2n batxillerat: inducciÓ electromagnÈtica

INDUCCIÓ INDUCCIÓ ELECTROMAGNÈTICAELECTROMAGNÈTICA

A partir de les A partir de les experiències experiències d’Oesterdd’Oesterd se sabia que un corrent se sabia que un corrent elèctric generava un camp magnètic: elèctric generava un camp magnètic: desviava una agulla imantada.desviava una agulla imantada.

Els seus companys coetanis van proposar Els seus companys coetanis van proposar si seria possible que un si seria possible que un camp magnèticcamp magnètic (produït per un imant o un electroimant) (produït per un imant o un electroimant) pogués generar un pogués generar un corrent eléctriccorrent eléctric..

Tot d’una es van possar tots “manos a la Tot d’una es van possar tots “manos a la obra” per poder comprovar-ho.obra” per poder comprovar-ho.

A l’any 1831 dos científics, a l’hora, van A l’any 1831 dos científics, a l’hora, van descobrir que sí era possible.descobrir que sí era possible.

Aquests científics ho van descobrir amb dos Aquests científics ho van descobrir amb dos experiments diferents, però van arrivar a les experiments diferents, però van arrivar a les mateixes conclusions. mateixes conclusions.

Van ésser:Van ésser: - - FaradayFaraday (1791-1867) (1791-1867)

(Anglaterra)(Anglaterra) - - HenryHenry (1797-1878) (1797-1878)

(Estats Units)(Estats Units)

EXPERIMENTS DE EXPERIMENTS DE FARADAYFARADAY

Faraday va fer molts d’experiments amb Faraday va fer molts d’experiments amb imants i corrents elèctrics, però en imants i corrents elèctrics, però en posicions estàtiques.posicions estàtiques.

Fins que no va a començar a moure els Fins que no va a començar a moure els imants no va obtenir cap resultat.imants no va obtenir cap resultat.

RESULTATS POSITIUSRESULTATS POSITIUS

Així va observar:Així va observar:

EXPLICACIÓ:EXPLICACIÓ:

Sempre que hi hagi una Sempre que hi hagi una variació del variació del flux del camp magnètic en el flux del camp magnètic en el tempstemps, es produïrà un corrent induït que , es produïrà un corrent induït que crearà un camp magnètic. crearà un camp magnètic.

És a dir, És a dir, les variacions temporals de les variacions temporals de camps magnètics poden produïr camps magnètics poden produïr electricitat (camp elèctric).electricitat (camp elèctric).

INDUCCIÓ INDUCCIÓ ELECTROMAGNÈTICAELECTROMAGNÈTICA

Consisteix en l ’aparició d’un corrent elèctric en un circuit quan varia el

nombre de línies d’inducció magnètica que el travessen.

FLUX MAGNÈTICFLUX MAGNÈTIC

Es defineix com:Es defineix com:

Recordem que el Recordem que el f lux del camp magnèticflux del camp magnètic a a través d’una través d’una superfície tancada és zerosuperfície tancada és zero . .

Aquest fet ens informa de que Aquest fet ens informa de que no existeixen monopols magnètics , sempre van per , sempre van per parelles i, per tant, les línies de força són parelles i, per tant, les línies de força són tancades. tancades.

Però a través Però a través d’unad’una superfície obertasuperfície oberta serà diferent de zeroserà diferent de zero ..

Si tenim en compte la fórmula del Si tenim en compte la fórmula del f luxflux , , fàcilment podem deduïr totes les possibles fàcilment podem deduïr totes les possibles maneres de produïr variacions temporals maneres de produïr variacions temporals de flux magnètic: de flux magnètic: 1.- En el 1.- En el campcamp ..2.- En la 2.- En la superfície de l ’espira o solenoidesuperfície de l ’espira o solenoide ..3.- En la 3.- En la posició relativa entre ambdósposició relativa entre ambdós ..

VARIACIONS DEL VARIACIONS DEL CAMPCAMP

Ens ajudarem de la Ens ajudarem de la l lei de Biot i l lei de Biot i SavartSavart ::

- VariantVariant::- El medi en el que es troba l’espira.El medi en el que es troba l’espira.- La intensitat de corrent.La intensitat de corrent.- La longitud del conductor.La longitud del conductor.- La posició del conductor.La posició del conductor.

El medi en el que es El medi en el que es troba el conductor.troba el conductor.

µ 0 → µ

La intensitat de correntLa intensitat de corrent Obrint o tancant un interruptorObrint o tancant un interruptor : en : en

relés i contactoresrelés i contactores ..

