El generador electromagnético

Artículos teóricos

Existen generadores de corriente de diferentes tipos, y la primera división que podemos hacer de ellos es si son de corriente alterna o de corriente continua. Estos últimos, los de corriente continua, generalmente están basados en fundamentos químicos y/o en la acción de la luz o del calor. Se trata de generadores que proporcionan una tensión constante en sus bornes gracias a la creación de una f.e.m. en su interior generada por una reacción química. Ejemplo de esto son las conocidas pilas en sus diferentes tipos. Sin embargo, en este artículo no vamos a hablar de estos generadores, sino de los mencionados en primer lugar, los de corriente alterna.

Llamados también "alternadores", estos generadores basan su funcionamiento en la inducción electromagnética. Como ya hemos visto en artículos anteriores, cuando un conductor o un solenoide atraviesa las lineas de flujo magnético de un imán se produce en él una corriente inducida. En este artículo vamos a profundizar en este fenómeno, y vamos a hablar sobre el tipo de corriente que es capaz de suministrar un generador elemental de esta clase y algunos pormenores mas sobre ello. ¿Te apuntas?.

EL GENERADOR DE CORRIENTE ALTERNA ELEMENTAL
Ya hemos dicho que el tipo de corriente suministrada por este generador es alterna, es decir, que varía de sentido con las variaciones del campo magnético atravesado. Este generador se compone de un imán en cuyo seno gira un solenoide o bobina. La forma constructiva del conjunto puede variar enormemente pués ya sabemos que tanto si es el imán el que se mueve como si es la bobina, se producirá la generación de energía eléctrica. Nosotros vamos a desarrollar este artículo considerando que es la bobina la que se mueve, siendo esto lo más habitual.

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Supongamos para empezar que la bobina de nuestro generador consta únicamente de una espira. Para que puedas entender mejor el modo en que se generan las corrientes inducidas en ella hemos representado una mitad de color azul y la otra mitad de color rojo aunque en realidad esto lo hacemos solo a efectos didácticos. De esta manera llegaremos a comprender con facilidad como se generan las corrientes en lo que en realidad será una bobina en toda regla compuesta de muchas espiras las cuales suman sus efectos. Fíjate como la espira está inmersa en el flujo magnético de un imán, entre sus polos norte y sur. Esas son las llamadas "piezas polares". La espira recibe el nombre de "armadura" y está soldada a unos terminales cilíndricos llamados "colectores" los cuales giran al mismo tiempo que ella.

En íntimo contacto con los colectores, pero sin que giren con ellos, existen unas piezas, generalmente de carbón o un material similar buen conductor, que son las encargadas de recoger la corriente inducida en la espira y llevarla al exterior. Estas piezas se llaman "escobillas" las cuales se conectarán a los cables necesarios para obtener la salida de corriente del generador. Echa un vistazo a la ilustración adjunta para hacerte una idea exacta de lo que hemos descrito.

Antes de seguir adelante vamos a explicar la manera exacta en que se genera la corriente en un conductor que se mueve dentro de un campo magnético. Para ello acudiremos a la llamada "regla de la mano derecha para generadores" la cual dice lo siguiente:

"Si extendemos los dedos pulgar, índice y medio de la mano derecha y los colocamos entre ellos en ángulo recto y perpendiculares entre si (véase la ilustración) tendremos que si el dedo índice señala la dirección del flujo magnético de norte a sur y el pulgar la dirección del movimiento del conductor, el dedo medio nos señalará el sentido de la corriente eléctrica inducida en dicho conductor"

Para entender bién el enunciado fíjate bién en la ilustración que adjuntamos de una mano en la posición descrita en el párrafo anterior. Ahora vamos a aplicar la regla de la mano derecha a un conductor que se mueve dentro de un campo magnético. Mira el siguiente dibujo del cable que se mueve hacia arriba dentro del flujo de los polos de un imán (piezas polares).

