lunes, 10 de diciembre de 2012

transformadores


Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño, tamaño, etc.


El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, por medio de interacción electromagnética. Está constituido por dos o más bobinas de material conductor, aisladas entre sí eléctricamente y por lo general enrolladas alrededor de un mismo núcleo de material ferromagnético. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo.
Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado, fabricado bien sea de hierro dulce o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.
Si se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, circulará por éste una corriente alterna que creará a su vez un campo magnéticovariable. Este campo magnético variable originará, por inducción electromagnética, la aparición de una fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario.

Relación de Transformación

La relación de transformación nos indica el aumento ó decremento que sufre el valor de la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada, esto quiere decir, por cada volt de entrada cuántos volts hay en la salida del transformador.
La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) .
\frac{Ep}{Es}=\frac{Np}{Ns}
La relación de transformación (m) de la tensión entre el bobinado primario y el bobinado secundario depende de los números de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habrá el triple de tensión.
\frac{Np}{Ns}=\frac{Vp}{Vs}=\frac{I_s}{I_p}= m
Donde: (Vp) es la tensión en el devanado primario ó tensión de entrada, (Vs) es la tensión en el devanado secundario ó tensión de salida, (Ip) es la corriente en el devanado primario ó corriente de entrada, e (Is) es la corriente en el devanado secundario ó corriente de salida.

MOTOR ELÉCTRICO


Motor eléctrico

Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de campos electromagnéticos variables. Algunos de los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores. Los motores eléctricos de tracción usados en locomotoras o en automóviles híbridos realizan a menudo ambas tareas, si se los equipa con frenos regenerativos.
Son muy utilizados en instalaciones industriales, comerciales y particulares. Pueden funcionar conectados a una red de suministro eléctrico o a baterías. Así, en automóviles se están empezando a utilizar en vehículos híbridos para aprovechar las ventajas de ambos.

Ventajas

En diversas circunstancias presenta muchas ventajas respecto a los motores de combustión:
  • A igual potencia, su tamaño y peso son más reducidos.
  • Se pueden construir de cualquier tamaño.
  • Tiene un par de giro elevado y, según el tipo de motor, prácticamente constante.
  • Su rendimiento es muy elevado ( típicamente en torno al 75%, aumentando a medida que se incrementa la potencia de la máquina).
  • Este tipo de motores no emite contaminantes, aunque en la generación de energía eléctrica de la mayoría de las redes de suministro sí emiten contaminantes.

LEYES MAGNÉTICAS

LEY DE LORENTZ

Vamos a estudiar la acción de un campo magnético sobre una carga móvil. Imaginemos una región espacial donde existe un campo magnético. Si se abandona una carga en reposo, no se observa interacción alguna debido al campo. Si la partícula incide con el campo a una cierta velocidad, aparece una fuerza.
LEY DE GAUSS .
Esta ley expresa la inexistencia de cargas magnéticas. Las distribuciones de fuentes magnéticas son siempre neutras en el sentido de que posee un polo norte y un polo sur, por lo que su flujo a través de cualquier superficie cerrada es nulo.
LEY DE LOS POLOS DE UN IMÁN
Una de las primeras cosas que se advierten al examinar una barra común de un imán es que tiene dos polos, o "centros" de fuerza, es donde se concentra en mayor cantidad la propiedad magnética del imán, cada uno cerca de un extremo más que distinguirse como positivo y negativo, estos polos se llaman norte (N) y sur(S).





IMANES Y PROPIEDADES MAGNÉTICAS


El magnetismo es una propiedad por la cual los materiales se atraen o repelen de otros. Todos los materiales tienen propiedades magnéticas aunque sólo unos pocos las tienen en una medida mucho mayor que los demás y los denominamos magnéticos.  
 Los imanes tienen dos polos llamados Norte y Sur. Si se divide un imán, éste vuelve a tener nuevamente dos polos.
   
