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• Paola Toribio Romero

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FISICA II Informe de laboratorio 6 GENERADOR ELECTRICO Y MOTOR INTEGRANTES

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CLAUDIA FLORES ARACELI GARCIA HURTADO MIRKO INGA SAEZ PAOLA LULO RIVERA JAIRO PAYTAN ZAPATA KATHERINE TORIBIO ROMERO

2014

INTRODUCCION: La inducción magnética es la producción de una fuerza electromotriz a través de un conductor cuando se expone a un campo magnético variable. Se describe matemáticamente por la ley de inducción de Faraday, en nombre de Michael Faraday, que generalmente se le atribuye el descubrimiento de la inducción en 1831. La corriente alterna a la corriente eléctrica en la que la magnitud y el sentido varían cíclicamente. La forma de oscilación de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una oscilación senoidal, puesto que se consigue una transmisión más eficiente de la energía. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de oscilación periódicas, tales como la triangular o la cuadrada. Utilizada genéricamente, la CA se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las industrias. Sin embargo, las señales de audio y de radiotransmitidas por los cables eléctricos, son también ejemplos de corriente alterna. En estos usos, el fin más importante suele ser la transmisión y recuperación de la información codificada (o modulada) sobre la señal de la CA.

2 Generador Eléctrico y Motor

1. OBJETIVOS:  Identificar la existencia de corriente alterna en un dispositivo  Comprobar que el motor eléctrico transforma la corriente eléctrica en fuerza mecánica.  Montar un dispositivo para inducir una corriente eléctrica a partir de un campo magnético.

2. FUNDAMENTO TEORICO a

MOTOR ELECTRICO:

Los motores eléctricos son dispositivos que transforman energía eléctrica en energía mecánica. El medio de esta transformación de energía en los motores eléctricos es el campo magnético. Existen diferentes tipos de motores eléctricos y cada tipo tiene distintos componentes cuya estructura determina la interacción de los flujos eléctricos y magnéticos que originan la fuerza o par de torsión del motor. Algunos de los motores eléctricos son reversibles, ya que pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores o dinamo. Los motores eléctricos de tracción usados en locomotoras o en automóviles híbridos realizan a menudo ambas tareas, si se diseñan adecuadamente. Son utilizados en infinidad de sectores tales como instalaciones industriales, comerciales y particulares. Su uso está generalizado en ventiladores, vibradores para teléfonos móviles, bombas, medios

de

transporte

eléctricos, electrodomésticos, esmeriles

angulares y otras herramientas eléctricas, unidades de disco, etc. Los motores eléctricos pueden ser impulsados por fuentes de corriente continua (DC), y por fuentes de corriente alterna (AC). La corriente directa o corriente continua proviene de las baterías, los paneles solares, dínamos, fuentes de alimentación instaladas en el interior de los aparatos que operan con estos motores y con rectificadores rudimentarios. La corriente alterna puede tomarse para su uso en motores eléctricos bien sea directamente de la eléctrica, alternadores de las plantas eléctricas de emergencia y otras fuentes de corriente alterna bifásica o trifásica como los inversores de potencia. Los pequeños motores se pueden encontrar hasta en relojes eléctricos. Los motores de uso general con dimensiones y características más estandarizadas proporcionan la potencia adecuada al uso industrial. Los motores eléctricos más grandes se usan para propulsión de trenes, compresores y aplicaciones de bombeo con potencias que alcanzan 100 megavatios. Estos motores pueden ser clasificados por el tipo de fuente de energía eléctrica, construcción interna, aplicación, tipo de salida de movimiento

3 Generador Eléctrico y Motor

b

GENERADOR ELECTRICO:

Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrica entre dos de sus puntos (llamados polos, terminales o bornes) transformando la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada también estátor). Si se produce mecánicamente un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generará una fuerza electromotriz(F.E.M.). Este sistema está basado en la ley de Faraday. Aunque la corriente generada es corriente alterna, puede ser rectificada para obtener una corriente continua. En el diagrama adjunto se observa la corriente inducida en un generador simple de una sola fase. La mayoría de los generadores de corriente alterna son de tres fases. El proceso inverso sería el realizado por un motor eléctrico, que transforma energía eléctrica en mecánica.

3. BIBLIOGRAFIA

4 Generador Eléctrico y Motor

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Jackson, John David (1962, 1975, 1998). Classical Electrodynamics. John Wiley & Sons

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Feynman, Richard P; Leighton, Robert B; Sands; Gottlieb, Michael A. (1963). Feynman lectures on physics Vol II

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Fitzgerald, A.E., Kinglsley, C., Umans, S., Electric Machinery, sexta Edición, Mc.Graw Hill, International Edition 2003

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Notas sobre corriente alterna. Jaime Planas Rosselló (2000)- Universidad de Valencia.

