetro de lectura para las secciones 1 y 2 (configuraciones en las figuras 1 y 2) se resumen en las tablas 1 y 2 por debajo.

Procedimiento paso Orientación del imán de barra Movimiento del imán Lectura en el amperímetro
1.4 Sur-Norte (norte está en el extremo derecho de la barra, como en la figura 1) Avanzar hacia la bobina (extremo izquierdo) Positiva
1.5 Sur-norte Alejándose de la bobina Negativo
1.6 De norte a sur Hacia la bobina Negativo
1.7 De norte a sur Alejándose de la bobina Positiva

Tabla 1: Resultados representativos para la sección 1. De paso 1.8, observar que una mayor velocidad de movimiento le da un más grande (mayor desviación de la aguja) la lectura en el amperímetro.

Procedimiento paso Voltios de la fuente ajuste Accionamiento del interruptor Lectura en el amperímetro
2.3 + 2 V Encender Positiva
2.4 + 2 V Apagar Negativo
2.5 V −2 Encender Negativo
2.5 V −2 Apagar Positiva

Tabla 2: Resultados representativos para la sección 2. Paso 2.6, observar que colocar bobina #2 interior bobina #1 da una lectura más grande (mientras que los signos de la lectura siguen siendo los mismos) en el amperímetro en comparación con paso 2.5 de cada acción de interruptor correspondiente.

Para sección 3, si inicialmente hay flujo de corriente debido a la fuente de volt (+ 1 V) de la derecha a la izquierda de la bobina, apagarlo (abrir el interruptor) induce una corriente transitoria en la misma dirección. La bombilla se encenderá brevemente, y el amperímetro registrará una lectura positiva para la conexión dada en la figura 3.

Applications and Summary

En este experimento, hemos demostrado cómo cambiando un campo magnético (un imán en movimiento) induce una corriente en una bobina, y también cómo cambia la corriente en la bobina induce corriente en otra bobina (inducción mutua). Demostramos también que cambia la corriente en una bobina induce una tensión y corriente en la bobina misma (autoinducción).

Inductores (normalmente en forma de bobinas) se utilizan en muchas aplicaciones de circuitos, tales como almacenar energía magnética cuando los flujos actuales de un estado estacionario. Son útiles para la señal eléctrica de procesamiento; por ejemplo, tomando la derivada o integral de una señal eléctrica, para el filtrado y para los circuitos de resonancia. También se utilizan en transformadores para cambiar el voltaje de señales de CA.

El autor del experimento agradece la ayuda de Gary Hudson para la preparación de material y Chuanhsun Li para la demostración de los pasos en el video.

1. inducción magnética

  1. Obtener una bobina del solenoide (con núcleo hueco) y un imán de barra (con sus polos norte y sur con la etiqueta).
  2. Obtener un amperímetro analógico bipolar con una aguja indicadora. La aguja es nominalmente en la posición media en lectura de cero y se desviará hacia la derecha o izquierda según el sentido de flujo de corriente (positivo lectura significa que los flujos de corriente desde el terminal positivo y el terminal negativo dentro del amperímetro).
  3. Conectar los dos extremos del solenoide a la "+" y "−" terminales del amperímetro, como en la figura 1. La conexión puede realizarse con cables con pinzas o enchufes de plátano en la recepción de los puertos en los instrumentos.
  4. Traer más cerca el imán de barra a la bobina e inserte su extremo norte en su núcleo, como se muestra en la figura 1. Observar el amperímetro y grabar la señal de su lectura. Para todas las observaciones a realizarse en el siguiente, registrar siempre el signo y la magnitud aproximada de la lectura.
  5. Extraiga el imán detrás de la bobina y observe la lectura en el amperímetro.
  6. Con el imán de barra lejos de la bobina, dale la vuelta y ahora mover el extremo del sur más cerca a la bobina. Inserte el extremo del sur en el núcleo de la bobina y observe la lectura en el amperímetro.
  7. Extraiga el imán hacia atrás por la bobina nuevamente y observar la lectura en el amperímetro.
  8. Repetir pasos 1.6 y 1.7 arriba (Inserte y extraiga el polo sur del imán) pero con una menor y luego mayor velocidad y observar y comparar la lectura en el amperímetro.