Propiedades Magnéticas Microscópicas:
Cuando el electrón gira alrededor del núcleo, se convierte en una carga eléctrica en movimiento, por lo que se genera un momento magnético. El momento magnético neto de un átomo es la suma de los momentos magnéticos generados por los electrones. Si incluyen los momentos orbítales, de rotación, y el hecho de que los momentos pueden cancelarse.
En los átomos donde el nivel de energía de los electrones están completamente llenos, todos los momentos se cancelan. Estos materiales no puedes ser magnetizados permanentemente (Gases inertes y algunos materiales iónicos).
De acuerdo a sus propiedades magnéticas y cuando los materiales se someten a un campo magnético, estos se pueden clasificar en:
Diamagnéticos:
Los materiales diamagnéticos son `débilmente repelidos' por las zonas de campo magnético elevado. Cuando se someten a un campo, los dipolos se orientan produciendo campos magnéticos negativos, contrarios al campo aplicado. Los valores de susceptibilidad de estos materiales es pequeña y negativa y su permeabilidad próxima a la unidad. También estos materiales son una forma muy débil de magnetismo, la cual es no permanente y persiste no solamente cuando se aplica un campo externo.
Paramagnéticos:
Los materiales paramagnéticos son débilmente atraído por las zonas de campo magnético intenso. Se observa frecuentemente en gases. Este efecto desaparece al dejar de aplicar el campo magnético. Es decir que el paramagnetismo se produce cuando las moléculas de una sustancia tienen un momento magnético permanente. El campo magnético externo produce un momento que tiende a alinear los dipolos magnéticos en la dirección del campo. La agitación térmica aumenta con la temperatura y tiende a compensar el alineamiento del campo magnético. En las sustancias paramagnéticas la susceptibilidad magnética es muy pequeña comparada con la unidad.
Ferromagnéticos:
Se caracterizan por ser siempre metálicos, y su intenso magnetismo no es debido a los dipolos. Este magnetismo puede ser conservado o eliminado según se desee, los 3 materiales ferromagnéticos son el hierro, el cobalto y el níquel. La causa de este magnetismo son los electrones desapareados de la capa 3d, que presentan estos elementos. Como se ha indicado, los materiales ferromagnéticos afectan drásticamente las características de los sistemas en los que se los usa. Los materiales ferromagnéticos no son `lineales'.



IMANES NATURALES


Son cuerpos que tienen cierta fuerza de atracción magnética.

Diferencia entre los imanes:
Naturales son aquellos imanes que son de la naturaleza y que no fueron hechos por el hombre.
Se denominan magnetita y es un mineral constituido por oxido ferroso. Es de color negro .
*Artificiales son los de fabricas o construidos por algún proceso de industrias.
Un imán es un material capaz de producir un campo magnético exterior y atraer el hierro (también puede atraer al cobalto y al níquel). Los imanes que manifiestan sus propiedades de forma permanente pueden ser naturales, como la magnetita (Fe3O4) o artificiales, obtenidos a partir de aleaciones de diferentes metales. Podemos decir que un imán permanente es aquel que conserva el magnetismo después de haber sido imantado. Un imán temporal no conserva su magnetismo tras haber sido imantado.
En un imán la capacidad de atracción es mayor en sus extremos o polos. Estos polos se denominan norte y sur, debido a que tienden a orientarse según los polos geográficos de la Tierra, que es un gigantesco imán natural.
TIPOS DE IMANES.
Según su origen:
IMANES NATURALES: se refiere a minerales naturales, los cuales tienen la propiedad de atraer elementos como el hierro, el níquel, etc.
La magnetita es un imán de este tipo, compuesto por óxido ferroso férrico, cuya particularidad principal consiste en atraer fragmentos de hierro natural.


Electromagnetismo.


La parte física encargada de estudiar el conjunto de fenómenos que resultan de las acciones mutuas entre las corrientes eléctricas y el magnetismo recibe el nombre de electromagnetismo.

