Este documento resume tres leyes fundamentales de la electromagnetismo: la Ley de Ampere, la Ley de Faraday y las propiedades magnéticas de los materiales. La Ley de Ampere relaciona el campo magnético con las corrientes eléctricas que lo producen. La Ley de Faraday establece que la tensión inducida en un circuito depende de cómo cambia el flujo magnético. Los materiales ferromagnéticos como el hierro siguen una curva de histéresis magnética donde su imanación depende del campo aplicado y su historia previa
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Presentación
1. República Bolivariana De Venezuela
Instituto Universitario Politécnico
”Santiago Mariño”
Extensión - Barcelona
Maquinas Eléctricas I
LEY DE AMPERE ,LEY DE
FARADAY Y
MAGNETISMO.
Profesora:
Ranielina Rondón.
Alumna:
Eglismar Aguilar
C.I:19961745
Barcelona, 28 de Mayo del 2014
2. LEY DE AMPÉRE
Modelada por André-Marie Ampére en 1831, relaciona un campo magnético
estático con la causa que la produce, es decir, una corriente eléctrica
estacionaria. La ley de Ampére explica, que la circulación de la intensidad
del campo magnético en un contorno cerrado es igual a la corriente que lo
recorre en ese contorno.
Forma Integral de la Ley de Ampére.
Donde:
•B: campo magnético
•dl: segmento infinitesimal del trayecto de integración.
•μo: permeabilidad del espacio libre
•Ienc: corriente encerrada por el trayecto.
3. EJERCICIOS
Un cable coaxial largo consta de dos conductores concéntricos con las dimensiones
mostradas en la figura. Sobre estos conductores circulan corrientes iguales y
opuestas , distribuidas de manera uniforme. Halle la magnitud del campo magnético B
y su dirección en las regiones (a) 0<r<a ; (b) a<r<b; (c) 0<r<c ; (d) r>c.
Aplicando la ley de Ampére
a) Para 0<r<a al dibujar la circunferencia de radio r menor que el radio del cable
interno a: no se tiene la corriente total encerrada, es un i’. Entonces teniendo en
cuenta la densidad de corriente : como la distribución de corriente es
uniforme:
4. Despejo
Reemplazando en Ley de Ampere y teniendo en cuenta que el vector campo
magnético y el vector dl forma un ángulo de 0°:
Despejo la magnitud del campo magnético:
Notemos que el campo magnético dentro del primer conductor es proporcional al radio r
variable, es decir es lineal.
(b) Ahora determínenos el campo magnético en magnitud para a<r<b
En este caso se tiene la corriente completa i encerrada en esta región, entonces:
5. Despejo la magnitud del campo magnético:
Se concluye que cuando r=a los resultados 1. Y 2. Coinciden esto indica que la función
es continua.
Dirección de campo magnético: Horario
(c) En la región b<r<c:
En esta región la corriente encerrada corresponde a la total del conductor de radio a y
parte de la del conductor exterior, al aplica la ley de ampere tendremos para la
corriente encerrada:
Finalmente reemplazando en Ley de Ampere:
6. Despejo B:
En este resultado se observa que r=b si solo queda la corriente del conductor interno, y si
r=c el campo magnético se anula, que era lo esperado de acuerdo a la simetría del
problema.
(d)Para r<c la corriente encerrada es igual a cero lo que implica que el campo magnético
es nulo por fuera del cable coaxial.
Un alambre de cobre transporta una corriente de 10 A . Halle el flujo magnético por
metro del alambre en una superficie plana S dentro del alambre como se ve.
El flujo de campo magnético a través de la superficie abierta sombreada con color gris
es diferente de cero, veamos cuánto vale:
7. Visto de frente el cilindro, por ley de Ampere
A una distancia r el campo magnético aplicando el resultado del inciso a) del
problema anterior, pero cambiamos a por R y expresamos la corriente con I es:
Entonces el flujo de campo magnético resulta ser a través del área sombreada:
8. Ya que el enunciado solicita flujo por unidad de longitud, la respuesta es:
LEY DE FARADAY
El valor numérico del flujo magnético por unidad de longitud resulta ser: 10 EXP-6 Wb/m .
Formulada a partir de los experimentos que Michael Faraday realizó en 1831.
Establece que el voltaje inducido 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.
Forma Integral de la Ley de Faraday.
9. Donde:
es el campo eléctrico.
es el elemento infinitesimal del contorno C.
es la densidad de campo magnético.
es una superficie arbitraria, cuyo borde es C.
y de están dadas por la regla de la mano derecha.
10. Una barra conductora de longitud â„“ gira a una rapidez angular constante w
alrededor de un pivote en un extremo. Un campo magnético uniforme B esta dirigido
perpendicularmente al plano de rotacion, como se muestra en la figura. Determine la
fem de movimiento inducida entre los extremos de la barra.
Considere un segmento de la barra de longitud dr que adquiera una velocidad v.
ε =B l dxdt
Pero: v= dxdt
ε= - B ℓ v
ε= B v ℓ
dε = B v dr
11. Puesto que cada segmento de la barra se mueve perpendicularmente a B una
fem dε de la misma forma se genera a traves de cada segmento. Al sumar
las fem inducidas en todos los segmentos los cuales esta en en serie, se
obtiene la fem total entre las extremos de la barra.
dε = B v dr
∫dε = ∫B v dr
ε=∫B v dr
ε=B ∫ vdr
Pero: V = w * r
ε=B ∫ w r dr
ε=B w ∫ w r dr
12. Curva teórica del Magnetismo de un material Ferromagnético.
Estas curvas representan el magnetismo en el material como función de la
fuerza magnetizante. Se obtienen debido a que la permeabilidad de los
materiales ferromagnéticos no es constante, entonces para ilustrar el
comportamiento de la permeabilidad de un material Ferromagnético se
aplica una corriente continua al núcleo.
Esta dependencia de la historia precedente del flujo y la falla resultante para
volver sobre el trazo de la trayectoria del flujo se llama histéresis.
13. Características de la curva de Magnetización de un
material.
• La magnetización requiere un esfuerzo eléctrico, el cual se define como zona
reversible.
• La magnetización se produce de una forma muy proporcional, denominando
como zona lineal esta fase de la curva.
• Cuando la curva llega a un punto en donde no se puede magnetizar más el material
y es casi constante su inducción, esta fase de la curva se denomina como punto de
inducción de saturación o también conocido como zona de saturación.