Extensión Barinas.

Ingeniería en Sistema.

Integrante:

T.S.U Vanessa Delgado

C.I 18.402.897

Se denomina fuerza electromotriz (fem) a la energía

proveniente de cualquier fuente, medio o dispositivo que

suministre corriente eléctrica.

Una fuente de fem es cualquier dispositivo que

produce un campo eléctrico y que por lo tanto puede

originar un movimiento en las cargas por un circuito.

Una fuente de fem puede ser considerada como una bomba de carga. Cuando un

potencial es definido, la fuente mueve cargas hacia arriba hasta un potencial más

alto.

Puede explicarse por la existencia de un campo electromotor cuya

circulación, define la fuerza electromotriz del generador.

Se relaciona con la diferencia de potencial entre los bornes y la resistencia

interna del generador mediante la fórmula (el producto es la

caída de potencial que se produce en el interior del generador a causa de la

resistencia óhmica que ofrece al paso de la corriente). La FEM de un generador

coincide con la diferencia de potencial en circuito abierto.

Fuerza Electromo

triz

La inducción electromagnética es el fenómeno

que origina la producción de una fuerza

electromotriz (f.e.m. o voltaje) en un medio o

cuerpo expuesto a un campo magnético

variable, o bien en un medio móvil respecto a

un campo magnético estático.

Este fenómeno de inducción electromagnética se rige por dos leyes, una de tipo

cuantitativo conocida con el nombre de ley de Faraday y otra de tipo cualitativo o ley

de Lenz.

La fuerza electromotriz de inducción (o inducida) en un circuito cerrado es igual a

la variación del flujo de inducción del campo magnético que lo atraviesa en la

unidad de tiempo, lo que se expresa por la fórmula (Ley de Faraday). El

signo - (Ley de Lenz) indica que el sentido de la FEM inducida es tal que se opone al

descrito por la ley de Faraday ( ).

Fuerza Electromo

triz de inducción

Ley de Faraday

La ley de Faraday es una relación

fundamental basada en las ecuaciones de

Maxwell. Sirve como un sumario abreviado de

las formas en que se puede generar un voltaje o

fem, por medio del cambio del entorno

magnético. La fem inducida en una bobina es

igual al negativo de la tasa de cambio del flujo

magnético multiplicado por el número de vueltas (espiras) de la bobina. Implica la

interacción de la carga con el campo magnético.

Formula:

Es decir, la fem es inducida en un circuito cuando el flujo magnético a través

de un circuito varía en el tiempo. En la formula denotamos como, el flujo

magnético.

El signo negativo representa la oposición que existe en los campos inducidos por el

flujo magnético y la fem.

Además el flujo magnético es:

Ley de Lenz

El signo negativo de la ley de

Faraday establece una diferencia entre

las corrientes inducidas por un aumento

del flujo magnético y las que son

debidas a una disminución de dicha

magnitud. No obstante, para determinar el sentido de la corriente inducida, Lenz

propuso que la fem y la corriente inducidas tienen un sentido que tiende a oponerse a

la causa que las produce.

En la ley de Lenz, las corrientes que se inducen en un circuito se producen en un

sentido tal que con sus efectos magnéticos tienden a oponerse a la causa que las

originó.

El flujo de un campo magnético uniforme a través de un circuito plano viene dado

por:

Donde:

Φ = Flujo magnético. La unidad en el SI es el weber (Wb).

B = Inducción magnética. La unidad en el SI es el tesla (T).

S = Superficie del conductor.

α = Ángulo que forman el conductor y la dirección del campo.

Si el conductor está en movimiento el valor del flujo será:

Fuentes de Fuerza Electromotriz directa:

Como las pilas, acumuladores, baterías solares. En este caso la corriente que

producen es de un valor constante dentro de un intervalo relativamente grande.

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.

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.

Tipos de Fuerza

Electromotriz

Los receptores en corriente alterna (c.a.) se pueden comportar de 3 formas diferentes:

Receptores Resistivos puros: Solo tienen resistencia pura. Se llaman receptores R.

Receptores Inductivos puros: Solo tienen un componente inductivo puro (bobina). Se llaman L.

Receptores Capacitivos puros: Solo tienen un componente capacitivo (condensadores). Se llaman C.

En realidad no hay ningún receptor R, L o C puro, ya que por ejemplo un motor eléctrico tiene un bobinado con componente L, pero también esta bobina, por ser un cable, tiene una parte resistiva, por lo tanto será un receptor RL o incluso si tiene una parte capacitiva será receptor RLC.

Para analizar estos receptores en circuitos, es mejor hacerlo de forma separada con su componente R, L y C por separado. Así tenemos 3 tipos de circuitos, dependiendo el receptor.