Oersted fue el primero en descubrir que una corriente eléctrica produce a su alrededor un campo magnético de propiedades similares a las del campo creado por un imán. Por tanto, si un  conductor eléctrico es sometido a la acción de un campo magnético, actúa sobre el la fuerza perpendicular al campo y a la corriente. Faraday descubrió las corrientes eléctricas inducidas al realizar experimentos con un bobina y un imán.
Además, demostró que se producen cuando se mueve un conductor  en sentido transversal a las líneas de flujo de un campo magnético: este fenómeno recibe el nombre de inducción electromagnética. Actualmente, casi toda la energía eléctrica consumida en nuestros hogares y en la industria se obtiene gracias al fenómeno de la inducción electromagnética, pues en el se fundan las dinamos y los alternadores que transforman la energía mecánica en eléctrica.
DESARROLLO HISTÓRICO DEL ELECTROMAGNETISMO
El electromagnetismo tuvo su origen en el invento de la pila eléctrica realizado por el italiano Alessandro Volta en 1800. Veinte años más tarde se hizo otro importante descubrimiento; mientras el físico danés Hans Crhistian Oersted impartía una clase de física a sus alumnos, empujó en forma accidental una brújula que se encontraba en forma paralela bajo un alambre conectado a una pila, dicho alambre conducía una corriente eléctrica continua o directa; observó con asombro como la brújula realizaba un giro de 90° para colocarse perpendicularmente al alambre.


Con ello se demostraba que este alambre, generaba a su alrededor una fuerza parecida a la de un imán, es decir, generaba un campo magnético: así se descubrió el electromagnetismo. Poco tiempo después, el científico Francés Andre Marie Ampere (1775-1836) descubrió que el campo magnético podía intensificarse al enrollar el alambre conductor en forma de bobina.


MAGNETISMO.

CONCEPTOS DE MAGNETISMO, TIPOS DE IMANES, CAMPO MAGNÉTICO E INTERACCIÓN EN LOS POLOS.


el magnetismo es la parte de la física que se encarga de estudiar los fenómenos relativos a los imanes y a las masas magnéticas en estado de reposo. el magnetismo es la propiedad que tienen los cuerpos llamados imanes de atraer al hierro, al níquel y al cobalto.

Hace dos mil años en Magnesia (antigua ciudad de Turquía) unos pastores que conducían sus corderos en un pastizal sintieron una fuerte atracción hacia el suelo debido a la punta metálica de su bastón y a los clavos de su calzado que les dificultó seguir caminando.  
Años más tarde se descubrió que al colgar libremente de un hilo un pedazo largo y delgado de la roca negra de magnesia, esta daba varias vueltas hasta detenerse y apuntar siempre el mismo extremo hacia el polo norte geográfico y el otro al polo sur; por eso la usaron como brújula con el propósito de orientarse durante largos viajes.
El campo magnético de un imán es la zona que lo rodea y en el cual su influencia puede detectarse. Faraday imaginó que de un imán salían hilos o líneas que se esparcían, a las que llamó líneas de fuerzas magnética.

Dichas líneas aumentan en los polos, pues hay reside la mayor intensidad magnética.
Actualmente se sabe que la atracción ejercida por las rocas negras sobre la punta metálica del bastón de los pastores se debió a su propiedad magnética.
La importancia de los imanes y del magnetismo es relevante para la vida diaria moderna porque se utilizan en muchos aparatos como timbres, alarmas, teléfonos, comunicadores, motores eléctricos, brújulas y separadores de cuerpos metálicos de hierro, entre otros etc. 


PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS DE LOS IMANES E INTERACCIÓN DE LOS POLOS.
William Gilbert, demostró que la tierra se comporta como un imán enorme y por tanto obliga a un extremo de la brújula apuntar al norte geográfico.
Gilbert denominó polo que busca el norte a la punta de la brújula que señala ese punto, y polo que busca el sur al otro extremo; actualmente solo se les llama polo norte y polo sur.
También demostró que cuando un imán se rompe en varios pedazos, cada uno se transforma en un nuevo imán con sus polos en cada extremo.