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¿Cómo es la corriente alterna? IES Gerald Brenan.

MATERIALES: MATERIALES PARA EL MOTOR: 

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02 IMPERDIBLES DE METAL

01 imán

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01 PILA AAA

01 BOBINA DE COBRE

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5 Generador Eléctrico y Motor

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MATERIALES PARA EL GENERADOR ELÉCTRICO

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02 CD’s

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01 CARTÓN CIRCULAR

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01 BASE DE CARTÓN

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01 MOTOR DE JUGUETE

02 LUCES LED

01 BANDA(LIGA) ELÁSTICA

 6 Generador Eléctrico y Motor

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 01 PALITO DE BROCHETA

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IV PROCEDIMEINTO

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4.1- CONSTRUCCION DEL MOTOR ELECTRICO

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Tomar un alambre y enrollarlo en la mano, en un objeto con forma ovalada con unas 10 a 20 vueltas estará bien, has que dos extremos de la bobina quede formando un ángulo de 180 grados y procurar que el alambre no tenga ondas que este bien estirado.

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Con la cinta adhesiva coloca los imperdibles a los costado uno con positivo y el otro con el negativo y aseguramos, eso sería la segunda parte, colocar el embobinado en los huecos que estas en la parte superior del imperdible y nos aseguramos si puede girar por ultimo cogemos el imán y buscamos un ángulo que estimule el campo magnético que forme el paso del corriente.

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7 Generador Eléctrico y Motor

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8 Generador Eléctrico y Motor

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4.2- CONSTRUCCION DE GENERADOR ELECTRICO

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Con un marcador has una circunferencia en el cartón un poco más pequeña que el cd. Corta el círculo, luego pega esto con el cd. Con abundante pegamento, pegamos el otro cd. Encima para terminar metemos el palito de la brocheta por el medio del cd. Ahora hacemos la base que no permita que la polea no choque hacemos un trapecio y lo cuadriplicamos y los pegamos uno con el otro de soporte perforamos con el palito de brocheta, pegamos el palito de brocheta al cd. Luego hacemos una base donde pegar todo, para el brazo de la manivela cortaos una paleta que no choque con la base.

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Pegamos el motor eléctrico de modo que las dos poleas queden bien alineadas, y por ultimo ponemos la bandita elástica por entre los cd.s y unimos con el motor, con un voltímetro medimos que cantidad de voltaje generamos esto para poner unos foquitos led abrimos un poco sus patas para facilidad y conectamos los cables.

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CUESTIONARIO

1 Fundamenta científicamente cómo ELÉCTRICO que has construido.

funciona

el

MOTOR

9 Generador Eléctrico y Motor

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 Cuando hay un flujo de corriente en un alambre conductor, que tiene varias espiras, se genera un campo magnético alrededor de este, cuando se encuentra con el campo magnético de un imán, generan una fuerza electro-magnética que es perpendicular al campo magnético, que genera un ángulo que le permite girar.  Fundamenta científicamente bajo tu investigación realizada en el laboratorio, qué leyes permiten que el motor eléctrico transforme la energía eléctrica en fuerza mecánica.  Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrica entre dos de sus puntos (llamados polos, terminales o bornes) transformando la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada también estator). Si se produce mecánicamente un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generará una fuerza electromotriz (F.E.M.). Este sistema está basado en la ley de Faraday. ¿CÓMO FUNCIONA UN GENERADOR ELECTRICO?  Los generadores eléctricos son aparatos que convierten la energía mecánica en energía eléctrica. La energía mecánica, a su vez, se produce a partir de la energía química o nuclear con varios tipos de combustible, o se obtiene a partir de fuentes renovables como el viento o los saltos de agua. Las turbinas de vapor, los motores de combustión interna, las turbinas de combustión de gas, los motores eléctricos, las turbinas de agua y de viento son los métodos comunes que proporcionan energía mecánica para este tipo de dispositivos. Hay generadores eléctricos de todo tipo de tamaños, desde muy pequeños de unos pocos vatios de potencia de salida hasta centrales eléctricas de gran potencia que proporcionan gigavatios de potencia.  Esta imagen de un generador eléctrico pone de manifiesto un ejemplo de cómo produce energía un generador eléctrico. Las dos flechas negras indican la dirección de rotación de la bobina. Las líneas azules representan el campo magnético orientado del polo norte al polo sur. Las flechas rojas indican la dirección instantánea de la