Figure 1
Figura 1 : Diagrama que muestra un imán hacia hacia/lejos de una bobina induce una corriente en la bobina (inducción magnética).

2. inductancia mutua

  1. Obtener una segunda bobina solenoide (denominada bobina #2) y acercar a la primera bobina (denominada bobina #1) como se muestra en la figura 2. Las dos bobinas están alineadas aproximadamente a lo largo de un eje común.
  2. Conecte los dos extremos de la bobina #2 a una fuente de voltaje de CC con un interruptor, como se muestra en la figura 2. #1 de la bobina todavía está conectada con el amperímetro analógico.
  3. Con el interruptor abierto, ajuste la fuente de tensión a + 2 V, luego cerrar el interruptor para permitir que una corriente fluya en la bobina #2 y observar la lectura en el amperímetro conectado al #1 de la bobina cuando el interruptor se enciende.
  4. Ahora abra el interruptor y observar la lectura en el amperímetro.
  5. Establecer la fuente de tensión a −2 V (o alternativamente, intercambiar los dos cables conectados a lo más y menos terminales de la fuente de voltaje para invertir el signo de la tensión y la corriente a la bobina #1), repita los pasos 2.3 (encendido) y 2.4 (Apagar) y observe el amperímetro conectado para #1 de la bobina.
  6. Ahora inserte la bobina #2 en el núcleo de la bobina #1 tan plenamente como sea posible, repita el paso anterior 2.5 y observar que la lectura en el amperímetro conectado para #1 de la bobina.

Figure 2
Figura 2 : Diagrama que demuestra que una conmutación actual encendido o apagado en una bobina se induce en otro cercano bobina (inducción mutua).

3. autoinductancia

  1. Obtener una bombilla de luz y conectar en serie con el amperímetro, luego conectarse la combinación #2 bobina en paralelo con la fuente de voltios, como se muestra en la figura 3. El voltaje en el suministro de voltios se establece a 1 V.
  2. Cerrar el interruptor para permitir el flujo de corriente a través de la bobina. El foco de luz debe ser tenue porque la bobina tiene una resistencia mucho menor que la bombilla, y la mayoría de la corriente fluirá a través de la bobina.
  3. Abrir el interruptor para que la fuente de volt está desconectada del resto del circuito y observar la bombilla y el amperímetro de lectura cuando el interruptor se abre solo.

Figure 3
Figura 3 : Diagrama que muestra un circuito para demostrar la auto-inducción, donde ajuste de corriente en una bobina induce un voltaje y corriente en una bombilla conectada a él.

Inductores, típicamente en forma de bobinas, se utilizan en muchas aplicaciones de circuitos. Su propósito es almacenar energía magnética cuando los flujos actuales de un estado estacionario.

En un bucle que se forma un circuito cerrado, el campo magnético cambiante induce una fuerza electromotriz que impulsa la corriente. Este fenómeno se llama inducción electromagnética. Un inductor es simplemente una bobina de alambre y tiene la propiedad de autoinductancia, que relaciona el voltaje a través de sus terminales con el cambio en su propio campo magnético.

Este video se ilustran los conceptos de inductancia y luego demostrar un experimento de inducción usando una barra de imán y una bobina. Por último, vamos a revisar algunas de las aplicaciones actuales para los inductores.

Flujo magnético se puede pensar como la cantidad de campo magnético pasa a través de un área. Para un campo magnético uniforme B perpendicular a un área A, el flujo magnético phi es simplemente el producto de los dos. Conforme a la ley de Faraday de la inducción, un flujo magnético cambiante en un lazo del alambre genera una fuerza electromotriz, o FEM, a lo largo del bucle. Esta FEM es igual a la negativa de la tasa de cambio del flujo magnético con el tiempo.