Observa como la polaridad de la f.e.m. inducida en dicho cable se corresponde exactamente con la regla de la mano derecha descrita... Fácil ¿no?. Pués ahora aplicaremos esto a la espira que gira entre las piezas polares del imán que hemos mencionado al principio de este tema. Pero vayamos paso a paso.

En primer lugar, y para hacer las cosas bién, vamos a conectar un galvanómetro a las escobillas de nuestro generador. Este instrumento nos va a permitir medir el sentido y la magnitud de la f.e.m. inducida. Además vamos a poder registrar estos parámetros e incluso obtener un gráfico de ellos en el tiempo.

Ahora presentaremos cinco ilustraciones de otros tantos momentos del giro de la espira, numerados del cero (0) al cuatro (4). Supongamos que partimos de la posición "0" según las ilustraciones que siguen. Nuestra espira en estos momentos está en reposo, aún no se mueve, y por lo tanto la corriente inducida es nula al no estar cortando ninguna linea de flujo.

Recordemos, según lo estudiado en artículos anteriores, que para que se genere una fuerza electromotriz es necesario que exista un movimiento relativo entre el conductor y el flujo magnético. Lo mismo da que el que se mueva sea el conductor en relación al campo magnético o que sea el campo magnético el que se mueva con relación al conductor. En nuestro caso será el conductor el que se mueva y el campo magnético el que permanece inmóvil.

En la ilustración numero "1" vemos como hemos hecho que nuestra espira gire en el sentido de las agujas del reloj con lo que se ha generado una f.e.m. en ella. Observa con atención como la parte azul de la espira corta el flujo magnético hacia abajo y la parte roja corta el flujo magnético hacia arriba. Aplica la regla de la mano derecha a una y a otra parte de la espira y verás como las corrientes inducidas en ellas se suman, creándose una f.e.m. del sentido indicado por las flechas rojas. El instrumento conectado a las escobillas nos indica el paso de una corriente de izquierda a derecha, la cual alcanza su máximo valor justo cuando la espira pasa por la posición "1" que es cuando corta el mayor numero de lineas de flujo magnético. ¿Lo ves claro?. Continuemos observando que ocurre cuando la espira sigue girando.

Llegamos a la posición representada en la figura numero "2". En esta posición tenemos la parte azul de la espira justo debajo y la parte roja se ha posicionado arriba. Es justo la posición contraria a la de la figura "0". Al pasar por esta posición no se genera ninguna f.e.m. ya que la espira no corta ninguna linea de flujo. Se puede decir que el movimiento de la espira al pasar por esta posición es paralelo a las lineas del flujo magnético por lo que no corta ninguna de ellas y la f.e.m. inducida vuelve a ser nula, tal y como pasaba en la posición "0". Recuerda que, según lo que llevamos estudiado, si el conductor no corta las lineas de flujo no se inducen corrientes en él, aunque permanezca dentro del campo magnético del imán.

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La espira, cuando llega a la posición "2", ha dado justo media vuelta. Si suponemos que su velocidad es constante deducimos fácilmente que el tiempo transcurrido desde la posición "0" a la posición "1" ha sido exactamente el mismo que el que ha tardado desde la posición "1" a la posición "2". Dibujemos un pequeño gráfico en el que vamos a representar en el eje horizontal el tiempo transcurrido en el giro y en el vertical la f.e.m. inducida en la espira. Fíjate bién en los detalles.

El gráfico es lo suficientemente explícito. Observa que la posición "0" es la posición de partida en la que la espira aún no ha empezado a girar ni se ha creado ninguna f.e.m. inducida en ella. Cuando la espira comienza su giro la f.e.m. irá aumentando progresivamente a medida que se acerca a la posición "1", momento este en el que se generará la máxima corriente inducida que será indicada por el instrumento conectado a ella. Desde la posición "1" a la posición "2" la espira comenzará a cortar paulatinamente menos lineas de fuerza ya que su movimiento pasará de ser completamente vertical al pasar por la posición "1" a completamente horizontal, y por lo tanto paralelo al flujo magnetico, cuando pase por la posición "2". El resultado de esto es que la f.e.m. decrecerá paulatinamente hasta llegar a tener de nuevo un valor nulo en la posición "2".