Circuitos de

corriente alterna

CIRCUITOS R

Solo están compuestos con elementos resistivos puros. En este caso la V y la I (tensión e intensidad) están en fase, por lo que se tratan igual que en corriente continua. Esto en c.a. solo pasa en circuitos puramente resistivos.

En receptores resistivos puros la impedancia es R.

La potencia será P = V x I. (el cos 0º = 1), solo hay potencia activa y se llama igualmente P.

CIRCUITOS L

Son los circuitos que solo tienen componente inductivo (bobinas puras). En este caso la V y la I están desfasadas 90º positivos. En estos circuitos en lugar de R tenemos Xl, impedancia inductiva. L será la inductancia y se mide en henrios, al multiplicarla por w (frecuencia angular) nos dará la impedancia inductiva. La Xl es algo así como la resistencia de la parte inductiva.

El valor de la tensión en cualquier momento sería:

v = Vo x sen wt; donde Vo es el valor inicial de la tensión, w frecuencia angular y t el

tiempo.

Igualmente la intensidad:

i = Io x seno (wt - 90º) Recuerda que la I está retrasada 90º.

Los valores eficaces son I = V/wL e I V/Xl siendo Xl = w x L.

CIRCUITOS C

Este tipo de circuitos son los que solo tienen componentes capacitivos

(condensadores puros). En este caso la V y la I están desfasadas 90º negativos (la V

está retrasada en lugar de adelantada con respecto a la I).

El valor de la tensión en cualquier momento sería:

v = Vo x sen wt; donde Vo es el valor inicial de la tensión, w frecuencia angular y t el

tiempo.

Igualmente la intensidad:

i = Io x seno (wt + 90º), recuerda que la I está adelantada 90º.

Los valores eficaces son I = V/Xc e I V/Xc siendo Xc = 1/wC.

Ecuaciones de Maxwell

Las ecuaciones de Maxwell son un conjunto de cuatro ecuaciones, originalmente 20

ecuaciones; que describen por completo los fenómenos electromagnéticos. Esta ley

permite encontrar de manera fácil el campo eléctrico, de manera sumamente fácil

para cuerpos cargados geométricamente de manera regular.

Ecuaciones de Maxwell

Ley de Gauss

La ley de Gauss es una ley general, que se aplica a cualquier superficie cerrada. Es

una herramienta importante puesto que nos permita la evaluación de la cantidad de

carga encerrada, por medio de una cartografía del campo sobre una superficie exterior

a la distribución de las cargas.

Para la aplicación de la ley de Gauss se requiere de la consideración de una

superficie imaginaria llamada “superficie Gaussiana”, la cual generalmente tiene la

forma de la configuración del cuerpo cargado. Esta superficie tiene que encerrar al

cuerpo completamente.

La carga total contenida en un cuerpo cargado es igual a la suma de flujo que

atraviesan la superficie Gaussiana su expresión matemática queda determinada por:

Ley de Gauss para el Magnetismo

El flujo magnético neto exterior de cualquier superficie cerrada es cero. Esto

equivale a una declaración sobre el origen del campo magnético.

Al encerrar un dipolo en una superficie cerrada, no sale ni entra flujo magnético por

lo tanto, el campo magnético no diverge, no sale de la superficie. Entonces la

divergencia es cero.

Matemáticamente esto se expresa así:

Donde es la densidad de flujo magnético, también llamada inducción magnética.

Es claro que la divergencia sea cero porque no salen ni entran vectores de campo sino

que este hace caminos cerrados. El campo no diverge, es decir la divergencia de B es

nula.

Su forma integral equivalente:

Como en la forma integral del campo eléctrico, esta ecuación sólo funciona si la

integral está definida en una superficie cerrada.

Ley de Faraday para la Inducción

La integral de línea del campo eléctrico alrededor de un bucle cerrado es igual al

negativo de la velocidad de cambio del flujo magnético a través del área encerrada

por el bucle.

Esta integral de línea es igual al voltaje generado o fem en el bucle, de modo que la

ley de Faraday es el fundamento de los generadores eléctricos. También es el

fundamento de las inductancias y los transformadores.

Ley de Ampère

La ley de Ampère nos dice que la circulación en un campo magnético ( ) a lo largo

de una curva cerrada C es igual a la densidad de corriente ( ) sobre la superficie

encerrada en la curva C, matemáticamente así:

Donde es la permeabilidad magnética en el vacío.

En el caso de un campo eléctrico estático, la integral de línea del campo magnético

alrededor de un bucle cerrado es proporcional a la corriente eléctrica que fluye a

través del cable del bucle. Esto es útil para el cálculo del campo magnético de

geometrías simples.