lunes, 19 de noviembre de 2012

30.1 Fuerza y momento de torsion en una espira


Un conductor por el que circula corriente suspendiendo en un campo magnético experimentara una fuerza magnética dada por

                              F = BILsenØ = BIL

Donde “I,” se refiere a la corriente perpendicular al campo B y L es la longitud del conductor. La dirección de la fuerza se determina por medio de la regla del tornillo de rosca derecha.
Ahora examinaremos las fuerzas que actúan sobre una espira rectangular por la que fluye una corriente y que se encuentra suspendida en un campo magnetico. La longitud de los lados son a y b, y la corriente I circula por la espira, los lados mn y op de la espira tienen una longitud a perpendicular a la inducción magnetica B. Por tanto, sobre los lados actúan fuerzas de igual magnitud y de sentido opuesto.

                              F = BIa

La fuerza se dirige hacia arriba para el segmento mn y hacia abajo para el segmento op.
Con un razonamiento similar se demuestra que en los otros dos lados también actúan fuerzas iguales y opuestas, las cuales tienen una magnitud de,

                                             F = BIb sen cx

Donde cx es el ángulo que los lados np y mo forman con el campo magnetico.
Es evidente que la carga se encuentra en equilibrio de translación, puesto que la fuerza resultante sobre ella tiene un valor de cero. Sin embargo, las fuerzas no concurrentes sobre los lados de longitud a producen un momento de torsión que tiende a hacer girar la bobina en el sentido de las manecillas del reloj, cada fuerza produce un momento de torsión igual a

                                             F = BIa b/2 cos cx

En virtud de que el momento de torsión es igau al doble de este valor, el momento de torsión resultante puede determinarse a partie de
                                            T = BI(a * b) cos cx

Puesto que a * b es el area A de la espira, la ecuación puede escribirse como

                                            T = BIA cos cx

Observe que el momento de torsión es máximo cuando cx = 0 grados, esto es, cuando el plano de la espira es paralelo al campo magnetico. Cuando la bobina gira alrededor de su eje, el angulo cx crece, con lo que se reduce el efecto rotacional de las fuerzas magneticas. Cuando el plano de la espira es perpendicular al campo, el angulo cx = 90 grados y el momento de torsión resultante es cero; sin embargo, la dirección de las fuerzas magneticas asegurara su oscilación hasta que alcance el equilibrio con el plano de la espira perpendicular al campo. Si la espira se remplaza con una bobina desvanada en forma en forma muy compacta, con N  espiras de alambre, la ecuación general para calcular el momento de torsión resultante es

                                            T = NIBA cos cx

Esta ecuación se aplica a cualquier circuito completo de area A, y su uso se relación.



Ejemplo 1
Una bobina rectangular formada por 100 espirar de alambre tiene una ancho de 16 cm y una longitud de 20 cm. La bobina esta montada en un campo magnetico  uniforme de densidad de flojo de 8 mT, y una corriente de 20 A circula por el devanado. Cuando la bobina forma un angulo de 30 grados con el campo magnetico, cual es el momento de tensión que tiende a hacer girar la bobina?
Sustituyendo en la ecuación

T = NBIA cos cx
   = (100 espiras)(8x10-3T)(0.16m x 0.20m)(cos 30grados)
   = 0.443 N.m 
   

   

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