Pero nuestra espira continua girando y entonces desde la posición "2" llega a la posición "3". Observa que esta posición es justo la inversa de la numero "1". Ahora es importantísimo que te fijes en el siguiente detalle: en esta ocasión la parte azul de la espira tiene un movimiento ascendente mientras que la zona roja se mueve hacia abajo, justo al contrario de lo que ocurría cuando pasó por la posición "1". Si aplicamos ahora la "regla de la mano derecha para generadores" nos daremos cuenta que el sentido de la f.e.m. inducida ha cambiado. La corriente generada circula ahora por el instrumento indicador de derecha a izquierda y otra vez alcanza su máximo valor cuando la espira corta mas lineas de flujo, es decir, justo cuando pasa por la posición "3", solo que ahora tiene sentido contrario y la aguja del instrumento refleja este cambio. Lo que ha tenido lugar desde la posición "2" en adelante ha sido un cambio en la polaridad de la f.e.m. inducida en la espira. Tenemos ahora claro que la corriente que va a suministrar nuestro generador electromagnético elemental será alterna ya que periódicamente cambiará de sentido, o lo que es lo mismo, cambiará su polaridad.

Por fin nuestra espira llega a la posición "4", idéntica a la posición "0", en la que ha completado una vuelta entera. De nuevo estamos ante una inducción nula en la que la f.e.m. es cero al pasar por esta posición. Justo al llegar a la posición "4" se ha consumado un ciclo ya que la espira de nuestro generador elemental ha dado un giro completo de 360 grados, o lo que es lo mismo una revolución completa. Vamos a ver el ciclo entero de forma gráfica ya que esto nos servirá de mucha ayuda para entender otros conceptos y será nuestro trampolín para estudiar temas más avanzados.

Observa atentamente que la gráfica correspondiente a las posiciones "3" y a la "4" es idéntica a la que dibujan las posiciones "1" y "2" con la diferencia que ahora los valores son negativos y están invertidos con respecto a los primeros al haber cambiado su polaridad la f.e.m. inducida en la espira. Fíjate como la curva que representa una corriente alterna adquiere una forma característica. Se le llama "onda senoidal", "senoide" o también "sinusoide" (puedes llamarla como te resulte mas fácil).

La magnitud de la senoide producida por un generador de corriente alterna depende de la potencia del imán, el numero de espiras de la armadura y la velocidad a que gire. Este es el tipo de corriente que llega a nuestros hogares con una tensión de 220 voltios. A ella conectamos nuestros equipos eléctricos y electrónicos y las bombillas que nos iluminan. Hablando de las bombillas... ¿No te parece que deberían de producir luz intermitente?. Efectivamente, cuando el generador pasa por las posiciones "0", "2" y "4" las lamparas conectadas deberían apagarse ya que en ese instante la tensión es nula. Sin embargo no las vemos parpadear, aparentemente su luz es continua a pesar de estar alimentadas con corriente alterna. Esto es así por varios motivos; El primero es que el filamento de una bombilla no se apaga de forma inmediata al desconectarse la corriente eléctrica, sino que tiene una inercia que lo mantiene iluminado unos instantes. Además, el ojo humano también tiene una determinada "inercia", es decir, que aunque de forma instantanea desaparezca la fuente de luz que lo impresiona en nuestra retina permanecerá durante unos instantes la imagen que ha producido (en este principio se basa el cine y la televisión).

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En Europa la frecuencia de la corriente alterna es inferior que en EE.UU. ¿Que aún no te he dicho lo que es la frecuencia?... ¡¡Tienes razón!!.

