generadores de corriente

El generador de corriente alterna es un dispositivo que convierte la energía mecánica en energía eléctrica. El generador más simple consta de una espira rectangular que gira en un campo magnético uniforme.

El movimiento de rotación de las espiras es producido por el movimiento de una turbina accionada por una corriente de agua en una central hidroeléctrica, o por un chorro de vapor en una central térmica. En el primer caso, una parte de la energía potencial agua embalsada se transforma en energía eléctrica; en el segundo caso, una parte de la energía química se transforma en energía eléctrica al quemar carbón u otro combustible fósil.

Cuando la espira gira, el flujo del campo magnético a través de la espira cambia con el tiempo. Se produce una fem. Los extremos de la espira se conectan a dos anillos que giran con la espira, tal como se ve en la figura. Las conexiones al circuito externo se hacen mediante escobillas estacionarias en contacto con los anillos.

Si conectamos una bombilla al generador veremos que por el filamento de la bombilla circula una corriente que hace que se ponga incandescente, y emite tanta más luz cuanto mayor sea la velocidad con que gira la espira en el campo magnético.

Con este ejemplo, completamos las tres formas que hay de variar con el tiempo el flujo de un campo magnético a través de una espira, F =B·S, como producto escalar de dos vectores, el vector campo B y el vector superficie S.

• Cuando el campo cambia con el tiempo.
• Cuando el área de la espira cambia con el tiempo.
• Cuando el ángulo entre el vector campo B y el vector superficie S cambia con el tiempo

fuerza sobre los portadores de carga

El sentido de la corriente inducida lo podemos determinar a partir de la fuerza sobre un portador de carga positivo imaginariamente situado en el lado a de la espira.

Como ya hemos estudiado la fuerza f_m que ejerce un campo magnético B sobre un portador de carga positivo que se mueve con velocidad v es el producto vectorial

En la figura, se ha dibujado el vector velocidad cuyo módulo es v=w·b/2. y el vector campo B en la posición que ocupa un portador de carga positivo representado por un punto de color rojo.

Como v y B forman el ángulo w t, el módulo de la fuerza es  

f_m=qw (b

/2)B·sen(w t). 

El campo E_n =f_m/q que impulsa las cargas (fuerza por unidad de carga positiva) es

E_n

= w (b/2)B·sen(w t)

La fem V_e es

Como puede verse en la figura, E_n es paralelo a los lados de longitud a de la espira, pero es perpendicular a los lados de longitud b y por tanto, el producto escalar E_n·dl en estos dos lados es nulo.

El sentido de la corriente inducida es el mismo que el sentido de f_m o de  E_n (fuerza sobre la unidad de carga positiva).

Hemos obtenido la fem y el sentido de la corriente inducida por dos procedimientos distintos.

• La ley de Faraday para obtener la fem y la ley de Lenz para determinar el sentido de la corriente inducida. Y
• La fuerza sobre los portadores de carga positivos situados en la espira.