domingo, 27 de abril de 2014
Introducción
Vivimos en una sociedad donde la energía eléctrica es indispensable para cualquier cosa, nuestra sociedad ha progresado tanto en el ámbito electrónico que los seres humanos ya somos casi dependientes totalmente a la tecnología, nosotros nos proponemos a crear un generador eléctrico libre de combustibles fósiles, este generador será conectado a un LED, el cual encenderá al hacer funcionar el generador.
Hipótesis
Al colocar dos imanes cerca, con polos opuestos apuntando a la bobina de cobre que estará justamente entre los dos imanes, estos imanes se atraen creando un campo magnético entre ambos, al girar la bobina de cobre, esta desvía parte de esas líneas magnéticas que pasan por el campo magnético, en pocas palabras se genera una diferencia de potencial, la cual mediante la misma bobina es conducida a dos cables que van conectados al LED haciendo que este se encienda
Planteamiento de la necesidad
Planteamiento de la necesidad.
Al poder analizar los diferentes temas vistos anteriormente en Física I y Física II, encontramos dentro del tema de “Circuitos de corriente alterna” la posibilidad de crear un Generador eléctrico manual. Este con la función de dar respuesta a la necesidad de un pequeño voltaje en caso de ausencia de electricidad. La corriente generada manualmente tendría que ser suficiente para al menos encender un LED y tener luz por un breve momento.
Vivimos en una sociedad donde dependemos totalmente de los aparatos electrónicos, a su vez estos dependen de lleno de la electricidad, ¿De que nos servirían estos aparatos si no tenemos electricidad?
Al poder analizar los diferentes temas vistos anteriormente en Física I y Física II, encontramos dentro del tema de “Circuitos de corriente alterna” la posibilidad de crear un Generador eléctrico manual. Este con la función de dar respuesta a la necesidad de un pequeño voltaje en caso de ausencia de electricidad. La corriente generada manualmente tendría que ser suficiente para al menos encender un LED y tener luz por un breve momento.
Vivimos en una sociedad donde dependemos totalmente de los aparatos electrónicos, a su vez estos dependen de lleno de la electricidad, ¿De que nos servirían estos aparatos si no tenemos electricidad?
Objetivo
Generador Eléctrico Casero:
Investigar los fenómenos por los cuales un generador eléctrico suministra la energía eléctrica necesaria para permitir el funcionamiento de equipos eléctricos.
Demostrar por medio de la investigación, que en un generador eléctrico se cumple el principio de que la energía ni se crea ni se destruye solo se transforma.
Por lo cual se realizara un experimento de un generador eléctrico casero, para demostrar cómo este suministra la energía eléctrica manualmente.
El dispositivo eléctrico con materiales caseros es que se logre transformar energía mecánica a energía eléctrica, para conseguir un desplazamiento permanente de cargas eléctricas a través de un conductor.
Investigar los fenómenos por los cuales un generador eléctrico suministra la energía eléctrica necesaria para permitir el funcionamiento de equipos eléctricos.
Demostrar por medio de la investigación, que en un generador eléctrico se cumple el principio de que la energía ni se crea ni se destruye solo se transforma.
Por lo cual se realizara un experimento de un generador eléctrico casero, para demostrar cómo este suministra la energía eléctrica manualmente.
El dispositivo eléctrico con materiales caseros es que se logre transformar energía mecánica a energía eléctrica, para conseguir un desplazamiento permanente de cargas eléctricas a través de un conductor.
Marco conceptual
Marco conceptual
Ahora se mostraran algunos conceptos claves que se debe de tener conocimiento.
Campo magnético:
es una región del espacio en la que una carga eléctrica puntual que, desplazándose a una velocidad, sufre una fuerza perpendicular y proporcional a la velocidad y a una propiedad del campo, llamada inducción magnética.
Líneas magnéticas:
es una forma de representar el campo magnético que genera un objeto.
Bosón: es uno de los dos tipos básicos de partículas elementales de la naturaleza.
Energía cinética:
es aquella energía que posee debido a su movimiento. Se define como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa determinada desde el reposo hasta la velocidad indicada.
Movimiento de electrones:
los electrones se mueven alrededor del núcleo en forma tal que pasa por todos los puntos de alta probabilidad más frecuentemente que por otros puntos. Su velocidad es altísima, tanto que si fuera visible para nuestros ojos se vería como una nube.
Circuito: es una red eléctrica.
Espira:
es cada una de las vueltas de una hélice o espiral.
FEM:
Fuerza Electro Motriz. Y es cualquier cosa que suministre corriente eléctrica.
Escobilla:
Elemento conductor utilizado para efectuar el contacto eléctrico entre 2 partes en movimiento relativo.
