E L E C T R I C I D A D Y M A G N E T I S M O Transformador Transformador
ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO Bajo ciertas condiciones un campo magnético puede producir una corriente eléctrica. Este fenómeno, conocido como inducción electromagnética, fue descubierto en el siglo XIX de manera simultánea, aunque independientemente por Faraday y Henry. Ellos se dieron cuenta de que es posible inducir una fuerza electromotriz (f.e.m.) en un circuito cuando se varía en éste el flujo de un campo magnético. Por otra parte, una corriente que circula por un circuito origina en éste un campo magnético ligado al propio circuito que variará si cambia la corriente. Si esto ocurre, es decir, si varía la intensidad que circula por un circuito provocará también un cambio en el campo magnético asociado al mismo y este hecho, según se ha dicho antes, dará lugar a una f.e.m. inducida en él (que se opondrá a la causa que lo origina: ley de Lenz). Esta f.e.m. inducida en un circuito como consecuencia de cambios en la corriente que circula por él es lo que se conoce como autoinducción. Según esto, cabe esperar que la variación del flujo magnético sea mayor cuanto más rápida sea la variación de la corriente, esto es dφ m = por lo que la ley de Faraday para la autoinducción toma la forma.ξ df donde L es una constante característica del circuito denominada coeficiente de autoinducción, que se mide en henrios (H). Asimismo, si un circuito de corriente varía su flujo magnético puede inducir en un segundo circuito, que esté próximo, una f.e.m. Este efecto se denomina inducción mutua porque depende de la interacción de dos circuitos y es el fundamento del transformador. k di di kn = N m = = di L
Transformador ANTES DE LA VISITA Indica qué proposiciones acerca de los transformadores son verdaderas y cuáles falsas: - Elevan la tensión cuando en el secundario hay más espiras que en el primario. - Reducen la potencia cuando en el primario hay más espiras que en el secundario. - Elevan la tensión cuando en el primario hay más espiras que en el secundario. - Funcionan con corriente continua. - Mantiene constante la potencia a la entrada y a la salida. En qué fenómeno basa su funcionamiento el transformador? Escribe la ley del transformador. _ Si deseas construir un alimentador para tu receptor de radio que funciona con 6 voltios, qué relación de espiras debe haber entre el primario y el secundario del transformador que elijas si pretendes enchufarlo directamente a la red doméstica? Consume energía un transformador cuando el secundario está en circuito abierto? Qué pasa en un transformador cuando el primario se conecta a una pila alcalina de 9 voltios? Por qué el transformador en funcionamiento emite zumbidos? Cuál es la frecuencia fundamental del sonido, si el transformador está conectado a la red (50Hz)? 1
ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO DURANTE LA VISITA Cambia la tensión de entrada y completa la tabla: Nº DE ESP. DEL PRIMARIO Nº DE ESP. DEL SECUNDARIO V DE ENTRADA V DE SALIDA EXPERIENCIA 1 2 3 Se trata de un elevador o de un reductor? Fíjate bien en los bobinados del transformador, además del número de espiras Observas alguna otra diferencia? Indícala _ Ahora presta atención al núcleo del transformador. Está constituido de una pieza maciza de hierro? 2
Transformador DESPUÉS DE LA VISITA Con los datos tomados durante la visita, calcula la relación entrada/salida en cada experiencia. - Experiencia 1: - Experiencia 2: - Experiencia 3: Se verifica la ley del transformador? Hay alguna diferencia entre el valor de la tensión de salida calculada teóricamente (aplicando la relación de transformación) y el real? En caso de haberla, justifícala. A qué se debe la diferencia de grosor de hilo en los bobinados? Si invertimos la entrada salida del transformador, qué voltaje se obtendría si aplicásemos 100 V de entrada? Daría igual que la entrada fuese continua que alterna? Por qué? 3
ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO Por qué crees que el núcleo del transformador se halla laminado en lugar de ser macizo? Qué objeto tiene la presencia de un núcleo de hierro en el transformador? Se deben desconectar de la red los transformadores cuando no estén en uso? Qué ventaja tiene el transporte de la electricidad a alta tensión? Por qué salta una chispa entre los contactos de un interruptor al abrir un circuito y sin embargo, no lo hace cuando se cierra éste? 4
Transformador CURIOSIDADES El transformador lo podemos encontrar en muchos lugares, en las centrales hidroeléctricas, en las lámparas de bajo consumo, en los cargadores de pilas, en las fuentes de alimentación de ordenadores, etc. Su tamaño es variable, pueden ser muy pequeños o ser enormes y pesar más de 500 Tm. Uno de los usos más importantes de los transformadores es el transporte de la electricidad. En las centrales eléctricas el generador está conectado al primario de un transformador elevador. En el secundario, se obtiene una tensión muy elevada que se lleva a las líneas de transporte por resultar más económico. De este modo se reducen al mínimo las pérdidas que en forma de calor, tendrían lugar por efecto Joule. Por otra parte, consideraciones como el aislamiento y su seguridad en el empleo obligan a distribuir la energía a los consumidores a voltajes más bajo con corrientes más altas. Esto se lleva a cabo en los centros de distribución, a través de transformadores reductores de tensión. Los transformadores también se emplean como adaptadores de impedancias en el acoplamiento de un altavoz a un amplificador de audio. Normalmente los transformadores constan de dos bobinados que se devanan claramente separados. Sin embargo, existen también transformadores que constan de una sola bobina arrollada sobre un núcleo de hierro que dispone de varias tomas. Dos de ellas pueden considerarse "terminales primarios" y otras dos "terminales secundarios". Estos transformadores de un único bobinado se llaman autotransformadores y su uso se deriva de las ventajas económicas que presenta: menor coste, menor peso y mejor rendimiento. 5
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