Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
Tema 4: Electromagnetisme i corrent altern - Coggle Diagram
Tema 4: Electromagnetisme i corrent altern
Un imant té la propietat d'atreure i subjectar el ferro i, a petita escala, el níquel, el cobalt i alguns aliatges.
L'estudi dels efectes magnètics produïts pel corrent elèctric s'anomena electromagnetisme.
1.3. Camp magnètic creat per un corrent elèctric
La inducció a cada punt del camp magnètic creat per un corrent elèctric és directament proporcional a la intensitat del corrent, inversament proporcional a la distància del punt al corrent, i depèn del medi en què es desenvolupa el camp.
A. Camp magnètic creat en un conductor rectilini
Tal com va observar Oersted, quan per un conductor rectilini hi circula un corrent elèctric crea un camp magnètic que desvia la brúixola, i la col·loca perpendicular al conductor.
B. Camp magnètic creat en un conductor circular o espira
Es comporta com un imant summament pla, que rep el nom de full magnètic, de manera que una de les seves cares és el pol nord i l'altra, el pol sud. Per determinar el sentit del camp podem aplicar la regla de Maxwell, «
C. Camp magnètic creat en un solenoide o bobina. Permeabilitat magnètica
Un conductor enrotllat en forma d'hèlix constitueix un solenoide. Un solenoide o bobina s'utilitza per produir camps magnètics intensos i relativament uniformes en una petita regió de l'espai.
El sentit del camp s'obté aplicant la regla de Maxwell.
La permeabilitat magnètica del medi μ és un valor que depèn de la facilitat que té el medi per concentrar o dispersar les línies de força.
1.4. Intensitat o excitació del camp magnètic (H)
La
intensitat magnètica (H)
representa el camp magnètic que depèn exclusivament de la bobina i és la relació entre la inducció magnètica i la permeabilitat.
1.5. Circuits magnètics
El
circuit magnètic
és l'espai ocupat per les línies d'inducció en la seva trajectòria.
1.2. Camp magnètic
A. Camp magnètic d'un imant
S'esquematitza amb una representació gràfica formada per línies imaginàries, anomenades línies de força, en la direcció de les quals s'exerceixen les forces del camp.
B. Inducció i flux magnètics
La inducció magnètica B és una magnitud vectorial que equival a la força puntual que el camp exerceix sobre la unitat de massa magnètica en aquell punt, i és proporcional al nombre de línies de força per unitat de superfície.
2. Inducció electromagnètica. FEM induïda. Autoinducció
El gran desenvolupament i les aplicacions pràctiques de l'electricitat arrenquen precisament de les experiències fetes per Michael Faraday i Josep Henry, que els van permetre descobrir la inducció electromagnètica; sens dubte, un dels descobriments més importants del segle xix.
2.1. FEM induïda
A. Valor i sentit de la FEM
De les experiències anteriors podem deduir el valor de la FEM induïda i el seu sentit. El valor de la FEM creada en un conductor que es mou dins d'un camp magnètic és directament proporcional a la inducció B, a la seva longitud l i a la velocitat v amb què talla les línies de força.
B. FEM induïda en una espira tancada
El sentit del corrent induït és tal que s'oposa a la causa que el produeix.El flux creat per un corrent induït té un sentit que s'oposa a la variació del flux que el crea.
C. FEM engendrada en una espira que gira dins d'un camp magnètic
La variació del flux magnètic en l'espira es produeix perquè varia la superfície que presenta l'espira al camp, és a dir, perquè el vector S canvia d'orientació. El flux que travessa l'espira quan es troba perpendicular al camp és màxim Φmàx:
2.2. Autoinducció
Són importants en els circuits formats per bobines, sobretot si tenim moltes espires, ja que la variació del flux a cada espira queda molt reforçada per l'acció de les espires del seu costat. El sentit de la FEM autoinduïda, segons la llei de Lenz, és contrari a la causa que el produeix; per tant, s'oposa a les variacions del corrent en el circuit.
3. Acció d'un camp magnètic sobre un conductor recorregut per un corrent elèctric
Si situem els dits de la mà esquerra tal com mostra la figura 4.27, de manera que el dit índex assenyali el sentit del camp magnètic i el del mig assenyali el sentit del corrent, llavors el dit polze assenyala el sentit de la força que provoca el desplaçament.
4. El corrent altern. Valors fonamentals
Un corrent altern és un corrent variable en què les principals magnituds que el defineixen (la FEM, la tensió i la intensitat del corrent) canvien de valor i de sentit periòdicament. Es pot representar en un diagrama de coordenades cartesianes en què les ordenades assenyalen els valors que pren la magnitud a cada instant.
