Flashcards - Inducción Magnética
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¿Qué es el flujo magnético y cuál es su expresión matemática?
El flujo magnético \(\phi_m\) es una medida del campo magnético que atraviesa una superficie:
Unidad: Weber (Wb) = 1 T·m²
¿En qué consiste la ley de Faraday?
La fem inducida en un circuito es igual a la rapidez de cambio del flujo magnético:
El signo negativo indica la dirección de la fem inducida.
¿Qué establece la ley de Lenz?
La fem y corriente inducidas tienen dirección tal que se oponen al cambio de flujo que las produce.
Formulación alternativa: El campo magnético debido a la corriente inducida genera un flujo que se opone a la variación del flujo original.
¿Qué es la fem de movimiento y cuál es su expresión para una varilla conductora?
Fem inducida por el movimiento de un conductor en un campo magnético:
Para una varilla de longitud \(\ell\) moviéndose perpendicularmente a \(\vec{B}\) y a sí misma.
¿Qué son las corrientes de Foucault o turbillonarias?
Corrientes circulantes inducidas en trozos de metal por flujos magnéticos variables.
Aplicaciones: Frenado magnético, amortiguación de oscilaciones.
Reducción: Usar láminas delgadas o ranuras para aumentar la resistencia.
¿Qué es la autoinducción y cómo se define?
Propiedad de un circuito que relaciona el flujo magnético con la corriente:
Unidad: Henry (H) = 1 Wb/A
La fem autoinducida es: \(\mathcal{E} = -L\frac{dI}{dt}\)
¿Cuál es la autoinducción de un solenoide?
Para un solenoide de \(N\) vueltas, longitud \(\ell\), área \(A\):
donde \(n = N/\ell\) es el número de vueltas por unidad de longitud.
¿Qué es la inductancia mutua?
Relaciona el flujo a través de un circuito con la corriente en otro circuito cercano:
\(\phi_{m12}\): flujo en circuito 2 debido a corriente \(I_1\) en circuito 1.
\(M_{12} = M_{21}\) (reciprocidad)
¿Cómo se calcula la energía almacenada en un inductor?
La energía magnética almacenada en un inductor es:
Esta energía se almacena en el campo magnético creado por la corriente.
¿Cuál es la densidad de energía en un campo magnético?
La densidad de energía magnética es:
Análoga a la densidad de energía eléctrica: \(u_e = \frac{1}{2}\epsilon_0 E^2\)
¿Qué es un circuito RL y cómo se comporta?
Circuito con resistencia \(R\) e inductancia \(L\) en serie.
Constante de tiempo: \(\tau = L/R\)
Crecimiento de corriente: \(I = I_f(1 - e^{-t/\tau})\)
Decaimiento: \(I = I_0 e^{-t/\tau}\)
¿Cómo funciona un generador de corriente alterna?
Una bobina gira en un campo magnético, variando el flujo:
Fem inducida: \(\mathcal{E} = \omega NBA \sin\omega t\)
Convierte energía mecánica en eléctrica.
¿Cómo funciona un motor eléctrico?
Un motor convierte energía eléctrica en mecánica.
Una corriente en una bobina en un campo magnético experimenta un torque que la hace girar.
Genera una fuerza contraelectromotriz que se opone a la corriente aplicada.
¿Qué es el efecto Meissner en superconductores?
Cuando un superconductor se enfría por debajo de su temperatura crítica, expulsa completamente el campo magnético de su interior.
Corrientes superficiales inducidas crean un campo que cancela el campo aplicado.
Responsable de la levitación magnética.
¿Qué es la cuantización del flujo en superconductores?
En un anillo superconductor, el flujo magnético está cuantizado:
donde \(n = 1, 2, 3, \ldots\) y \(\phi_0 = \frac{h}{2e} \approx 2.07 \times 10^{-15}\) Wb es el fluxón.
¿Qué caracteriza al campo eléctrico inducido por un campo magnético variable?
Es un campo eléctrico no conservativo:
A diferencia de los campos electrostáticos, su circulación no es cero.
No está asociado a cargas eléctricas, sino a campos magnéticos variables.
¿Qué diferencia a los superconductores tipo I y tipo II?
Tipo I: Efecto Meissner completo hasta campo crítico \(B_c\). Metales puros.
Tipo II: Efecto Meissner parcial entre \(B_{c1}\) y \(B_{c2}\). Aleaciones.
Los tipo II tienen campos críticos más altos y son útiles para imanes superconductores.
¿Cómo funciona un transformador?
Dos bobinas acopladas por inductancia mutua.
Relación de voltajes: \(\frac{V_2}{V_1} = \frac{N_2}{N_1}\)
Relación de corrientes: \(\frac{I_2}{I_1} = \frac{N_1}{N_2}\) (para transformador ideal)
Basado en la inducción mutua y conservación de energía.
¿Cuáles son algunas aplicaciones prácticas de la inducción electromagnética?
- Generadores eléctricos
- Transformadores
- Motores eléctricos
- Frenado magnético
- Cocinas de inducción
- Dispositivos médicos (MRI)
- Cargadores inalámbricos
¿Cómo se relaciona la ley de Lenz con la conservación de energía?
La ley de Lenz garantiza que la inducción electromagnética cumple con la conservación de energía.
La oposición al cambio de flujo significa que se requiere trabajo externo para cambiar el flujo, evitando la creación espontánea de energía.
Sin esta oposición, se podrían crear corrientes infinitas sin aporte energético.
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