CORRIENTE ALTERNA

La aparición del generador eléctrico dio pie a la creación de la corriente alterna, un tipo de corriente eléctrica oscilante con una forma de onda sinusoidal. Para cada vuelta que da el generador en el seno del campo magnético, la corriente generada 'dibuja' una onda sinusoidal completa.

El flujo magnético es igual al producto escalar del campo magnético por la superficie encerrada. En el generador eléctrico tanto la superficie como el campo son constantes y lo que varía es el ángulo relativo entre ambos. Al estar girando a velocidad constante, precisamente este ángulo es el que depende del tiempo proporcionalmente a la velocidad angular de giro.

Así, la fuerza electromotriz inducida depende de la variación con el tiempo del flujo magnético. Para un generador eléctrico el flujo depende del coseno de w.t.  Aplicando la derivada, la f.e.m. dependerá del seno (con un menos delante). La misma forma, aunque con diferente amplitud (por la ley de Ohm), tendrá la intensidad de la corriente si se cierra el circuito disponiendo únicamente una resistencia eléctrica.

PRINCIPIO DE FARADAY Y CORRIENTE ELÉCTRICA

Este es un extraordinario vídeo didáctico (como todos los de este profesor) en el que se recorren, con diferentes montajes prácticos, los principales hitos experimentales que dieron lugar a la teoría electromagnética y su aplicación al desarrollo de nuestra actual sociedad basada en la tecnología.

Así, el presentador del vídeo nos expone como se pasa de la experiencia de Oerted al experimento histórico de inducción electromagnética de Faraday y cómo ello llevó al desarrollo del generador eléctrico en cuyo principio se basan las plantas generadores de electricidad actuales (térmicas o hidroeléctricas, por ejemplo).

LA DINAMO DE GRAMME

El desarrollo de las dinamos fue evolucionando desde que se sentaran sus bases con los prototipos de Faraday y Pixxi. Uno de los primeros generadores comerciales aptos para su uso a gran escala fue diseñando por el francés Zénobe Gramme y empezó a utilizarse para electrificar la ciudad de la luz, Paris, en el año 1870.

Como la dinamo de Pixii, se basa en el concepto de bucle giratorio sin fin, pero utiliza un elevado número de anillos colectores para la conversión de la corriente alterna inducida en corriente continua. Además, la corriente continua generada se utiliza para auto-alimentar los electroimanes creadores del flujo magnético con el que se induce la fuerza electromotriz, con lo que todo el sistema se realimenta a sí mismo.

DINAMO DE PIXII

La dinamo del francés Hyppolyte PixIi fue el primer generador eléctrico apto para el uso industrial. Fue construido en 1832, basándose en el disco de Faraday, pero utilizando un imán giratorio cuyos polos Norte y Sur pasaban alternativamente junto a un núcleo de hierro bobinado con cable conductor. Así se conseguía generar corriente alterna, la cual se consiguió convertir en continua al añadir un conmutador eléctrico en el mismo eje de giro del imán.

La única limitación de este dispositivo es que la corriente eléctrica se producía como un impulso justo cuando los polos del imán coincidían con la sección del bobinado. Pero durante el resto del tiempo no se generaba nada.

DISCO DE FARADAY: EL PRIMER GENERADOR ELÉCTRICO

El disco de Faraday se basa en el mismo principio que el experimento de Aragó, pero utiliza un imán permanente que fija, por lo que no puede rotar. Al hacer girar el disco de cobre a través de una manivela, se genera una fuerza electromotriz inducida en el disco que se traduce en una pequeña corriente, difícil de observar con un amperímetro analógico, pero que sí podemos apreciar con ayuda de un multímetro digital.

La rotación del disco de cobre, un muy buen conductor eléctrico, comporta el tránsito de una débil corriente eléctrica giratoria por el arrastre de los electrones del metal. Cuando esta corriente cruza las líneas del campo magnético creado por el imán permanente, por la ley de Biot-Savart sabemos, que una fuerza surgirá que los dirigirá en el eje radial. Esto es lo que da pie a la débil corriente continua que se mide.

El hecho de que los efectos de los primeros dispositivos basados en el principio de inducción electromagnética fueran tan sutiles, tan difíciles de observar, y el hecho de que en ocasiones conllevaran tantos años de trabajo su concepción, desarrollo y montaje, pone de relieve una de las más altas cualidades de los genios de la época, tal cual fue Micheal Faraday: la paciencia.

LEY DE FARADAY-LENZ CON IMÁN Y SOLENOIDE

En este vídeo vemos otra muy ilustrativa demostración de la ley de Faraday-Lenz. Para ello simplemente se utiliza un imán de barra, un solenoide de elevado número de espiras, un galvanómetro didáctico y un par de cables conectores.

LEY DE LENZ

La ley de Lenz aporta la interpretación física de la ley de Faraday de inducción electromagnética. Según esta, cuando las líneas de un campo magnético variable atraviesan la superficie encerrada por un circuito conductor se induce una corriente eléctrica a cuenta de la fuerza electromotriz inducida (voltaje). Esta corriente inducida crea a su vez un campo magnético (inducido) cuyo efecto se opone al original.

Esto justifica la aparición del signo menos en la ley de Faraday-Henry, denominada también ley de Faraday-Lenz cuando se incluye su interpretación al enunciado matemático. Así, el efecto de la corriente inducida es siempre el de oposición y frenado del ritmo de cambio en el campo magnético que atraviesa la superficie encerrada por el circuito.

Por eso, los circuitos con elementos inductores tienden a frenar o retardar cualquier cambio en el tiempo de la corriente eléctrica que circula a través de ellos.