Engine
26 Mar, 2013
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PDFAnd generator
PRESENTATION: The generator that provides an alternating current (AC) is basically formed by a coil that rotates in a uniform magnetic field. A mechanical work is the responsible for this rotation movement. A receiver is the inverse device of a generator. It transforms electrical energy into non-electrical energy. If the latter is a mechanical energy then the device is called engine/motor.
- Motional Mechanisms of Homopolar Motors & Rollers, H. K. Wong, Phys. Teach. 47, 463 (2009)
- Levitated Homopolar Motor, H. K. Wong, Phys. Teach. 47, 124 (2009)
INTRODUCTION: The electrical engines and generators constitute the groups of instruments that are used to convert mechanical energy to electrical, or vice versa (motor/engine) following the electromagnetic principles.
OBJECTIVE: To show that the engines can also function as generators thanks to Lenz’s Law of Induction.
MATERIALS: 2 small engines of continuous current (‘conductor’ and “slave”), 2 square batteries, cable, and a bulb.
SETUP: We fix the 2 engines to a base plate interconnected by the axle, one of them connected to a power supply and the other to a bulb.
EXPLANATION: The components of a generator and of an electric engine are the same and therefore their functions may be exchanged. If we make the electric engine spin, the axle of another engine, the second becomes a generator. The decrease of potential energy by charge unit is the counter-electromotive force (c.emf) of the motor, while the increment of potential energy by charge unit is the electromotive force (emf) of the generator.
CONCEPTS: counter-electromotive force (c.emf), electromotive force (emf), Lenz’s law, eddy current.
MORE INFORMATION:
TEXTS:
- R. Serway, Física, Mac Graw Hill, 2010.
- P. Tipler, Física para la Ciencia y la tecnología, Reverté, 2012.
- R. Ehrlich, Turning the World Inside Out and 174 Other Simple Physics Demonstrations, Princeton University Press, 1997.
STUDENTS 2011-2012: Eloy Barcia, Jaime Castiñeira, Cristian Chapela, Marta Fernández
LINK pdf STUDENTS (In Spanish) :
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La ley de Lenz es la responsable, entre otros fenómenos, de las chispas que saltan al desenchufar un aparato, ya que el sistema tiende a mantener la corriente incluso aunque se abra el circuito, por lo que aparece una corriente inducida que circula brevemente por el aire, cerrando el circuito.
Entre las aplicaciones del electromagnetismo se encuentra la cocina de inducción: consiste en un imán en espiral situado debajo de una placa vitrocerámica. Este imán produce un campo magnético alterno, y al colocar un recipiente metálico sobre la cocina se inducen corrientes de Foucault en el propio recipiente, así como en el agua y/o alimentos que contiene. El calor liberado por estas corrientes es el que se emplea para cocinar los alimentos.
Resúltame moi interesante esta experiencia xa que permite que o alumnado se familiarice cun dos inventos que máis transformou a vida dos humanos no século XIX, o motor eléctrico, e que segue a ser unha peza imprescindible en case toda actividade humana. A nosa vida pode ser tal e como a coñecemos grazas, en parte, a estas máquinas polo que resulta moi interesante o seu estudo nun aula de secundaria. Nesta experiencia obsérvase como ambos dispositivos (motor e xerador) realizan o mesmo traballo pero á inversa. O motor transforma enerxía eléctrica en enerxía mecánica, o xerador (peza fundamental nas centrais eléctricas) transforma a enerxía mecánica en enerxía eléctrica. Atopei neste enlace unha serie de actividades que poden ser moi interesantes para realizar a partir da práctica. Poderíase propoñer que as estudantes traballen sobre estes exercicios para aumentar o seu coñecemento sobre o funcionamento destes dispositivos.
Uno de las primeras demostraciones científicas que vi en el instituto, y todavía a día de hoy recuerdo la experiencia, y el principio en el que se basa, rememorando la bobina de cobre girando sin parar. La inversión del proceso del motor, creando energía eléctrica a partir de la energía cinética es una fantástica forma de ilustrar la generación de energía de las centrales eléctricas hidráulicas, eólicas o maremotrices, en las que la fuerza de los diversos elementos naturales es aprovechada para la generación de electricidad para ciudades o territorios.
La experiencia ilustrada en los vídeos es muy útil para mostrar la dualidad motor-generador de las máquinas rotativas eléctricas. Esta dualidad se puede mostrar también de forma más sencilla, con solo un motor/generador de corriente continua, tal como se indica en este otro vídeo del canal de Youtube “Cienciabit: Ciencia y Tecnología”. Así, el alumnado podrá observar como al conectar la máquina rotativa a una pila, el eje gira (funcionamiento como motor), mientras que si se conectan los bornes a un multímetro y se gira el eje con la mano, se creará una diferencia de potencial (funcionamiento como generador). Además, podrán comprobar como al cambiar la polaridad (sentido de conexión de la pila) cambia el sentido de giro del motor en el primer caso; y viceversa, al cambiar el sentido de giro del eje cuando funciona como dinamo (generador) se modifica la polaridad del campo eléctrico.
Además de toda la teoría que envuelve al concepto de generador sería interesante aprovechar el montaje que se ve en el primer vídeo (para trabajar en clase es quizá mejor esa escala más pequeña) para tomar medidas de intensidad y tensión en cada uno de los extremos y calcular la pérdidas que se producen por el camino y que los alumnos no solo las identifiquen sino que propongan medidas para minimizar las mismas.