SE LLAMA FRECUENCIA AL NUMERO DE CICLOS QUE TIENE UNA CORRIENTE ALTERNA EN CADA UNIDAD DE TIEMPO

Al igual que en muchos otros casos, la unidad de tiempo que se utiliza para este menester es el segundo. Como íbamos diciendo, en Europa la frecuencia utilizada por las compañías eléctricas suele ser de cincuenta ciclos por segundo. A esta unidad también se le conoce como "hercio". Decir que la frecuencia de una corriente alterna es de 50 hercios es lo mismo que decir que es de 50 ciclos por segundo. Por cierto, en EE.UU. la frecuencia utilizada es de 60 hercios.

Entendemos perfectamente ahora que para una corriente alterna de 50 hercios el generador ha de dar 50 vueltas completas en un segundo, es decir, irá a una velocidad de 50 revoluciones por segundo. Si queremos representar esto gráficamente tendremos que dibujar 50 veces seguidas el gráfico anterior en el que representamos 1 ciclo completo. En el gráfico de arriba se han representado 25 de los 50 ciclos de una corriente alterna de 50 hercios (no me quedaba mas espacio para los otros 25 ciclos. En vez de un segundo completo solo pongo la mitad del tiempo).

En Europa, esto significa que en un segundo la f.e.m. pasará 100 veces por un valor nulo de cero voltios, con lo cual, la bombilla que conectemos se apagará y se encenderá cien veces en cada segundo aunque como ya hemos dicho, este parpadeo no lo podemos apreciar. En el próximo artículo más información.

 
C O M E N T A R I O S   
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RE: El generador electromagnético

#1 Antonio » 28-01-2011 22:09

Excelentemente explicado. Ciertamente, desde mi punto de vista, la gente que formáis el equipo de "radioelectronica" sois muy buenos docentes.
Recuerdo que cuando estudié electrónica básica me costó la propia vida entender el funcionamiento de un alternador. Con este artículo no solo he refrescado conocimientos, sino que además he captado algunos detalles que entonces no había logrado entender.
Mi mas sincera enhorabuena por la web. Continuad así, por favor, y no cambiéis nunca. Os necesitamos.
Un saludo desde Valladolid.

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Error...?

#2 Fernando » 17-02-2011 19:52

Hola, si no me equivoco el dibujo 3 esta mal. Motivo? Si aplicas la mano derecha te tiene que dar lo mismo que el dibujo 2... aparte las flechas "se chocan" en los anillos!!

Aplicando la regla de la mano derecha al dibujo 3: El indice apunta a la izquierda, el pulgar hacia abajo porque el conductor se mueve hacia abajo y la corriente es entrante hacia la pagina. Espero no haberme equivocado. Saludos!

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Tienes toda la razón Fernando

#3 Departamento Tecnico » 17-02-2011 20:24

Efectivamente amigo Fernando "tienes más razón que un santo".

Existía un error en las flechas del interior de la espira del generador en el dibujo número 3, las cuales estaban al revés de como deberían estar. Pedimos sinceras disculpas por ello y sentimos de veras las molestias que esto haya podido causar a nuestros lectores.

Nos alegra mucho tener a gente como tú por aquí, Fernando. Muchísimas gracias por tu observación. Si observaras alguna otra anomalía te estaríamos muy agradecidos si nos la haces saber.

Cambiamos de forma inmediata dicho dibujo numero 3 por el correcto. Un cordial saludo.

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De nada

#4 Fernando » 17-02-2011 21:31

No hay problema! cuando ingrese a este sitio despues de encontrar muy poco sobre el tema, finalmente entendi como obtener la fem inducida. Me di cuenta del error cuando no habia forma de aplicar la regla de la mano derecha y que las flechas se chocaban. Hace un mes rendi el final de Fisica 2, que por culpa de un ejercicio como este desaprobe... Hoy estoy a 4 dias de rendir nuevamente. Si les interesa, pongo a disposicion el ejercicio. Saludos!

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Nos interesa tu colaboración Fernando

#5 Departamento Tecnico » 17-02-2011 22:59

Muchas gracias por tu ofrecimiento, Fernando. Si alguna persona estuviera interesada puede pedirlo y podrás compartir con él el ejercicio.

