Electrónica básica plan 2009 Manual del alumno. Unidad 4

Electrónica básica plan 2009
Manual del alumno.
Unidad 4.
Inducción magnética.
Contenidos
Inducción y Autoinducción. Unidad de medida de la autoinducción.
Definición y cálculo de reactancia inductiva. Dependencia de la frecuencia.
Micrófono dinámico, pick up de guitarra, parlantes y la amortiguación.
Comienzo de la sexta clase.
Hemos visto como una corriente eléctrica genera un campo magnético.
Hay otro aspecto tan importante como ese y es el que un campo
magnético puede generar una corriente eléctrica.
Si un conductor y un campo magnético se mueven uno respecto del otro
se generará una diferencia de potencial el conductor que producirá una
corriente. A esa diferencia de potencial se le llama inducida (también se la
denomina fuerza electromotriz inducida).
Para observar este fenómeno moveremos un imán frente a una bobina
conectada a un osciloscopio. Veremos como el trazo del instrumento se
desvía cada vez que pasa el imán indicando la aparición de esa tensión
inducida.
La tensión inducida dependerá del
número de vueltas de la bobina y
de la rapidez de variación del
campo magnético, cuanto más
rápido mayor tensión inducida.
Si además del osciloscopio conectamos la entrada de un amplificador de
audio oiremos esa tensión inducida que al ser variable bien puede
configurar una señal.
Este efecto permite explicar el principio de funcionamiento del pick up, del
micrófono dinámico, grabadores de cinta y disco rígido.
Repitamos la experiencia con el modelo del pick up de guitel. Conectemos
la bobina al osciloscopio y al amplificador de audio y verificaremos la
existencia de tensiones inducidas en dicha bobina.
Dicho modelo consiste en un carretel de plástico en el que se arrollan 800
vueltas de alambre. El carretel se apoya en un imán con forma de prisma
de base rectangular cuyos polos se encuentran en las caras mayores.
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Un perno de hierro, apoyado en el imán, atraviesa en centro del carretel
quedando su extremo libre cerca de la cuerda de la guitarra, que es de
acero.
El flujo magnético del imán, concentrado por el perno se concentrará
también en la cuerda.
Al moverse la cuerda arrastra al campo magnético haciendo que este se
mueva respecto de la bobina e induciendo en esta una tensión que variará
de acuerdo al movimiento de dicha cuerda.
El siguiente dibujo muestra un corte de esta estructura.
Una cuestión interesante de la tensión inducida está determinada por la
ley de Lenz (ver apuntes de corriente alterna).
Para verificar este fenómeno dispondremos de un disco de aluminio que es
un buen conductor pero no se ve atraído por el imán, montado en un eje
que le permite girar libremente.
Un hilo atado a una pesa y enrollado en el eje lo hará girar y podremos
determinar la velocidad de giro por el tiempo que tarda en caer la pesa.
Si ahora acercamos un imán al disco, de manera que el campo magnético
lo corte, al girar se inducirán en el disco corrientes eléctricas.
El campo magnético de estas reacciona con el del imán frenando al disco,
con lo que se confirma la ley de Lenz.
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Aldo Lugli Tancredi
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Si combinamos el fenómeno antes visto del campo magnético generado
por una corriente con este, es decir la tensión inducida por un campo
magnético variable podremos hacer que una bobina, por la cual circula
una corriente alterna provoque, en otra bobina dispuesta en su
proximidad, una tensión inducida.
Este principio nos muestra como funciona un transformador.
Haremos circular corriente alterna por una bobina y al acercarle otra
bobina conectada al conjunto osciloscopio-amplificador de audio
observaremos el efecto de inducción electromagnética. Esto permite
explicar el funcionamiento de transformadores y como se producen
algunos ruidos en los sistemas de audio.
Fenómeno de auto inducción. Conectaremos en serie una resistencia con
una bobina. Dicho circuito será alimentado con un generador de señal y
mediremos con osciloscopio de doble trazo ambas tensiones.
La de la resistencia es la caída de potencial provocada por la corriente y la
de la bobina es la de autoinducción.
La autoinducción es la inducción que provoca una corriente alterna sobre
la propia bobina por la que circula.
La tensión autoinducida dependerá de las características de la bobina y de
la frecuencia de la tensión alterna.
En la resistencia la tensión y la corriente están en fase.
La tensión autoinducida está adelantada 90º (π/2 rad.) respecto de la
corriente con una corriente senoidal.
Al cociente entre la tensión de la bobina y la corriente se le llama
reactancia inductiva y su valor se calcula, para una corriente senoidal,
como:
XL = ω ⋅ L = 2 ⋅ π ⋅ f ⋅ L
XL =
Por otra parte:
VL
I
Donde VL es la tensión autoinducida, I la corriente que circula por la
bobina, XL es la reactancia inductiva que se mide en ohms (Ω), ω la
velocidad angular, f la frecuencia y L el coeficiente de autoinducción. L
depende de las características de la bobina, es decir de sus dimensiones,
número de vueltas y material del núcleo alrededor del cual se arrolla el
alambre. El coeficiente de autoinducción se mide en henrios que se
abrevia H y relaciona la tensión autoinducida con la rapidez de variación
de la intensidad de corriente.
Aldo Lugli Tancredi
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Utilizaremos este diagrama para
observar en el osciloscopio las tensiones
del generador y la autoinducida.
Podremos determinar las diferencias de
fase y los efectos de variar la
frecuencia.
El estudiante ha de completar estas ideas con los apuntes de corriente
alterna que se pueden bajar de la página www.emba.com/alumnos/
biblioteca/EB
Conectemos ahora un parlante al osciloscopio y percutamos el cono
(Percutir. Dar golpes repetidos, golpear. DRAE). Oiremos el sonido
producido y luego observaremos con el osciloscopio la tensión generada
(oscilación amortiguada). Explicaremos el almacenamiento de energía en
el parlante.
Si lo cargamos con una resistencia chica y repetimos la experiencia
observaremos que la amortiguación de la onda es más rápida. Este
fenómeno está asociado a ciertas distorsiones que se producen por efecto
de la resistencia interna de los amplificadores y la de los cables de
conexión entre el amplificador y el parlante.
Explica el concepto de amortiguación del amplificador que estudiarán en
SV.
Fin de la sexta clase.
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Aldo Lugli Tancredi