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  • 7/25/2019 G-5 Torque Sobre Espira de CorrienteG-5 Torque Sobre Espira de CorrienteG-5 Torque Sobre Espira de CorrienteG-5 Torque Sobre Espira de Corriente

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    1

    G-5) Torque sobre Espira

    de Corriente

    G-5) Torque sobre Espira

    de Corriente

    Profesor Rodrigo Vergara Rojas

    Ingeniero Civil Electrnico

    Magister en Ingeniera Electrnica

    PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATLICA DE VALPARASO

    INSTITUTO DE FSICA

    FSICA GENERAL ELECTROMAGNETISMO

    Mdulo G: Magnetismo

    Mdulo G: Magnetismo

    2

    Contenidos a

    Comprender

    3

    Competencias a

    Desarrollar

    Determinar el torque neto sobre unaespira con corriente debido a un campo

    magntico externo.Leer, analizar, plantear y resolver

    problemas relacionados con los temasanteriores.

    4

    Momento de torsin de unaespira de corriente

    Cuando una espira de alambre que porta unacorriente se coloca dentro de un campo

    magntico, puede experimentar un momento detorsin que la hacer girar alrededor de un eje enparticularEste eje suele pasar por el centro de masa de la espira.

    Este es el principio de operacin de:Motores elctricos

    Galvanmetros

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    5

    Descripcin de

    la situacin

    La espira estorientada de modo queel eje z se encuentreen su plano.

    Espira rectangular conductora

    de lados a y b inmersa enun campo magntico uniformeB de direccin y.

    Corriente i fluye a travs de laespira.

    No existe fuerza magnticaneta sobre alambres que llevanla corriente a la espira.

    Espira suspendida de formaque puede girar librementealrededor de cualquier eje.

    6

    Momento de torsin de una

    espira de corriente

    El plano de la espira estindicado por un vector unitarion perpendicular a ste.

    La direccin de n se determinapor la regla de la manoderecha

    Si los dedos de la mano derechaindican la direccin de la corriente

    de la espira, el dedo pulgar indicala direccin de n.

    El vector n forma un ngulo con el campo magntico

    7

    Fuerzas sobre laespira

    La fuerza sobre cada segmentode la espira es perpendiculartanto al campo magntico como

    a la direccin de la corriente.A partir de la expresin

    se puede obtener la fuerza sobrecada una de las porciones de laespira, y adems analizar si hay

    algn momento de torsin quepermita hacer girar la espira.

    BLiF

    =

    8

    Fuerzas sobre la

    espira: lados 2 y 4

    Como son dos fuerzas igualesy opuestas, no contribuyen ala fuerza neta sobre la espira.

    Al tener la misma lnea deaccin, el momento detorsin neto ejercido por ellastambin es cero.

    ( ) ( )

    ( )( ) ( )zibBsenz-90ibBsenF

    zibBsenz-90ibBsenF

    4

    2

    =+=

    ==

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    9

    Fuerzas sobre la

    espira: lados 1 y 3

    Ntese que las fuerzas 1 y 3son perpendiculares a ladireccin del campomagntico

    Como son dos fuerzas igualesy opuestas, no contribuyen ala fuerza neta sobre la espira.

    Por lo tanto, la fuerza netasobre la espira es cero.

    xiaBF;xiaBF 31 ==

    1F

    3F

    2b

    ( )sen2

    b O

    B

    n

    1F

    3F

    2b

    ( )sen2

    b O

    B

    n

    10

    Fuerzas sobre la

    espira: lados 1 y 3

    Sin embargo, los momentos detorsin de las fuerzas 1 y 3 nose cancelan, pues no tienen lamisma lnea de accin.

    Estas dos fuerzas tienden ahacer girar a la espira alrededorde un eje paralelo al eje z.

    La direccin de la rotacin

    tiende a llevar a n enalineacin con el vector campomagntico.

    Si se invierte i, se invierten los sentidos de las fuerzas 1 y3 y la espira gira en sentido contrario.

    1F

    3F

    2b

    ( )sen2

    b O

    B

    n

    1F

    3F

    2b

    ( )sen2

    b O

    B

    n

    11

    Momento de torsin de una

    espira de corriente

    Las fuerzas 1 y 3 tienenbrazos de palanca en tornoal eje z de (b/2)sin(), yas, el torque total sobre laespira es

    Cuando n est alineado con

    el vector campo magntico,el torque es cero.

    ( ) ( ) ( ) siniaBbsin2

    biaB2 ==

    1F

    3F

    2b

    ( )sen2

    b O

    B

    n

    1F

    3F

    2b

    ( )sen2

    b O

    B

    n

    12

    Para una bobina de Nvueltas, donde A = ab

    Se puede demostrar quela expresin anterior esvlida para toda espiraplana de rea A, sea o no

    rectangular.

    Momento de torsin de una

    espira de corriente

    ( ) sinNiAB =

    1F

    3F

    2b

    ( )sen2

    b O

    B

    n

    1F

    3F

    2b

    ( )sen2

    b O

    B

    n

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    Momento (dipolar) magntico

    Se define el vector momentodipolar magntico como

    Donde

    n =

    N I A = =

    A partir esto, se puede escribir el torquecomo:

    B =

    14

    Momentos de Torsin

    B Torque mximo

    B Torque cero

    15

    GalvanmetrosVoltmetros y ampermetros

    analgicos, en los que lalectura se muestra por ladesviacin de una agujasobre una escala, funcionanal medir el momento detorsin ejercido por uncampo magntico en unaespira de corriente.

    La figura muestra losrudimentos de ungalvanmetro, en los que sebasan los ampermetros yvoltmetros analgicos.

    Un resorte proporciona uncontramomento de torsinque equilibra el momento detorsin magntico, resultandoen una desviacin angular

    uniforme que corresponde auna corriente estacionariadada i en la espira

    16

    Motor de CorrienteContinua

    Es un aparato que transformaenerga elctrica en energamecnica.

    Se basa en el momentogenerado en una espirarectangular debido a uncampo magntico uniforme.

    Se instala un eje acoplado adicha espira, generndose unmovimiento de rotacin.

    Este efecto de rotacin semultiplica y se mantienecolocando ms espiras.

    Este movimiento esaprovechado para moversistemas mecnicos(trenes de engranajes,ejes de tronos,fresadoras, etc)

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    Motor de Corriente Continua En la figura, E y E son las

    escobillas del motor.

    Cuando la espira entra enrotacin, sus extremos C y Gpierden contacto con lasescobillas, hasta que dan unamedia vuelta.

    En este momento, el extremo C sepone en contacto con la escobilla E,y el extremo G con la escobilla E.

    A cada contacto de la espira conlas escobillas, las fuerzasmagnticas actan sobre aquellahaciendo que contine girando enel mismo sentido

    18

    Motor de Corriente Continua

    En la figura se muestra unmotor construido por variosconjuntos de espiras.

    Las escobillas E y E vanpasando sucesivamente porlas espiras I, II y III, en lascuales reciben sucesivos

    impulsos de fuerzamagntica.

    Con ello se logra una mayorcontinuidad en su movimientode rotacin

    19

    G-5) Torque sobre Espirade Corriente

    G-5) Torque sobre Espirade Corriente

    Profesor Rodrigo Vergara RojasIngeniero Civil Electrnico

    Magister en Ingeniera Electrnica

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