Por nuestra parte solo desearte mucha suerte de cara al nuevo examen, el cual estamos seguros que vas a superar sin ningún problema después de comprobar tu nivel de observación, lo cual podemos decirte que ya es mucho.

Gracias de nuevo y un cordial saludo.

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uno para mi casa

#6 manuel jf » 30-03-2011 23:44

buenas noches.
antes de nada,felicidades por la web.
sabeis de algun sitio donde se pudiera adquirir las piezas necesarias para fabricar un generador electro magnetico,o una empresa que ya lo comercialize para aplicarlo en mi casa.
gracias.

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un exito!!

#7 leti » 28-08-2012 21:20

muy buena la explicación!!! me ayudo mucho..gracias

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generadores electromagneticos

#8 omar » 25-02-2013 19:22

:lol: que buena pagina para investigar

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corrección error

#9 felipe » 20-08-2013 21:23

En realidad esta mal el sentido de las corrientes en todas las figuras (ley de Lorentz aplicada a cables portadores de corriente), ademas las espiras y el galvanómetro hacen parte de una misma malla por lo tanto solo hay una corriente que los atraviesa, así que si se cambia el sentido de la corriente que pasa por las espiras habrá que cambiar también el sentido del resto de corrientes (ley de mallas de Kirchhoff).
Saludos!

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¿Error?. Felipe... ¡no tienes ni idea!

#10 Jorge Gonzalez » 21-08-2013 00:10

Lo que parece estar mal es tu vista y tus ideas Felipe.
La ley de Lorentz está perfectamente explicada mediante la regla de la mano derecha, y desde mi punto de vista se cumple en el ejemplo que se cita a la perfección y sin errores.
La ley de mallas de Kirchhoff no la aplicas correctamente en tu comentario porque:
1. Se trata de una red muy simple (sin 1 solo nodo, de 1 sola malla y con solo 1 d.d.p.), cuyos cambios de corriente están perfectamente representados con flechas y por el sentido del desplazamiento de la aguja del galvanómetro en cada momento. Hablas del "resto de las corrientes" cuando solo existe "una única corriente" perfectamente representada en cada punto del circuito.
2. y más importante. La ley de mallas de Kirchhoff dice: "La suma algebráica de las d.d.p. en los extremos de los diferentes elementos de una malla es cero"... ¡y tu la aplicas a las corrientes!... ¡Verdaderamente, lo que uno puede llegar a leer en Internet de determinadas personas es increible!.
Un saludo, Felipe, y aplícate un poco más en física.

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¡Una perfecta y maravillosa explicación! Gracias.

#11 Manolin » 22-08-2013 01:54

¡Vaya! Por fín encuentro una buena explicación del funcionamiento del generador de alterna, y con todos los detalles. ¡Cuanto la había buscado!. Muchas gracias.

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Claridad cristalina y exactitud... Gracias.

#12 Pepeillo » 24-08-2013 13:19

La verdad, me ha sorprendido la claridad cristalina con que se explica en este artículo el funcionamiento del generador electromagnético. Creo que es un magnífico artículo para que lo lean y relean aquellos estudiantes que tengan entre manos esta asignatura. Estoy seguro que les quedará infinitamente claro el asunto.

Muchas gracias a Radioelectronica.es por su esfuerzo.

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¡Enhorabuena por este artículo... y por la WEB!

#13 Maki » 25-08-2013 14:54

Muchas gracias por publicar artículos como este, con la calidad y rigor que os caracteriza. Mi hijo andaba loco buscando por la red la información sobre el generador de corriente alterna y ha acabado encontrándola aquí. Está estudiando física. Ambos os estamos muy agradecidos.

Por favor, usa el sistema de comentarios solo para añadir aclaraciones, ilustraciones, notas o interpretaciones del tema tratado en el artículo. Si deseas hacer una consulta, preguntar algo o solicitar ayuda, te rogamos encarecidamente que uses nuestro foro, sitio mas adecuado para ello y donde estamos seguros que recibirás cumplida respuesta a aquello que plantees. Queremos darte las gracias por tu comprensión.

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