Regla de la mano izquierda y derecha

¿QUE ES?

 La regla de la mano izquierda o regla de Fleming es una ley utilizada en el electromagnetismo que determina el movimiento de un conductor que está inmerso en un campo magnético o el sentido en el que se genera la fuerza dentro de él.

Direferencia entre regla de la mano derecha y regla de la mano izquierda en electromagnetismo

Entre la regla de la mano derecha y la regla de la mano izquierda existe una diferencia, vamos a ver esta diferencia utilizando como ejemplo un motor y una dinamo, un elemento que consume electricidad (motor) y un elemento que genera electricidad (dinamo).

La regla de la mano derecha se utiliza para conocer el sentido y la dirección del flujo magnético a través de la corriente eléctrica en una dinamo, mientras que la regla de la mano izquierda o regla de la mano izquierda de Fleming es utilizada para lo mismo pero cuando la corriente eléctrica la estamos utilizando para hacer funcionar un motor de corriente continua.

Regla de la mano izquierda.

La imagen de arriba nos enseña lo que interpreta cada dedo de la mano izquierda cuando se genera una corriente eléctrica en un cable eléctrico como por ejemplo en un motor de corriente continua.

• El dedo pulgar representa la dirección de la fuerza que tendrá esa parte del cable al circular corriente eléctrica.
• El dedo indice representa la dirección del campo magnético, que va desde el lado norte en dirección al lado sur.
• El dedo medio o corazón nos indica la dirección que tiene la corriente eléctrica que circula por el cable.

En la imagen de arriba vemos una pila que genera una corriente eléctrica con una dirección en una superficie conductora de color amarillo. También podemos ver la dirección del campo magnético del imán, que va desde el polo norte hasta el polo sur. Y por último podemos ver la fuerza que se genera en la superficie conductora debido al choque de campos magnéticos.

Regla de la mano derecha.

En la imagen de arriba podemos ver los dedos pulgar, indice y medio o corazón, que igual que en la mano izquierda representan la dirección de la fuerza, la dirección del campo magnético y la dirección de la corriente.

Importante, las direcciones que representan la mano derecha pertenecen al comportamiento del funcionamiento de una dinamo.

En la imagen de arriba, la dinamo nos indica el sentido de la fuerza, que en este caso y al contrario con el caso de la mano izquierda, la dirección de la fuerza no se genera debido a los campos magnéticos sino que en este caso la dirección de la fuerza es la generadora de la corriente eléctrica.

Seguidamente tenemos una dirección de la fuerza que generamos, en el caso de la imagen de arriba la generamos moviendo la manivela de la dinamo, este hecho provoca que los electrones situados en el cable conductor se muevan en una dirección cuando se encuentran en el interior de un campo magnético con una dirección.

Bobinas e Inductores

 

¿Qué es una bobina – inductor?

La bobina o inductor es un componente pasivo hecho de un alambre aislado que por su forma (espiras de alambre arrollados) almacena energía en forma de campo magnético, por un fenómeno llamado autoinducción. El inductor es diferente del condensador / capacitor, que almacena energía en forma de campo eléctrico.

 

símbolo electrito 

Inductancia, unidades

 

La inductancia mide el valor de oposición de la bobina al paso de la corriente y se miden en Henrios (H), pudiendo encontrarse valores de MiliHenrios (mH). El valor depende de:

• El número de espiras que tenga (a más vueltas mayor inductancia, o sea mayor valor en Henrios).
• El diámetro de las espiras (a mayor diámetro, mayor inductancia, o sea mayor valor en Henrios).
• La longitud del cable de que está hecha la bobina.
• El tipo de material de que está hecho el núcleo, si es que lo tiene.

La inductancia (L) es una propiedad de las bobinas eléctricas (cable en forma de espiras) por la cual podemos saber cuanto se opone la bobina al paso de la corriente por ella por el efecto de la corriente inducida por la propia bobina

Para explicar y entender la inductancia es necesario conocer 2 grandes descubrimientos de la física eléctrica, pero muy sencillos de entender.