Tasa de flujo magnético de cambio determina la polaridad de la fuerza electromotriz inducida. El signo negativo en la expresión para la ley de Faraday significa que si el campo magnético disminuye con el tiempo, el EMF es positiva. Si aumenta con el tiempo, la FEM es negativa. Cuando el circuito es un circuito cerrado, las unidades EMF inducidos actual que a su vez genera su propio campo magnético. Este campo magnético tiene una orientación dada por la regla de la mano derecha. Si el enrollamiento de los dedos de la mano derecha alrededor de la dirección de la corriente en el lazo, el pulgar de la mano derecha apuntaría en la dirección del campo magnético generado. La corriente inducida debe fluir en la dirección que crea un campo magnético, velocidad del campo magnético externo de cambio de oposición.

Por ejemplo, el campo magnético de este imán apunta hacia arriba a través de un solo lazo del alambre. Moviendo el imán lejos del circuito disminuye la fuerza del campo magnético a través del lazo. El cambio de flujo magnético-representado por un vector apuntando hacia abajo-induce una FEM positiva que conduce corriente en sentido antihorario como se muestra. Por la regla de la mano derecha, la corriente crea un campo magnético que señala para arriba dentro del bucle para oponerse a la disminución de campo magnético o flujo. Por el contrario, mover el imán hacia el bucle aumenta el campo magnético. El cambio de flujo magnético se representa por un vector apuntando hacia arriba. En este caso induce una FEM negativa que conduce actual hacia la derecha. Por la regla de la mano derecha, la corriente en este sentido crea un campo magnético que apunta hacia abajo dentro del bucle para oponerse a la cada vez mayor campo magnético o flujo.

Ahora vamos a pasar de un lazo a un solenoide, que es simplemente varios bucles de hilo enrollado a un núcleo de aire o material magnético. Es un inductor utilizado en circuitos eléctricos. Si la corriente fluye a través de un solenoide, crea un campo magnético en el inductor. La dirección de este campo magnético está dada por la regla de la mano derecha. Este campo a su vez produce un flujo magnético en la dirección del campo y la cantidad de este flujo es proporcional a la corriente. Por lo tanto, si la corriente cambia con el tiempo, también lo hace el flujo magnético. Siguiendo la ley de Faraday, el flujo cambiante induce un voltaje que conduce corriente por la bobina que campo de magnético de la corriente inducida se opone a los cambios en el flujo original. Este fenómeno de inducción de voltaje en sus terminales en respuesta a la corriente variable se llama autoinducción y el voltaje inducido total a través del solenoide es el número de vueltas N, multiplicado por la EMF de un solo lazo.

Ahora que hemos explicado los conceptos básicos, vamos a ver cómo estudiar la inducción electromagnética en un laboratorio de física.

Todos los experimentos siguientes utilizan un amperímetro analógico de bipolar, que tiene una aguja que se desvía a la derecha o izquierda del punto cero, dependiendo de la dirección del flujo actual.

En primer lugar, obtener un solenoide con un núcleo hueco, un imán de barra con polos claramente marcadas hacia el norte y sur y el amperímetro analógico bipolar. Luego conectar el solenoide para el amperímetro. Para la primera prueba, inserte el polo norte del imán en el extremo del solenoide conectado a la terminal negativa del amperímetro. Observar el amperímetro y registrar la polaridad y la magnitud aproximada de la desviación de la aguja. Tire el imán en el solenoide y registrar la polaridad y la magnitud aproximada de la desviación de la aguja del amperimetro.

Ahora gire el imán e insertar y retirar el polo sur desde el extremo del solenoide conectado a la terminal negativa del amperímetro. Repite este experimento introduciendo el polo sur del imán en la bobina y luego quitar lo primero más lentamente y luego más rápidamente que en el primer ensayo. Cuando el polo norte se mueve cerca y entra en el solenoide, induce corriente que provoca una momentánea desviación positiva del amperímetro. Cuando se quita el polo norte del solenoide, la desviación es negativa. Invierte la orientación del imán también invierte la respuesta de amperímetro.

