Electromagnetisme |
Autoinducció i Inducció mutua Autoinducció. Circuit R-L
Circuits acoblats (II) Oscil·lacions El problema dels dos condensadors Elements d'un circuit de C.A. Mesura de l'auto- inducció d'un anell Circuit LCR en sèrie Ressonància Mesura de la velocitat Efectes mecànics de la llei de Faraday L'anell de Thomson (I) L'anell de Thomson (II) |
Inducció mutua | |||
Inducció mutuaAmb freqüència el flux a través d'un circuit varia amb el temps com a conseqüència dels corrents variables que hi ha en circuits propers. Es produeix una fem induïda mitjançant un procés que s'anomena inducció mutua.
Per a il·lustrar aquest fet, suposem que tenim dos circuits acoblats formats per una espira i un solenoide, com mostra la figura. Suposem que el solenoide està format per N espires de longitud l i de secció S, i que està recorregut per un corrent d'intensitat i1. Anomenarem circuit primari al solenoide i circuit secundari a l'espira. 1.- El camp magnètic creat pel solenoide (primari) suposarem que és uniforme i paral·lel al seu eix; el seu valor l'hem obtingut aplicant la llei d'Ampère:
2.- Aquest camp travessa la secció de l'espira (secundari); el flux d'aquest camp a través de l'espira val
S és la secció del solenoide, no de l'espira, ja que hem suposat que fora del solenoide no hi ha camp magnètic. 3.- S'anomena coeficient d'inducció mutua, M, al quocient entre el flux a través del secundari, F2, i la intensitat en el primari, i1,
El coeficient d'autoinducció tan sols depén de la geometria dels circuits i de la seua posició relativa. La unitat de mesura del coeficient d'inducció mutua s'anomena henry, abreujadamente H, en honor a Joseph Henry. Corrent induït Quan la intensitat del corrent i1 en el primari canvia amb el temps s'indueix en el secundari un corrent i2 que s'oposa als canvis de flux. Apliquem la llei de Faraday derivant el flux que travessa el secundari, F2=M·i1 , respecte del temps,
La fem en el secundari V2 sempre actua en el sentit que s'oposa a la variació del flux produït pel primari.
El transformadorFa un poc més d'un segle que es va inventar aquest dispositiu que ha fet possible la distribució d'energia elèctrica a totes les llars, industries, etc. Si no fora pel transformador, hauria d'acurtar-se la distància que separa els generadors d'electricitat dels consumidors. El transformador el trobem en molts llocs: en les làmpades de baix consum, en els carregadors de piles, en els soterranis d'edificis, en les centrals hidroelèctriques i en altres generadors d'electricitat, etc. La seua grandària pot variar des de transformadors molt petits a transformadors enormes, que poden pesar més de 500 Tm.
Siga j el flux del camp magnètic a través de cada espira. Si el corrent en el primari i1 varia amb el temps, es produeix en el secundari una fem induïda V2
Si canviem els papers de manera que el secundari passe a ser primari, i viceversa,
Dividint les dues expressions obtenim la relació de transformació
Per exemple, si el secundari té cinc vegades més espires que el primari, N2 = 5·N1, resulta que V2 = 5·V1, i aquest transformador augmenta per cinc en el secundari la tensió del primari; aleshores s'anomena transformador elevador. Per tal que un transformador siga reductor haurà de tenir menys espires en el secundari que en el primari. Si no hi ha pèrdues d'energia en el procés de transformació, per corrents de Foucault o altres pèrdeus en el nucli llaminat de ferro, es complirá que l'energia per unitat de temps (potència) en el primari serà la mateixa que en el secundari, P = i1·V1 = i2·V2 Exemple Una ràdio funciona amb corrent de 9 V i 360 mA. Si el primari del transformador té 440 voltes, quantes n'hem de posar al secundari?
Si no hi ha pèrdues d'energia la potència en el primari ha de ser igual a la del secundari: 220·V i1 = 9 V·360 mA En augmentar la tensió disminueix la intensitat. Aquest fet és emprat per a transportar l'electricitat a grans distàncies tot reduint les pèrdues per efecte Joule. En una central elèctrica el generador està connectat al primari d'un transformador d'elevació de tensió, mentre que les línies de transport d'electricitat estan conectades al secundari. En el primari hi ha una intensitat alta, amb un valor moderat de la tensió. En el secundari, la tensión s'eleva fins a prop de 500 000 V i, per tant, el corrent en el secundari es redueix en la mateixa proporció. Com que les pèrdues per efect Joule són proporcionals al quadrat de la intensitat, en disminuir la intensitat en el secundari es redueixen les pèrdues per escalfament. En l'altre extrem de la línia s'ha d'utilitzar un transformador reductor per a disminuir la tensió, de forma que podem usar l'electricitat de forma més còmoda i segura, i podem disposar d'un corrent de major intensitat. |
Circuits acoblats