Un físico llamado Oersted, descubrió que un conductor o una espira por la que circula una corriente genera a su alrededor un campo magnético.

Este campo magnético depende de la intensidad de corriente que circule por el conductor y de su sentido.

Si es corriente alterna (variable), el campo magnético será variable igual que lo es la corriente que circula por la bobina. 

Otro físico llamado Faraday descubrió que un campo magnético variable que se mueva o varíe cortando a un conductor hace que se genere una diferencia de potencial (d.d.p. o tensión) en los extremos del conductor y que según Lenz, otro físico, esta d.d.p. será opuesta a la causa que lo produce.

Es decir, se opondrá a la tensión a la que conectamos la bobina, que en definitiva es la que causa esta otra tensión.

Si en lugar de ser un conductor es una bobina (conductor en forma de espiras) pasará lo mismo, se creará una tensión o fuerza electromotriz en la bobina.

Si la bobina esta conectada en un circuito cerrado producirá sobre la bobina una corriente llamada inducida de sentido contrario a la que atraviesa el conductor, o en este caso la bobina. 

Fíjate como creamos corriente inducida:

La resistencia que aparece al conectar una bobina y en corriente alterna (debida a la autoinducción) se llama Reactancia Inductiva, y se calcula de la siguiente forma:

XL = L x (2 x pi x f) = Reactancia inductiva y se mide en ohmios.

Donde f es la frecuencia de la corriente que atraviesa la bobina (en España normalmente 50Hz) y L se mide en Henrios y es la inductancia de la bobina.

Cada bobina tiene su inductancia, para una misma bobina este valor es siempre el mismo, es fijo, por lo que la inductancia es una propiedad de las bobinas constante para cada bobina. Las bobinas también se pueden llamar inductores, ya puedes imaginar el por qué.

Cuando queramos saber la oposición que se va a encontrar una corriente que circulará por una bobina, si sabemos su inductancia, podremos calcularla simplemente multiplicando por la frecuencia de la corriente (y por el valor fijo pi = 3,1416).

La L o inductancia es un factor que depende de las características físicas de la bobina (es decir de la geometría y de los materiales con los que está hecha) y no de la corriente que circula por él.

A mayor cantidad de espiras enrolladas que tenga la bobina, la inductancia es mayor.

Si además se agrega en el interior de la bobina un núcleo ferromagnético, la inductancia también aumenta.

Luego para una misma bobina, este valor es un valor fijo.

Entonces....¿De qué depende exactamente la inductancia de una bobina?

La inductancia depende del tamaño y la forma del conductor de la bobina, del número de espiras y del tipo de material que hay en el interior de la bobina.

Para calcular la inductancia de una bobina debemos de utilizar la siguiente fórmula:

Si en el núcleo no tenemos nada, será la permeabilidad del aire.

La unidad de inductancia es el henrio, nombrado en honor del físico estadounidense del siglo XIX Joseph Henry, quien fue el primero en descubrir el fenómeno de la autoinducción. Un henrio es equivalente a un voltio dividido por un amperio por segundo.

Si una corriente que cambia a la velocidad de un amperio por segundo induce una fuerza electromotriz de un voltio, el circuito tiene una inductancia de una Henry, una inductancia relativamente grande.

La inductancia aproximada de una bobina de una sola capa bobinada al aire y para bobinas que tengan una longitud igual o mayor que 0,4 veces el diámetro de la bobina, puede ser calculada con la fórmula simplificada:

L (microH)=d².n²/18d+40 l

L= inductancia en microhenrios
d= diámetro de la bobina en pulgadas
l= longitud de la bobina en pulgadas
n= número de espiras

El flujo magnético (del campo creado), será siempre proporcional a la intensidad que recorre la bobina. En este caso podemos decir que:

Φ = L x I; donde Φ es el flujo magnético, I la intensidad de la bobina y L la inductancia.