Període (T)
Freqüència (f)
Valor instantani (v, i)
Valor màxim (Vmàx, Imàx)
Valor eficaç (V, I)
Valor mitjà (Vmitjà, Imitjana) és la mitjana algebraica dels valors instantanis d'un semiperíode (el valor mitjà d'un període complet val zero). Si el corrent és sinusoidal, el valor mitjà val:
4.1. Representació gràfica d'un senyal altern sinusoidal
Coordenades cartesianes
. Ens ofereixen una representació molt clara, però la seva construcció és dificultosa, especialment si hem d'operar amb dos senyals
Vectorialment.
També s'anomena representació per fasors o de Fresnel. Consisteix a suposar el senyal altern com un vector de mòdul Vmàx, que gira al voltant d'un punt fix amb una velocitat angular constant en sentit antihorari.
5. Els elements passius lineals en CA: R, L, C
Resistències, R, que dissipen l'energia elèctrica en forma d'energia calorífica.
Inductàncies o bobines, L, que emmagatzemen l'energia elèctrica en forma de camp magnètic.
Capacitàncies o condensadors, C, que emmagatzemen l'energia elèctrica en forma de camp elèctric.
A. Impedància (Z)
B. Circuit amb resistència òhmica pura
C. Circuit amb inductància pura
D. Circuit amb capacitància pura
5.1. Potència desenvolupada en CA
A. Potència activa
La potència activa (P) és la potència real desenvolupada per un receptor en un circuit. La seva unitat és el watt (W).
B. Potència reactiva
La potència que desenvolupa un receptor inductiu o capacitatiu es considera una potència fictícia que s'anomena potència reactiva (Q), de valor:
C. Potència aparent
La potència aparent (S) és la suma vectorial de la potència activa i la reactiva expressada en voltamperes (VA).
6. Circuits de corrent altern: RL, RC i RLC
Els circuits de CA són formats per diferents tipus de receptors connectats en sèrie i/o en paral·lel. El càlcul de circuits de CA amb valors instantanis és complicat i entretingut, per la qual cosa s'acostuma a simplificar utilitzant els valors eficaços.
6.1. Circuit en sèrie RL
És un circuit òhmic inductiu, format per una resistència R en sèrie, amb una inductància de coeficient d'autoinducció L. El corrent que hi circula està endarrerit respecte de la tensió aplicada un angle φ, comprès entre 0 > φ > −90°.
6.2. Circuit en sèrie RC
És un circuit òhmic capacitatiu, format per una resistència R en sèrie amb un condensador de capacitat C. El corrent que hi circula està avançat respecte de la tensió aplicada un angle φ, comprès entre 0° < φ < 90°.
6.3. Circuit en sèrie RLC
És el format per una resistència, una inductància i una capacitat en sèrie. El desfasament de la intensitat respecte de la tensió aplicada dependrà dels valors XL i XC, de manera que si:
XL > XC, el circuit tindrà caràcter òhmic inductiu.
XL < XC, el circuit tindrà caràcter òhmic capacitatiu.
XL = XC, el circuit es comporta com un circuit òhmic pur.
6.4. Circuit paral·lel RLC
Si apliquem una tensió alterna a un circuit format per una resistència, una inductància i una capacitància, connectades en paral·lel, hi circula un corrent per cadascuna.
, en fase amb la tensió aplicada.
, endarrerida 90° respecte de la tensió.
, avançada 90° respecte de la tensió.
7. Corrent altern trifàsic: connexions en estrella i triangle. Connexió de receptors
Un corrent altern trifàsic és format per tres corrents alterns monofàsics interconnectats, del mateix valor eficaç, de la mateixa freqüència i desfasats 120° entre ells. Rep el nom de fase del sistema cadascun dels corrents monofàsics que el formen. Cada fase alimenta un conductor del sistema, i per diferenciar-los s'anomenen L1, L2 i L3 o també R, S i T.
7.1. Connexió en estrella
Consisteix a unir els tres finals dels bobinatges, U V W, formant un punt comú, anomenat punt neutre N (també s'identifica amb un zero, 0), i deixant lliures els tres principis X Y Z
7.2. Connexió en triangle
Consisteix a unir el principi d'una fase amb el final de la següent, i així successivament fins a arribar a un sistema tancat. En aquesta connexió la línia només disposa de tres conductors, un per a cada fase del sistema, i sempre es compleix que:
7.3. La càrrega en un sistema trifàsic
És formada per tres impedànciesconnectades en estrella o en triangle.
7.4. La potència en un sistema trifàsic
La potència activa d'un sistema trifàsic és igual que la suma aritmètica de les potències actives desenvolupades en cada fase.
La potència reactiva és igual que la suma aritmètica de les potències reactives de cada fase. (Recorda que les inductives són positives i les capacitatives, negatives.)
La potència aparent total és la suma algebraica de les potències de cada fase
