Objetivos:
Terminada esta lección:
- Explicarás los conceptos: inducción magnética, galvanómetro, forma en que se produce la corriente y generadores eléctricos.
- A través de un Webquest buscarás información sobre los tipos de corriente: directa y alterna.
- Enumerarás diferentes formas de generación de electricidad.
- Compararás las ventajas y desventajas de los diferentes métodos de generación de electricidad.
Inducción magnética
La inducción magnética es el proceso de generar un flujo de electrones a partir de la variación del campo magnético alrededor de un cable. Cuando un cable eléctrico se mueve a través de un campo magnético o un campo magnético varía alrededor de un cable, se induce una corriente eléctrica a través del cable. La variación del campo magnético estimula el movimiento de cargas eléctricas.
Inducción de una corriente eléctrica
Para aumentar la eficiencia en la generación de corriente eléctrica mediante el método de inducción, se utiliza un alambre enrollado. A mayor número de vueltas, mayor la corriente eléctrica. Otros elementos que aumentan la eficiencia en la generación de corriente eléctrica a partir de la inducción magnética son: la intensidad del campo magnético y la frecuencia en su variación.
Mientras más fuerte sea el campo magnético, mayor será la corriente inducida. En el caso del proceso de inducción magnética, el movimiento necesario para crear la variación en el campo magnético es relativo. Es lo mismo que se mueva el imán o que se mueva el cable. De todas maneras se inducirá el movimiento de las cargas eléctricas.
La inducción magnética o inducción electromagnética es el fenómeno por el cual una corriente eléctrica es generada en un conductor cuando este se mueve a través de un campo magnético o cuando el campo magnético que rodea al conductor cambia. Este principio fue descubierto por Michael Faraday en 1831 y es la base del funcionamiento de la mayoría de los generadores y motores eléctricos modernos.
Principio de la inducción magnética:
El fenómeno se explica por la Ley de Faraday y la Ley de Lenz:
- Ley de Faraday: Establece que la fuerza electromotriz (FEM) inducida en un circuito es directamente proporcional a la tasa de cambio del flujo magnético que atraviesa el circuito. En términos simples, si un conductor atraviesa un campo magnético o si el campo magnético cambia en intensidad, se genera una corriente eléctrica.FEM=−dΦBdt\text{FEM} = -\frac{d\Phi_B}{dt}FEM=−dtdΦBDonde:
- FEM es la fuerza electromotriz inducida,
- ΦB es el flujo magnético (campo magnético multiplicado por el área que atraviesa),
- dΦB/dt es la tasa de cambio de ese flujo.
- Ley de Lenz: Determina que la dirección de la corriente inducida es tal que genera un campo magnético que se opone al cambio en el flujo magnético que la produjo.
Ejemplos de generación de electricidad por inducción magnética:
1. Generadores eléctricos:
Los generadores eléctricos convierten la energía mecánica en energía eléctrica mediante la inducción electromagnética. Funcionan haciendo girar un conductor (como una bobina de alambre) dentro de un campo magnético. Al rotar, el campo magnético a través de la bobina cambia constantemente, induciendo una corriente eléctrica.
- Ejemplo: En una central hidroeléctrica, el agua en movimiento impulsa una turbina conectada a un generador. Al girar la turbina, una bobina de alambre gira dentro de un campo magnético, generando electricidad.
2. Dinamo:
Una dinamo es un generador simple que produce electricidad mediante la rotación de una bobina dentro de un campo magnético. Es utilizada en aplicaciones como bicicletas, donde el movimiento de las ruedas hace girar una pequeña bobina dentro de un campo magnético, generando una corriente eléctrica que enciende una luz.
3. Transformadores:
Aunque los transformadores no generan electricidad directamente, utilizan el principio de la inducción electromagnética para transformar el voltaje de una corriente alterna (CA). En un transformador, una corriente alterna en una bobina primaria crea un campo magnético variable, que induce una corriente en una bobina secundaria.
- Ejemplo: Los transformadores son esenciales en la red eléctrica. Permiten aumentar el voltaje para transportar electricidad a largas distancias y luego disminuir el voltaje para su uso seguro en hogares y fábricas.
4. Motores eléctricos:
Aunque su función principal es convertir energía eléctrica en energía mecánica, los motores eléctricos también funcionan en base a la inducción electromagnética. Cuando se introduce una corriente eléctrica en una bobina situada dentro de un campo magnético, se genera una fuerza que hace girar la bobina, transformando la electricidad en movimiento.
- Ejemplo: Los motores de electrodomésticos (lavadoras, aspiradoras) y de vehículos eléctricos funcionan por este principio. Al suministrar corriente, el campo magnético variable en el motor induce un movimiento rotatorio.
5. Inducción electromagnética en redes de energía eólica:
En un aerogenerador (turbina eólica), el viento hace girar las aspas, las cuales están conectadas a un eje que mueve una bobina dentro de un campo magnético. El cambio continuo del flujo magnético induce una corriente eléctrica en la bobina, generando electricidad a partir del movimiento del viento.
6. Cargadores inalámbricos:
Los cargadores inalámbricos para dispositivos electrónicos, como teléfonos móviles, también usan la inducción electromagnética. En este caso, una corriente alterna pasa por una bobina en la base de carga, generando un campo magnético variable. Cuando un dispositivo con una bobina receptora se coloca cerca de este campo, se induce una corriente en la bobina del dispositivo, lo que carga la batería.
7. Trenes Maglev (levitación magnética):
Los trenes de levitación magnética o Maglev funcionan utilizando la inducción electromagnética para generar corrientes que crean fuerzas repulsivas o atractivas entre el tren y las vías, permitiendo que el tren levite y se desplace sin fricción.
Conclusión:
La inducción magnética es un fenómeno clave en la generación de electricidad y tiene innumerables aplicaciones tecnológicas. Desde generadores y motores hasta cargadores inalámbricos y transformadores, el principio descubierto por Faraday sigue siendo fundamental en la vida moderna, permitiendo la conversión eficiente de energía en formas utilizables en nuestra vida diaria.
WebQuest
Un WebQuest es una actividad que pueden realizar los aprendices. Es una búsqueda en la que se utilizan recursos en línea que pueden ser provistos por el que diseña la actividad o por el que la asigna. Es decir, es una estrategia educativa en línea utilizada por muchos maestros en el mundo para que los estudiantes aprendan sobre un tema. Son dirigidos a un enlace como el siguiente: La energía solar es verde
En este WebQuest encontrarás la razón por la que los distintos tipos de energía son clasificadas en renovables y no renovables. Esta actividad está diseñada para que el estudiante presente a la clase sus resultados.
Enlaces externos para explorar
- Simulaciones: PhET
- Conceptos de Física: Hyperphysics
- Tutorial de Física en Inglés: Physics Classroom
Vídeo
La inducción
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Inducción Magnética es Corriente Generada
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