Variant els amperes amb una Variant els amperes amb una resistència variable (reostat).resistència variable (reostat).

La longitud del conductorLa longitud del conductor

La posició del conductorLa posició del conductor

Acostant o allunyant l’imant al conductor.Acostant o allunyant l’imant al conductor.

VARIACIONS DE LA VARIACIONS DE LA SUPERFÍCIE.SUPERFÍCIE.

Variacions del mòdul de la superfície.Variacions del mòdul de la superfície. Això es produeix amb espires flexibles:Això es produeix amb espires flexibles:

VARIACIÓ DE LA VARIACIÓ DE LA POSICIÓ RELATIVA POSICIÓ RELATIVA

ENTRE ELS VECTORS ENTRE ELS VECTORS CAMP I SUPERFÍCIE:CAMP I SUPERFÍCIE:

Variació del angle Variació del angle αα:: és la és la base del funcionament de:base del funcionament de:

- - GeneradorsGeneradors : - : - Dinamos (CC). (CC). - - Alternadors (CA).(CA).

- - MotorsMotors

nn

LLEI DE LENZLLEI DE LENZ

Lenz va explicar que Lenz va explicar que el sentit delel sentit del corrent induïtcorrent induït era tal que creava un camp era tal que creava un camp

magnètic magnètic en sentit contrari al que el en sentit contrari al que el creavacreava . .

Aquest fet és només una constatació del Aquest fet és només una constatació del teorema de la conservació de l’energiateorema de la conservació de l’energia..

xx

LLEI DE LLEI DE FARADAY-LENZFARADAY-LENZ

EnEn intensitat intensitat::

EXPERIMENT D’HENRYEXPERIMENT D’HENRY

DINAMOSDINAMOS

Màquines dinàmiquesMàquines dinàmiques que transformen que transformen energia mecànica en energia elèctrica energia mecànica en energia elèctrica ((corrent continucorrent continu ))

Són poc utilitzades.Són poc utilitzades. Unes de les més conegudes: Unes de les més conegudes: la dinamo de la bicicleta.la dinamo de la bicicleta.

Dinamo d’una bicicletaDinamo d’una bicicleta per dins: per dins:

ALTERNADORSALTERNADORS Màquines dinàmiquesMàquines dinàmiques que transformen que transformen

energia mecànica en energia elèctrica energia mecànica en energia elèctrica ((corrent alterncorrent altern ).). CIRCUÏT INDUCTOR : : ROTORROTOR.. CIRCUÏT INDUÏT : : ESTATORESTATOR .. ADVANTATGES DEL CORRENT ALTERNADVANTATGES DEL CORRENT ALTERN - És molt fàcil variar la intensitat i la tensió (és - És molt fàcil variar la intensitat i la tensió (és

molt versàtil).molt versàtil). - Dóna major rendiment.- Dóna major rendiment.

Alternador central elèctricaAlternador central elèctrica

Alternador de cocheAlternador de coche

cc

Alternador de motoAlternador de moto

MOTOR ELÈCTRICMOTOR ELÈCTRIC Màquines dinàmiquesMàquines dinàmiques que transformen que transformen

energia elèctrica en energia mecànica.energia elèctrica en energia mecànica.

MOTOR ELÈCTRIC CASSOLÀ.MOTOR ELÈCTRIC CASSOLÀ.

MOTOR ELÈCTRIC COMÚMOTOR ELÈCTRIC COMÚ CIRCUÏT INDUCTOR : : ESTATORESTATOR.. CIRCUÏT INDUÏT : : ROTORROTOR ..

GALVANÒMETRE.GALVANÒMETRE. Dispositiu que detecta corrents de baixa Dispositiu que detecta corrents de baixa

intensitats.intensitats. Component principal dels amperímetres i Component principal dels amperímetres i

voltímetres.voltímetres.

AUTOINDUCCIÓAUTOINDUCCIÓ

Tot circuit es pot Tot circuit es pot induir a ell mateix induir a ell mateix un corrent extra quanun corrent extra quan varia el corrent.varia el corrent. Aquest fet es produiex,Aquest fet es produiex, per ejemple, quan s’obri per ejemple, quan s’obri o es tanca el circuit.o es tanca el circuit.