Por último, la velocidad de movimiento afecta el cambio del campo magnético con el tiempo, que determina el voltaje inducido y la corriente. Lento movimiento induce menos corriente y una lectura más pequeño y más rápido movimiento induce más corriente y una lectura más grande.

Para el experimento de la autoinductancia, conecte una bombilla, bobina del inductor, fuente de tensión fijada en un volt positivo, interruptor y el amperímetro analógico como se muestra. Montar el circuito con el interruptor abierto flujos tan no actuales.

Cerrar el interruptor para conectar la fuente de tensión a la bombilla y la bobina del inductor. Observar la bombilla, que parece ser tenuemente iluminado. Abrir el interruptor para desconectar la tensión de alimentación del circuito. Observar la bombilla y el amperímetro en el momento que se abran luego grabar el resultado. El foco de luz ilumina brevemente y el amperímetro muestra una lectura positiva al mismo tiempo. Esto sucede debido a la autoinducción y varios eventos tienen lugar durante este breve periodo de tiempo.

Inicialmente, cuando el interruptor está cerrado, flujo de corriente a través de la bobina y la bombilla, pero mucho más corriente atraviesa la bobina en comparación con la bombilla de luz, desde la bobina ha una resistencia más baja comparada con la bombilla. Abrir el interruptor desconecta la fuente de tensión. Esto hace que la corriente por el inductor para disminuir.

Este cambio de corriente por el inductor provoca un cambio en su flujo magnético, que a su vez induce a una corriente transitoria que se opone a la disminución de flujo en la misma dirección que la corriente original. La combinación de los dos - original y transitorio actual--produce el inductor total actual, que ahora fluye por la bombilla enciende brevemente y al mismo tiempo provoca una desviación del amperímetro para indicar una corriente positiva.

Inducción electromagnética tiene muchas aplicaciones en los dispositivos modernos y es un método fundamental de la transferencia de energía y la información sin contacto físico.

La inducción es el principio fundamental detrás del funcionamiento de dispositivos llamados transformadores. Un transformador tiene un par de terminales de entrada conectado a una bobina primaria- o bobina- y un par de terminales de salida conectado a una bobina secundaria. Un núcleo de acero, ferrita o incluso simplemente aire, magnéticamente parejas los dos devanados. Un voltaje en una bobina produce corriente fluir a través de él, creando un campo magnético. Flujo magnético o la densidad del campo magnético, entonces está acoplada a la bobina secundaria a través del núcleo, donde induce un voltaje. Este principio se denomina inducción mutua.

Otra aplicación de los inductores es motores de inducción AC, que son los workhorses de la industria moderna debido a su simplicidad, robustez y confiabilidad. Un motor de inducción tiene dos partes principales. La primera es la parte fija, llamada estator, que consta de bobinas estacionarias alrededor de una cavidad. Suspendido en la cavidad es el rotor, que es un par de anillos de extremo tapado un arreglo cilíndrico de bares. Un motor de inducción de CA trifásica utiliza potencia de tres fases, cada fase conectada a su el propios, sistema separado de las bobinas del estator. Las bobinas están dispuestas en un patrón que genera un campo magnético de cada fase de la alimentación. Campo magnético neto resultante, llamado "campo magnético del estator" gira con velocidad constante.

El flujo magnético giratorio induce corriente en el rotor, de la misma forma que un transformador transfiere energía de la bobina primaria a la secundaria. La corriente a través de las barras del rotor a su vez crea su propio campo magnético, llamado "campo magnético inducido del rotor". La interacción entre estos dos campos produce una fuerza sobre el rotor, que hace que siga el campo magnético del estator, como una plancha de bar siguiendo los imanes alrededor de él.

Sólo ha visto introducción de Zeus a inductancia electromagnética. Ahora debería entender cómo un campo magnético variable de tiempo induce una fuerza electromotriz en un conductor, y cómo la corriente resultante produce su propio campo magnético. ¡Gracias por ver!

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