Presentación Educación Superior

El Campo Eléctrico

Instituto tecnologíco de apizaco.Alumno: Gabriel Tlapalamatl LópezMaestro: Raúl Cortés Maldonado

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Referencias

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Definición

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Ecuaciones de Maxwell

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Introdución

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Definición

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Resumen

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Aplicaciones

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Definición

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Introdución

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Ley de Lenz

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Aplicaciones

12

Resumen

10

Definición

Introdución

Ley de faraday

Introdución

Definición

Aplicaciones

Resumen

Fuerza electromotriz inducida

Índice

01

Fuerza electromotriz inducida

Introducción

En electromagnetismo y electrónica, fuerza electromotriz o voltaje inducido (también electromotancia, abreviada fem,​ denotada como E es la acción eléctrica producida por una fuente no eléctrica, medida en voltios.​ Los dispositivos llamados transductores eléctricos proporcionan una fem mediante la conversión de otras formas de energía en energía eléctrica, como baterías y pilas eléctricas (que convierten energía química) o generadores (que convierten energía mecánica).La fem es toda causa capaz de mantener una diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito abierto o de producir una corriente eléctrica en un circuito cerrado.

En el caso de un camino cerrado en presencia de un campo magnético variable, la integral del campo eléctrico alrededor de un loop cerrado (estacionario) C puede no ser nula. Entonces, la "fem inducida" (a menudo denominado "voltaje inducido") en el loop es:

Definición

Dentro de una fuente de fem (como ser una batería) que se encuentra en circuito abierto, ocurre una separación de carga entre la terminal negativa N y la terminal positiva P. Ello da lugar a un campo electrostático E que apunta de P a N, donde la fem de la fuente debe ser capaz de inducir una corriente de N a P cuando se la conecta a un circuito.Ello lleva a Max Abraham​ a introducir el concepto de un campo no electroestático E′ que existe solo dentro de la fuente de fem. En el caso de un circuito abierto, E′=−E circuito abierto, mientras que cuando la fuente se encuentra conectada a un circuito el campo eléctrico E dentro de la fuente cambia pero E′ permanece esencialmente inalterado. En el caso de un circuito abierto, el campo electroestático conservativo creado por la separación de carga cancela en forma exacta las fuerzas que producen la fem.​Expresándolo en lenguaje matemático:

Aplicaciones

Ejemplo

La aplicación más importante del movimiento relativo se ve en los generadores eléctricos. En un generador de corriente, los electroimanes están dispuestos en una carcasa cilíndrica. Los conductores, en forma de bobinas, se rotan sobre un núcleo de tal manera que las bobinas continuamente cortan las líneas de campo magnético. El resultado es un voltaje inducido en cada uno de los conductores. Estos conductores están conectados en serie, y los voltajes inducidos se suman para producir voltaje de salida del generador.

El principio físico clave detrás de la generación y conversión de energía en generadores y motores eléctricos es la inducción electromagnética, que se basa en el movimiento relativo entre un conductor y un campo magnético. Generadores eléctricos: Cuando una bobina conductora gira en un campo magnético, corta las líneas del campo, lo que genera un voltaje inducido. La fórmula que describe este fenómeno es la ley de Faraday de la inducción electromagnética:

Fuerza electromagnética (motores):

Fuerza electromagnética (motores):

Resumen

02

Ley de faraday

Introducción

La ley de inducción electromagnética de Faraday (o simplemente ley de Faraday, también conocida como ley de Faraday-Lenz) establece que la tensión inducida en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito como borde.

La ley de Maxwell-Faraday muestra que un flujo magnético que varía en el tiempo está relacionado con un campo eléctrico no conservativo: Al aplicarse esta ley a una curva fija en el espacio, se puede reescribir de la siguiente manera: Por medio del teorema de Stokes puede obtenerse una forma diferencial de esta ley: Ésta es una de las ecuaciones de Maxwell, las cuales conforman las ecuaciones fundamentales del electromagnetismo.

Definición

En un circuito cerrado muy delgado en el cual varía el flujo magnético se induce una fuerza electromotriz (FEM) proporcional a la variación temporal del flujo. El sentido de la FEM inducida está dada por la Ley de Lenz. En el caso de un inductor con N espiras, la fórmula anterior se transforma en: donde:

Aplicaciones

Ejemplo

En las líneas de transmisión eléctrica, los transformadores elevadores aumentan el voltaje para reducir pérdidas en la transmisión, y los transformadores reductores disminuyen el voltaje para el uso seguro en hogares e industrias. Esto es posible gracias a la Ley de Faraday, que describe cómo se induce el voltaje mediante el cambio en el flujo magnético.

