Funcionamiento de un generador de imanes permanentes

Funcionamiento de un generador de imanes permanentes aplicando la expresión de Lorentz
Introducción: fórmula de Lorentz Un generador de imanes permanentes consta de un conjunto de imanes que “se mueven” frente a unas bobinas “fijas”. Aunque la ley de Faraday es la que con más frecuencia se aplica al fenómeno de inducción eléctrica, la fórmula de Lorentz es de más fácil aplicación y da unaexplicación más sencilla de este mismo fenómeno de inducción. La ley de Faraday considera la espira, en la que se induce la fuerza electromotriz, en todo su conjunto y su expresión matemática se aplica a la superficie de la espira, mientras que la fórmula de Lorentz se aplica a los conductores que forman la espira. Previamente a la aplicación de la fórmula de Lorentz a una espira, explicaremos lafórmula de Lorentz para un segmento conductor que se mueve en un campo magnético estático. A S S S S B v

+
S S S S S S

_

En el dibujo anterior se considera que el segmento AB se mueve hacia la derecha, por encima de un imán cuyo polo norte es la cara posterior de la hoja, y el polo sur está en la propia hoja. El campo magnético es pues perpendicular a la hoja de papel y dirigido hacia dentro.En este caso sencillo, la expresión de Lorentz es:

ε = vBL
donde L es la longitud del segmento AB. El polo positivo de la ε es el extremo A del segmento y el polo negativo es el extremo B. En un generador de imanes permanentes, no es el conductor el que se mueve en el campo magnético sino al contrario, los conductores que forman las espiras permanecen quietos y son los imanes los que se mueven.En este caso, el anterior dibujo se puede redibujar en la forma:

A N N N N B

+
N N N N N N v

_

En este dibujo, el imán se mueve hacia la derecha, y el segmento está en reposo. Esta situación es equivalente, por movimiento relativo, a que el imán se encuentre en reposo y el conductor se mueva hacia la izquierda. Es por ello que para mantener la polaridad de la f.e.m. inducida en elsegmento conductor, el polo Norte del imán está en la cara superior de la hoja de papel y el campo magnético sale del papel. Si el polo Sur del imán está en la cara superior de la hoja de papel, y el imán se mueve hacia la derecha, la tensión generada en el segmento AB es la representada en la figura siguiente.

A S S S S B

_
S S S S S S v

+

Fem inducida en una espira cuadrada generadapor imanes móviles Consideraremos a continuación que un imán se mueve hacia al derecha y pasa enfrente (y por debajo) de una espira cuadrada abierta, que consideramos formada por tres segmentos, dos verticales y el otro horizontal, conectados entre si, y el cuarto segmento, que cerraría la espira, esta partido en su mitad y abierto. Por simplicidad en la explicación, la superficie del imán esligeramente inferior a la de la espira (considerada cerrada), y la anchura del imán es igual a la de la espira. Cuando el imán pase enfrente de los segmentos verticales AB y CD inducirá f.e.m. en ellos cuya polaridad estará de acuerdo con lo presentado anteriormente.

A

D

N

v
B C

1.- Primera posición: el imán esta pasando enfrente del primer lado de la espira (lado AB). La polaridadserá A = polo positivo B = polo negativo. En el lado CD aun no se induce tensión. La polaridad total de la espira será la que se muestra en la figura

+A + N B

+

D

v
C

2.- Segunda posición: el imán esta pasando enfrente del segundo lado de la espira (lado CD). La polaridad será D = polo positivo C = polo negativo. En el lado AB ya no se induce tensión. La polaridad total de la espiraserá la que se muestra en la figura

+
D

A

+ v

N
B C

-

Si el polo del imán que esta pasando enfrente de la espira es S en vez de N, las polaridades de la espira son las inversas de las explicadas en los dos casos anteriores.

A continuación consideraremos dos imanes cuyos polos son opuestos, y que pasan enfrente de la espira. Cuando esta pasando el primer imán enfrente del...