Generador de corriente alterna ("er gaviota")

Generador de CA

Junto al espejo infinito, en este tercer trimestre he construido un generador de corriente alterna, cuyas experiencias voy a describir a continuación.

El experimento está basado en la Ley de Faraday-Henry, la cual establece que al variar la cantidad de flujo que atraviesa una superficie en un intervalo de tiempo, se inducirá una fuerza electromotriz (fem) en sentido opuesto a la causa que lo ha producido, de ahí su signo negativo en la fórmula, que tiene un sentido físico.

Ley de Faraday-Henry-Lenz

Basándonos en estas experiencias de Faraday-Henry, nuestro experimento va a inducir una fem en el polímetro que le hemos conectado para comprobarlo.

Al girar la bobina que he construido artesanalmente de 100 vueltas (N=100), el vector perpendicular a la bobina va variando el ángulo que forma con el campo magnético (B)

Esquema del campo magnético con la espira

Al variar el ángulo, el coseno del ángulo que forma va tomando valores comprendidos entre 1 y -1, de ahí que la corriente que se genera es alterna, porque toma valores negativos y positivos, pasando por 0, por lo que hay un momento que la bobina no induce corriente, que es cuando forme 90º con el vector campo magnético.

Por lo que el flujo que atraviesa la espira va a ser variable, pues va a ser una función trigonométrica que dependa del valor del ángulo formado entre el vector perpendicular a la bobina y el vector campo magnético.

Por tanto, podremos deducir que a mayor velocidad de giro de la espira, más rápidamente variará el flujo, por lo que se inducirá más corriente.

También es directamente proporcional la fem inducida a la intensidad de campo magnético B que atraviese la bobina, de lo cual voy a contar una experiencia personal que me ha ocurrido durante el proyecto:

Al principio, coloqué los dos imanes que crean el campo magnético confrontados, es decir, polos iguales, y pude comprobar que la corriente que se inducía era muy muy pequeña, casi 0. Esto es debido a que las líneas de campo magnético apenas atravesaban la bobina, por lo que B era muy pequeña. Podemos comprenderlo gráficamente así:

Líneas de campo creadas por dos imanes confrontados

Como vemos en el gráfico, las líneas de campo apenas atravesarán la bobina, por lo que el flujo es muy pequeño.

Posteriormente, coloqué correctamente los polos, es decir, de forma que se atraigan (polos opuestos), y efectivamente, la corriente que se inducía aumentó considerablemente. Las líneas de campo magnético quedaban así:

Esquema de las líneas de campo magnético creado por dos imanes de polos opuestos

Como podemos comprobar, las líneas así atraviesan de lleno a la bobina, por lo que el flujo es máximo.

Es obvio, que a mayor velocidad de giro que le diera a la bobina, mayor fem se inducía, lo cual se puede comprender con esta fórmula:

N = Número de espiras
B = Campo magnético
A = Área de la espira
ω = Velocidad angular, pulsación, 2 π f
t = Instante de tiempo
E = Fuerza electromotriz inducida

He aquí expuesto mi proyecto, del cual adjunto un video con todas las experiencias citadas

En el video, vemos como al principio, cuando los polos están colocados de forma que sean opuestos, efectivamente, se ve como el polímetro marca una corriente considerable. Luego se observa cómo cambio el polo del imán, quedando estos enfrentados, y se ve como apenas marca corriente. Esto es debido a la explicación anterior, las líneas de campo apenas atraviesan la bobina. Luego se vuelve a invertir el polo, de nuevo marca intensidad considerable debido a que el flujo es muy grande porque las líneas de campo atraviesan de lleno la bobina. Por último, colocamos los dos imanes juntos, de forma que se dobla el campo magnético por el principio de superposición, y como es obvio, también marca una elevada intensidad. Cabe destacar, que como hemos podido comprobar, en polímetro va marcando negativo y positivo en distintas ocasiones. Esto es debido a la explicación anterior, con lo cual, demostramos que efectivamente se genera corriente alterna.