COEFICIENT COEFICIENT D’AUTOINDUCCIÓ O D’AUTOINDUCCIÓ O

INDUCTÀNCIAINDUCTÀNCIA- Força electromotriu induida- Força electromotriu induida al propi circuit degut a la al propi circuit degut a la variació de la intensitat.variació de la intensitat.

- Coeficient d’autoinduccióCoeficient d’autoinducció d’un solenoide lineal.d’un solenoide lineal.- Unitat: - Unitat: HENRY (H)HENRY (H)

INDUCCIÓ MÚTUAINDUCCIÓ MÚTUA Si la intensitat d’un circuit varia, aquest Si la intensitat d’un circuit varia, aquest

pot induir un corrent a un altre circuit.pot induir un corrent a un altre circuit. El corrent al segon circuit, a la vegada, El corrent al segon circuit, a la vegada,

indueix un corrent al primer. indueix un corrent al primer.

TRANSFORMADORSTRANSFORMADORS Són Són màquines inductores estàtiquesmàquines inductores estàtiques

que s’utilitzen per augmentar o disminuir la que s’utilitzen per augmentar o disminuir la tensión de una línia.tensión de una línia.

Estructura ferromagnètica (aliatge de (aliatge de Fe i Si) Fe i Si) formada per xapes formada per xapes

pintades i unides entre si perpintades i unides entre si per reduir al màxim reduir al màxim els corrents els corrents de Foucaltde Foucalt que fan disminuir que fan disminuir el rendiment.el rendiment. Sobre ella arrollats dos circuïts: Sobre ella arrollats dos circuïts: primari i primari i

secundarisecundari ..

vv

MM

APLICACIONSAPLICACIONSCUINA INDUCCIÓCUINA INDUCCIÓ

ALTS FORNS D’INDUCCIÓALTS FORNS D’INDUCCIÓ

TIMBRE ELÈCTRICTIMBRE ELÈCTRIC

MICRÒFONSMICRÒFONS

CENTRALS ELÈCTRIQUESCENTRALS ELÈCTRIQUES L’energia elèctricaL’energia elèctrica es fabrica perquè es fabrica perquè

és el tipus d’energia és el tipus d’energia més versàti l , és a , és a dir, la que és més fàcil de transformar en dir, la que és més fàcil de transformar en altre tipus d’energia i la més fàcil de altre tipus d’energia i la més fàcil de modificar segons conveniència.modificar segons conveniència.

Totes aquestes centralsTotes aquestes centrals tenen com tenen com objectiu objectiu moure unes turbines que fan que fan girar solidàriament un eix al qual va girar solidàriament un eix al qual va connectat el rotor d’un connectat el rotor d’un alternador ..

TÈRMIQUES:TÈRMIQUES: cremen carbó, cremen carbó, fuel-oil o gas.fuel-oil o gas.

NUCLEARS:NUCLEARS: produeixen produeixen reaccions nuclears.reaccions nuclears.

GEOTÈRMIQUES:GEOTÈRMIQUES: Aprofiten Aprofiten l’energia generada per reaccions l’energia generada per reaccions

nuclears al subsòl.nuclears al subsòl.

SOLARS:SOLARS: Obtenen l’energia Obtenen l’energia directament del Sol a través de directament del Sol a través de

cèl·lules fotovoltaiques.cèl·lules fotovoltaiques.

Totes aquestes utilitzen la Totes aquestes utilitzen la calorcalor per per encalentir encalentir aiguaaigua que, en vaporitzar-se, que, en vaporitzar-se, augmenta el seu volum 300 augmenta el seu volum 300 vegadesvegades tenint l’energia suficient com tenint l’energia suficient com per a moure unes per a moure unes turbines que giran que giran solidàries a un eix al qual es troba solidàries a un eix al qual es troba connectat el rotor de connectat el rotor de l ’alternador ..

HIDROELÈCTRIQUES:HIDROELÈCTRIQUES: Aprofiten Aprofiten un desnivell d’aigua per moure les un desnivell d’aigua per moure les turbines.turbines.

EÒLIQUES:EÒLIQUES: Aprofiten la força Aprofiten la força del vent per moure les aspes d’un del vent per moure les aspes d’un

ventilador i així el rotor.ventilador i així el rotor.

L’electricitat es produeix en tres línies, per L’electricitat es produeix en tres línies, per treure el major rendiment possible.treure el major rendiment possible.

Es diu que és Es diu que és TRIFÀSICATRIFÀSICA .. Una vegada generada l’electricitat, passa Una vegada generada l’electricitat, passa

per una per una estació transformadora que que augmenta la tensió per evitar la pèrdua augmenta la tensió per evitar la pèrdua d’energia per efecte Joule.d’energia per efecte Joule.