Esta es otra forma de calcular la inductancia (L).

Para acabar decir que cualquier conductor tiene inductancia, incluso cuando el conductor no forma una bobina.

La inductancia de una pequeña longitud de hilo recto es pequeña, pero no despreciable si la corriente a través de él cambia rápidamente, en este caso, la tensión inducida puede ser apreciable.

Corriente Alterna

¿Qué es corriente alterna?

La corriente alterna (CA) es un tipo de corriente eléctrica, en la que la dirección del flujo de electrones va y viene a intervalos regulares o en ciclos. La corriente que fluye por las líneas eléctricas y la electricidad disponible normalmente en las casas procedente de los enchufes de la pared es corriente alterna. 

Oscilación senoidal[editar]

Artículo principal: Sinusoide

Figura 2: Parámetros característicos de una oscilación sinusoidal.

Una señal senoidal o sinusoidal, ${\displaystyle a(t)}$, tensión, ${\displaystyle v(t)}$, o corriente, ${\displaystyle i(t)}$, se puede expresar matemáticamente según sus parámetros característicos (figura 2), como una función del tiempo por medio de la siguiente ecuación:

${\displaystyle a(t)=A_{0}\cdot \sin(\omega t+\beta )}$

donde

${\displaystyle A_{0}}$ es la amplitud en voltios o amperios (también llamado valor máximo o de pico),

${\displaystyle \omega }$ la pulsación en radianes/segundo,

${\displaystyle t}$ el tiempo en segundos, y

${\displaystyle \beta }$ el ángulo de fase inicial en radianes.

Dado que la velocidad angular es más interesante para matemáticos que para ingenieros, la fórmula anterior se suele expresar como:

${\displaystyle a(t)=A_{0}\cdot \sin(2\pi ft+\beta )}$

donde f es la frecuencia en hercios (Hz) y equivale a la inversa del período ${\displaystyle f={\frac {1}{T}}}$. Los valores más empleados en la distribución son 50 Hz y 60 Hz.    

Valores significativos[editar]

A continuación se indican otros valores significativos de una señal sinusoidal:

• Valor instantáneo (a(t)): es el que toma la ordenada en un instante, t, determinado.

• Valor pico a pico (A_pp): diferencia entre su pico o máximo positivo y su pico negativo. Dado que el valor máximo de sen(x) es +1 y el valor mínimo es -1, una señal sinusoidal que oscila entre +A₀ y -A₀. El valor de pico a pico, escrito como A_P-P, es por lo tanto (+A₀)-(-A₀) = 2×A₀.

• Valor medio (A_med): valor del área que forma con el eje de abscisas partido por su período. El valor medio se puede interpretar como el componente de continua de la oscilación sinusoidal. El área se considera positiva si está por encima del eje de abscisas y negativa si está por debajo. Como en una señal sinusoidal el semiciclo positivo es idéntico al negativo, su valor medio es nulo. Por eso el valor medio de una oscilación sinusoidal se refiere a un semiciclo. Mediante el cálculo integral se puede demostrar que su expresión es la siguiente;

${\displaystyle A_{med}={2A_{0} \over {\pi }}}$

 

Relación entre Frecuencia y Longitud de Onda

A mayor frecuencia, menor es la longitud de onda y cuando la frecuencia es menor, mayor es la longitud de onda. La velocidad de propagación de una onda, se puede medir como el tiempo que transcurre desde que es emitida hasta que se recibe.

Todas las ondas electromagnéticas se propagan en el vacío  a una velocidad constante de 300.000.000 m/s, la velocidad de la luz. Debido a la poca diferencia que existe entre la velocidad de propagación en el vacío y en el aire, se considera que en el aire también se propagan a una velocidad de 300.000.000 m/s.

ejemplo en videos: https://youtu.be/TMC7gidYPy8