Prácticamente toda la tecnología eléctrica se basa en la ley de Faraday, especialmente lo referido a generadores, transformadores y motores eléctricos. Por ejemplo, el motor de corriente continua se basó en el aprovechamiento de un disco de cobre que rotaba entre los extremos de un imán, generando una corriente continua. De este principio aparentemente simple se desprende la invención de cosas tan complejas como un transformador, un generador de corriente alterna, un freno magnético o una cocina eléctrica, en este caso: Un transformador eléctrico utiliza la Ley de Faraday para cambiar los niveles de voltaje en un circuito eléctrico. Está compuesto por dos bobinas (primaria y secundaria) enrolladas alrededor de un núcleo magnético.

Voltaje inducido en un conductor recto en movimiento:

Flujo magnético

Resumen

03

Ley de Lenz

Introducción

La ley de Lenz para el campo electromagnético relaciona cambios producidos en el campo eléctrico por un conductor con la propiedad de variar el flujo magnético, y afirma que las tensiones o voltajes aplicadas a un conductor generan una fuerza electro motriz (fem) cuyo campo magnético se opone a toda variación de la corriente original que lo produjo. Esta ley se llama así en honor del físico germano-báltico Heinrich Lenz, quien la formuló en el año 1834. En un contexto más general que el usado por Lenz, se conoce que dicha ley es una consecuencia más del principio de conservación de la energía aplicado a la energía del campo electromagnético.

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

Definición

La polaridad de una tensión inducida es tal, que tiende a producir una corriente cuyo campo magnético se opone siempre a las variaciones del campo existente producido por la corriente original. El flujo de un campo magnético uniforme a través de un circuito plano (superficie constante) con un campo constante viene dado por

Aplicaciones

Ejemplo

Los alternadores son dispositivos que generan corrientes eléctricas que se alternan, de allí deriva su nombre. Constan de dos elementos esenciales: el rotor, el cual provoca el giro del conjunto, y el estator, el cual rodea al anterior y es el encargado de rotar alrededor de su eje. Estos alternadores generan una corriente alterna con la finalidad de ser utilizada para motores, generando a su vez, energía mecánica partiendo de la energía eléctrica; con tan sólo la conexión de las escobillas de un alternador con otro generador. Esto induce una reorientación y un giro indefinido de la espira del segundo alternador mientras se cuente con el aporte de una corriente.

Uno de los ejemplos de la ley de Lenz encontrados en la cotidianidad es la aproximación del polo sur de un imán a una espira, lo que genera que la fuerza electromotriz inducida sea negativa y se oponga a la causa que al produce; la corriente circula a través de ella de tal manera que logra que la espira se comporte como un polo sur frente al imán, al que debe tratar de repeler.

Fuerza inducida en conductores móviles:

Energía conservada (trabajo realizado):

Resumen

04

Ecuaciones de Maxwell

Introducción

Las ecuaciones de Maxwell son un conjunto de cuatro ecuaciones (originalmente 20 ecuaciones) que describen por completo los fenómenos electromagnéticos. La gran contribución de James Clerk Maxwell fue reunir en estas ecuaciones largos años de resultados experimentales, debidos a Charles-Augustin de Coulomb, Carl Friederich Gauss, André-Marie Ampère, Michael Faraday entre otros, introduciendo los conceptos de campo y corriente de desplazamiento, unificando los campos eléctricos y magnéticos en un solo concepto: el campo electromagnético.

Definición

Las ecuaciones de Maxwell como ahora las conocemos son las cuatro citadas anteriormente y a manera de resumen se pueden encontrar en la siguiente tabla:

Definición

Estas cuatro ecuaciones junto con la fuerza de Lorentz son las que explican cualquier tipo de fenómeno electromagnético. La importancia de las ecuaciones de Maxwell es que permanecen invariantes con cualquier sistema de unidades, salvo con pequeñas excepciones, y que son compatibles con la relatividad especial y general. Los valores aceptados actualmente para la velocidad de la luz, la permitividad y la permeabilidad magnética se resumen en la siguiente tabla:

Referencias

Bibliografía

• de, C. (2003, November 21). Fuerza electromotriz. Wikipedia.org; Wikimedia Foundation, Inc. https://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza_electromotriz#cite_note-Tipler803-8

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• de, C. (2004, June 3). Tensión incluida en un circuito cerrado. Wikipedia.org; Wikimedia Foundation, Inc. https://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Faraday

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• Leskow, E. C. (2019, July 23). Ley de Faraday - Concepto, historia, fórmula y ejemplos. Concepto. https://concepto.de/ley-de-faraday/

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• de, C. (2004, April 14). LEY DE LENS. Wikipedia.org; Wikimedia Foundation, Inc. https://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Lenz

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• Sancler, V. (2018, May 2). Ley de Lenz | Qué es, en qué consiste, formula, aplicaciones, ejemplo, historia. Euston96. https://www.euston96.com/ley-de-lenz/

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