Voltaje:
es una comparación de la energía que experimenta una carga entre dos ubicaciones.
Ley de la mano derecha:
es un método para determinar direcciones vectoriales.
Inductor: bobina
Desfase: Falta de correspondencia o de ajuste entre dos o más cosas.
Fundamentos Teóricos
Fundamentos teóricos.
Al momento de suministrar energía manualmente ocurre el primer fenómeno el cual convertiremos la energía mecánica en energía eléctrica. La energía mecánica se puede definir como la forma de energía que se puede convertir completamente en trabajo mecánico de modo directo mediante un dispositivo mecánico como una turbina ideal.
El generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrica entre dos de sus puntos (es decir, voltaje), transformando otras formas de energía en energía mecánica y posteriormente en una corriente alterna de electricidad.
Un generador eléctrico se utiliza el principio de “inducción electromagnética” descubierto por Michael Faraday en 1831, y establece que si un conductor eléctrico es movido a través de un campo magnético, se inducirá una corriente eléctrica que fluirá a través del conductor.
Uno de los elementos fundamentales de la materia es precisamente la carga electromagnética compuesta de un campo magnético y un campo eléctrico asociado al movimiento de las partículas. Un generador utiliza bosones del campo magnético para energizar cinéticamente electrones y provocar una interacción con otros electrones, que tiene como consecuencia la generación de la corriente eléctrica y un voltaje.
Al manipular una fuerza electromagnética se puede inducir el desplazamiento o movimiento de electrones, y como consecuencia se producirá una corriente eléctrica.
Los componentes de un generador son un campo magnético, y un objeto que rota en las inmediaciones de dicho campo magnético, y que conduce la electricidad “generada” hacia un circuito.
Los componentes de un generador desde el punto de vista mecánico son:
⦁ Estator, que es una armadura metálica en reposo recubierta por alambres de cobre que forman un circuito.
⦁ Rotor, que es un eje que rota dentro del estator impulsado por una turbina. Este rotor en su parte más externa tiene un electroimán alimentado por una corriente eléctrica pequeña.
Al girar el rotor a grandes velocidades gracias a una energía mecánica externa proveniente de una turbina, se producen corrientes en los hilos de cobre del estator. Las turbinas aprovechan las fuentes de energía externa, transformándolas en energía mecánica, que a su vez es la que se utiliza para transformarla en energía eléctrica.
Los generadores eléctricos reciben energía mediante trabajo y la transfieren al exterior por medio de una transmisión eléctrica. En las plantas eléctricas, la energía requerida para hacer girar la espira se puede obtener de una diversidad de fuentes.
Conforme gira una espira en un campo magnético, el flujo magnético a través del área encerrada por la espira cambia en función del tiempo; esto de acuerdo con la ley de Faraday, induce una fem así como una corriente en la espira. Los extremos de la espira se conectan a anillos de deslizamiento que giran con ellas. Las conexiones de estos anillos, que actúan como terminales de salida del generador al circuito externo, se realizan mediante escobillas inmóviles que están en contacto con ellos.
El flujo magnético a través de la espira para cualquier instante es igual a
Φ=BA cos Ø = BA cos wt
Dónde:
A=área
w= rapidez angular constante
Al momento de suministrar energía manualmente ocurre el primer fenómeno el cual convertiremos la energía mecánica en energía eléctrica. La energía mecánica se puede definir como la forma de energía que se puede convertir completamente en trabajo mecánico de modo directo mediante un dispositivo mecánico como una turbina ideal.
El generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrica entre dos de sus puntos (es decir, voltaje), transformando otras formas de energía en energía mecánica y posteriormente en una corriente alterna de electricidad.
Un generador eléctrico se utiliza el principio de “inducción electromagnética” descubierto por Michael Faraday en 1831, y establece que si un conductor eléctrico es movido a través de un campo magnético, se inducirá una corriente eléctrica que fluirá a través del conductor.
Uno de los elementos fundamentales de la materia es precisamente la carga electromagnética compuesta de un campo magnético y un campo eléctrico asociado al movimiento de las partículas. Un generador utiliza bosones del campo magnético para energizar cinéticamente electrones y provocar una interacción con otros electrones, que tiene como consecuencia la generación de la corriente eléctrica y un voltaje.
Al manipular una fuerza electromagnética se puede inducir el desplazamiento o movimiento de electrones, y como consecuencia se producirá una corriente eléctrica.
Los componentes de un generador son un campo magnético, y un objeto que rota en las inmediaciones de dicho campo magnético, y que conduce la electricidad “generada” hacia un circuito.
