Inducció Electromagnètica: Lleis, Generadors i Centrals

Inducció electromagnètica

La inducció electromagnètica és la producció de corrents elèctrics per l'acció de camps magnètics. L'inductor és la bobina carregada (o l'imant) que provoca l'aparició del corrent induït; la bobina (circuit) és on es genera el corrent induït.

Les conclusions de Faraday

Es genera un corrent induït quan l'inductor, origen del camp magnètic, i l'induït es mouen l'un respecte de l'altre. Quan el moviment és en un sentit, l'agulla del galvanòmetre es desplaça en un sentit, i quan canvia el sentit del moviment, l'agulla del galvanòmetre es desplaça en sentit contrari. La intensitat del corrent induït és més gran com més ràpid és el moviment relatiu de l'inductor i l'induït. Perquè es produeixi un corrent induït, cal que hi hagi una variació en les línies d'inducció magnètica que travessen l'induït.

Conceptes fonamentals

• Força electromotriu (fem): és l'energia que el generador comunica a la unitat de càrrega.
• La llei de Faraday: estableix que quan s'introdueix un conductor tancat en una zona on hi ha un camp magnètic, la fem induïda és igual i de signe contrari a la rapidesa amb què varia el flux magnètic en el circuit.
• Autoinducció: consisteix en la inducció d'un corrent sobre si mateix. Perquè es produeixi, cal que variï amb el temps la intensitat de corrent que recorre el circuit.
• Inducció mútua: es produeix quan dos circuits situats a una distància suficient són capaços d'induir corrent l'un de l'altre.
• Transformadors: és un dispositiu que s'utilitza per modificar el voltatge i la intensitat d'un corrent altern sense que es produeixin pèrdues d'energia significatives. En no produir pèrdues en el procés, els transformadors són útils per transportar energia, cosa que fan modificant el voltatge en algun punt del trajecte i mantenint constant la potència.

Generadors i centrals elèctriques

• Els generadors elèctrics: és un dispositiu capaç de transformar un altre tipus d'energia en energia elèctrica.
• L'alternador: és un generador de corrent altern, perquè periòdicament canvia el sentit en què circulen les càrregues elèctriques.
• La dinamo: és un generador de corrent continu. S'anomena així perquè no canvia el sentit en què circulen les càrregues elèctriques.
• Les centrals elèctriques: En totes les centrals s'utilitza el moviment de rotació d’una turbina que es fa arribar al rotor d’un alternador. Es diferencien en:
  • Centrals tèrmiques: utilitzen una font d’energia per convertir aigua en vapor que mou una turbina. Hi ha centrals tèrmiques que aprofiten la calor del sol i la concentren mitjançant miralls.
  • Centrals hidràuliques: utilitzen l’energia potencial de l’aigua embassada per moure les aspes d’una turbina.
  • Aerogeneradors: utilitzen l’energia cinètica del vent per moure unes pales que transmeten el moviment al rotor.
  • Centrals solars fotovoltaiques: aprofiten l’efecte fotoelèctric per produir electricitat.

Resolució d'exercicis i variacions

15. Variacions en cada circuit

En el cas que hi hagi una bobina en el circuit: per aquesta raó, en la bobina apareix una fem induïda que provocarà un corrent que s’oposa a l’aparició o desaparició del corrent del circuit. També provocarà un canvi en el flux magnètic que travessa les espires de la bobina. El corrent induït provocarà que, quan es tanqui l’interruptor, la bombeta tardi més a arribar a la brillantor màxima perquè el corrent s’oposa a la circulació. I quan s’obri, s’apagarà abans la bombeta del circuit de la que no té bobina perquè apareix un canvi del flux magnètic.

32. Generació de corrent elèctric

Per generar corrent elèctric del moviment d’un circuit dins d’un camp magnètic, és necessari que hi hagi una variació de flux magnètic perquè la fem serà igual i de signe contrari a la velocitat. (Fórmules: la de la fem i el flux amb l'angle).

40. Inducció a l'espira

A l'espira s'indueix corrent elèctric: la resposta és la b) Només en el cas D, perquè el flux de A, B i C no varia. En el cas D, el flux magnètic a través de l'espira varia al llarg del temps i, per tant, s'indueix un corrent elèctric.

41. Gràfiques i sentit del corrent

a) De les 3 gràfiques, quina és la que té la fem constant? Perquè la fem sigui constant, cal que el flux tingui una variació lineal respecte al temps. L'únic paràmetre variable és la tercera gràfica.

b) Quin sentit tindrà el corrent induït? Creix cap a valors positius Z. Perquè el corrent induït ha de provocar un camp magnètic que creixi en sentits oposats. A la cara superior ha de ser en sentit horari (Sud) i a la inferior (Nord).

51. Què passa al solenoide?

En el solenoide s'indueix la fem que s'oposa al canvi que es produeix de flux a través seu. Com que el vector de camp magnètic i el vector de superfície de la secció transversal de la bobina són paral·lels, es pot obtenir el flux que travessa la bobina.

56. Direcció i sentit del corrent

b) Si sabem el camp magnètic que origina el flux, la direcció i el sentit de l'eix Z, podries indicar el sentit del corrent induït? El corrent serà tal que s'oposi al canvi que produeix una variació en el flux. Com que el canvi és un augment del flux, el flux s'oposarà al corrent creat pel camp magnètic (sentit contrari).