És transporta per les És transporta per les línies d’alta tensió fins als usuaris als que, prèviament se’ls fins als usuaris als que, prèviament se’ls baixa la tensió ..

CENTRAL TÈRMICA CENTRAL TÈRMICA “ES MURTERAR”“ES MURTERAR”

TRANSPORT I DISTRIBUCIÓNTRANSPORT I DISTRIBUCIÓN A la A la central, l’alternadorcentral, l’alternador genera a: genera a: 12 kV12 kV A la A la central, el transformadorcentral, el transformador l’eleva a l’eleva a 220 kV220 kV Arriba a la Arriba a la central transformadoracentral transformadora i de i de

distribución de Marratxí que la baixa fins a distribución de Marratxí que la baixa fins a 15 kV15 kV A la entrada dels A la entrada dels poblespobles es baixa a es baixa a 220 V220 V per per

les les casescases i i 380 V380 V per les per les fàbriquesfàbriques..

aa

SÍNTESI SÍNTESI ELECTROMAGNÈTICAELECTROMAGNÈTICA

Maxwell (1831-1879), al 1860 va resumir, Maxwell (1831-1879), al 1860 va resumir, matemàticament, tots els matemàticament, tots els fenòmens fenòmens electromagnèticselectromagnètics enen quatre equacionsquatre equacions ..

Amb elles va predir que la Amb elles va predir que la l lumllum era un era un fenòmen electromagnèticfenòmen electromagnètic ..

Realment, el que va fer va ésser recopilar Realment, el que va fer va ésser recopilar el que altres científics havian fet i fer una el que altres científics havian fet i fer una petita aportació a la 4a equació.petita aportació a la 4a equació.

1a EQUACIÓ DE MAXWELL1a EQUACIÓ DE MAXWELL TEOREMA DE GAUSS DEL TEOREMA DE GAUSS DEL

CAMP ELÈCTRIC.CAMP ELÈCTRIC. La divergència del camp elèctric és La divergència del camp elèctric és

diferent de zero.diferent de zero. Això significa que Això significa que el camp elèctric ésel camp elèctric és conservatiu.conservatiu.

2a EQUACIÓ DE 2a EQUACIÓ DE MAXWELLMAXWELL

La divergència del camp magnètic a La divergència del camp magnètic a través d’una superfície tancada és zero.través d’una superfície tancada és zero.

Això prova la Això prova la no existència de no existència de monopols magnèticsmonopols magnètics ..

3a EQUACIÓ DE MAXWELL3a EQUACIÓ DE MAXWELL LLEI DE FARADAY-LENZLLEI DE FARADAY-LENZ Variacions temporals del flux del camp Variacions temporals del flux del camp

magnètic produeixen un camp elèctric no magnètic produeixen un camp elèctric no conservatiu.conservatiu.

4a EQUACIÓ DE MAXWELL4a EQUACIÓ DE MAXWELL LLEI D’AMPÈRE GENERALITZADALLEI D’AMPÈRE GENERALITZADA Variacions temporals del flux d’un camp Variacions temporals del flux d’un camp

elèctric produeixen un camp magnètic.elèctric produeixen un camp magnètic.

I invite you to see I invite you to see this video about the this video about the

4 equations of 4 equations of Maxwell.Maxwell.

CLICK HERECLICK HERE

LA LLUM: RADIACIÓ LA LLUM: RADIACIÓ ELECTROMAGNÈTICA.ELECTROMAGNÈTICA.

La llum és tracta de La llum és tracta de camps elèctrics variables en camps elèctrics variables en el temps que indueixen camps magnètics el temps que indueixen camps magnètics variables en el temps, que a la vegada variables en el temps, que a la vegada indueixen camps elèctrics variables en el tempsindueixen camps elèctrics variables en el temps …i així successivament.…i així successivament.

Per això només s’atura Per això només s’atura quan troba matèria.quan troba matèria. Va viatjant en el temps en forma de Va viatjant en el temps en forma de fenomen fenomen

ondulatoriondulatori mitjançant pulsos de llum. mitjançant pulsos de llum.

Rosa Mª Rodríguez García-CaroRosa Mª Rodríguez García-Caro

Professora de física i químicaProfessora de física i química

IES ALCÚDIAIES ALCÚDIA

ALCÚDIA (MALLORCA)ALCÚDIA (MALLORCA)