Los componentes de un generador desde el punto de vista mecánico son:
⦁ Estator, que es una armadura metálica en reposo recubierta por alambres de cobre que forman un circuito.
⦁ Rotor, que es un eje que rota dentro del estator impulsado por una turbina. Este rotor en su parte más externa tiene un electroimán alimentado por una corriente eléctrica pequeña.
Al girar el rotor a grandes velocidades gracias a una energía mecánica externa proveniente de una turbina, se producen corrientes en los hilos de cobre del estator. Las turbinas aprovechan las fuentes de energía externa, transformándolas en energía mecánica, que a su vez es la que se utiliza para transformarla en energía eléctrica.
Los generadores eléctricos reciben energía mediante trabajo y la transfieren al exterior por medio de una transmisión eléctrica. En las plantas eléctricas, la energía requerida para hacer girar la espira se puede obtener de una diversidad de fuentes.
Conforme gira una espira en un campo magnético, el flujo magnético a través del área encerrada por la espira cambia en función del tiempo; esto de acuerdo con la ley de Faraday, induce una fem así como una corriente en la espira. Los extremos de la espira se conectan a anillos de deslizamiento que giran con ellas. Las conexiones de estos anillos, que actúan como terminales de salida del generador al circuito externo, se realizan mediante escobillas inmóviles que están en contacto con ellos.
El flujo magnético a través de la espira para cualquier instante es igual a
Φ=BA cos Ø = BA cos wt
Dónde:
A=área
w= rapidez angular constante
Definición de bobina, Ley de la mano derecha
Definición de bobina o inductor
La bobina o inductor por su forma (espiras de alambre arrollados) almacena energía en forma de campo magnético.
El inductor es diferente del condensador / capacitor, que almacena energía en forma de campo eléctrico.
Todo cable por el que circula una corriente tiene a su alrededor un campo magnético, siendo el sentido de flujo del campo magnético, el que establece la ley de la mano derecha. Al estar el inductor hecho de espiras de cable, el campo magnético circula por el centro del inductor y cierra su camino por su parte exterior.
Una característica de los inductores es que se oponen a los cambios bruscos de la corriente que circula por ellas. Esto significa que a la hora de modificar la corriente que circula por ellos, esta intentará mantener su condición anterior.
Este caso se da en forma continua, cuando una bobina está conectada a una fuente de corriente alterna y causa un desfase entre el voltaje que se le aplica y la corriente que circula por ella.
En otras palabras:
La bobina o inductor es un elemento que reacciona contra los cambios en la corriente a través de él, generando un voltaje que se opone al voltaje aplicado y es proporcional al cambio de la corriente.
Ley de la mano derecha
Campo magnético creado por una corriente en un conductor
Cuando una corriente alterna o corriente continua viaja por un conductor (cable), genera a su alrededor un efecto no visible llamado campo electromagnético.
Este campo forma unos círculos alrededor del cable como se muestra en la figura. Hay círculos cerca y lejos del cable en forma simultánea.
El campo magnético es más intenso cuanto más cerca está del cable y esta intensidad disminuye conforme se aleja de él, hasta que su efecto es nulo.
La bobina o inductor por su forma (espiras de alambre arrollados) almacena energía en forma de campo magnético.
El inductor es diferente del condensador / capacitor, que almacena energía en forma de campo eléctrico.
Todo cable por el que circula una corriente tiene a su alrededor un campo magnético, siendo el sentido de flujo del campo magnético, el que establece la ley de la mano derecha. Al estar el inductor hecho de espiras de cable, el campo magnético circula por el centro del inductor y cierra su camino por su parte exterior.
Una característica de los inductores es que se oponen a los cambios bruscos de la corriente que circula por ellas. Esto significa que a la hora de modificar la corriente que circula por ellos, esta intentará mantener su condición anterior.
Este caso se da en forma continua, cuando una bobina está conectada a una fuente de corriente alterna y causa un desfase entre el voltaje que se le aplica y la corriente que circula por ella.
En otras palabras:
La bobina o inductor es un elemento que reacciona contra los cambios en la corriente a través de él, generando un voltaje que se opone al voltaje aplicado y es proporcional al cambio de la corriente.
Ley de la mano derecha
Campo magnético creado por una corriente en un conductor
Cuando una corriente alterna o corriente continua viaja por un conductor (cable), genera a su alrededor un efecto no visible llamado campo electromagnético.
Este campo forma unos círculos alrededor del cable como se muestra en la figura. Hay círculos cerca y lejos del cable en forma simultánea.
El campo magnético es más intenso cuanto más cerca está del cable y esta intensidad disminuye conforme se aleja de él, hasta que su efecto es nulo.
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