corriente CA (corriente alterna) inducida.  10 Generador Eléctrico y Motor

  FUNCIONAMIENTO DE LOS GENERADORES ELÉCTRICOS  El funcionamiento de los generadores eléctricos se basa en el fenómeno de inducción electromagnética: cuando un conductor hace un movimiento relativo hacia el campo magnético, se induce el voltaje en el conductor. Particularmente, si una bobina está girando en un campo magnético, significa que las dos caras de la turbina se mueven en direcciones opuestas y se añaden los voltajes inducidos a cada lado. Numéricamente, el valor instantáneo del voltaje final (denominado fuerza electromotriz –emf–) es igual al resto del índice de cambio del flujo magnético Φ veces el nombre de vueltas de la bobina: V=−N•∆Φ/Δt. Esta relación se ha encontrado experimentalmente y hace referencia a la Ley de Faraday. El símbolo “menos” es por la ley de Lenz, que indica que la dirección de emf es tal que el campo magnético de la corriente inducida se opone al cambio en el flujo que produce esta emf. La ley de Lenz está relacionada con la conservación de energía.  Como la frecuencia de flujo magnético cambia a través de la bobina que gira en una frecuencia constante que varía de forma sinusoidal con la rotación, el voltaje generado a las terminales de la bobina también es sinusoidal (CA). Si un circuito externo se conecta a las terminales de bobina, este voltaje creará corriente a través de este circuito, que será energía que se transferirá a la carga. Por lo tanto, la energía mecánica que hace rotar la bobina se convierte en energía eléctrica.  La corriente de la carga, a su vez, crea un campo magnético que se opone al cambio del flujo de la bobina, por lo tanto, la bobina se opone al movimiento. Como más alta sea la corriente, más grande debe de ser la fuerza que se tiene que aplicar a la armadura para evitar que se ralentice. En la imagen, una biela manual hace rotar la bobina. A la práctica, la energía mecánica es producida por turbinas o motores que se denominan fuentes energéticas. En un generador eléctrico de CA pequeño, una fuente energética normalmente es un motor de combustión interna rotatorio.  Entre los aparatos comercialmente disponibles, un alternador está integrado con un motor en un aparato simple. El dispositivo resultante se denomina generador eléctrico. Un generador eléctrico es la fuente de energía de reserva más común en caso de emergencia y probablemente la más económica para uso doméstico.  Los generadores eléctricos más económicos se venden por unos 70 € por kilovatio. La producción de voltaje depende solamente del movimiento relativo entre la bobina y el campo magnético. La emf es inducida por la misma ley de la física si el campo magnético traviesa una bobina fija, o la bobina pasa a través de un campo magnético fijo. Los generadores eléctricos de CA actuales normalmente no tienen escobillas. Tienen un campo giratorio y una armadura fija que produce energía. 11 Generador Eléctrico y Motor

 Esta armadura incluye un grupo de bobinas que forman un cilindro. Además, a la práctica, el campo magnético normalmente es inducido por un electroimán en vez de un imán permanente. El electroimán está formado por las denominadas bobinas de campo fijadas encima de un núcleo de hierro. El flujo de corriente de las bobinas de campo produce el campo magnético.  Esta corriente se puede obtener a partir de la fuente externa o de la propia armadura del sistema. Se alcanza la regulación detectando el voltaje de salida, que lo convierte en CC (corriente continua) y que compara su nivel con un voltaje de referencia. Un error se utiliza para controlar el campo por tal de mantener una salida constante. Las fuentes de CA modernas con bobinas de campo son autoexcitadas: la corriente por las bobinas de campo es accionado por un bobinado excitador adicional de la armadura.  4 QUE LEYES PERMITEN QUE EL GENERADOR ELÉCTRICO TRANSFORME LA FUERZA MECÁNICA EN CORRIENTE ELÉCTRICA.  La ley principal que fundamenta un generador eléctrico rotativo es la Ley de Faraday, que expresa: La tensión, fuerza electromotriz o voltage (E) generado en un circuito cerrado es proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie que tiene al circuito como borde. Matemáticamente E = - dΦ /dt (el signo negativo se debe a Lenz, expresando que el voltage E tiende a generar una corriente que se opone a la variación del flujo Φ ) Donde Φ = B * S* cos(α) B es el vector inducción magnética S superficie expuesta a B α ángulo que forma la perpendicular al plano de la superficie con el vector B La variación de Φ en el tiempo puede deberse a, variación en el tiempo de B; S ó α. En una máquina rotativa la variación en el  5

Otro tipo de generadores

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GENERADOR ELECTRICO CASERO

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Materiales

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* Lectora de CD o DVD

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* Un CD o DVD

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* Goma Eva, foam o foamy

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* Trozo de madera

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* Pegamento

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* Bolígrafo

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* Tapa de una botella

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* Marcador

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* Cualquier tornillo que tenga rosca en toda su longitud, dos tuercas y dos arandelas para él

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* Tijera

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* Pegamento

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* Taladro o perforadora y mecha

13 Generador Eléctrico y Motor

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Puedes conseguir fácilmente y gratis una lectora de CD/DVD en una casa de computación. Allí desechan a diario las descompuestas, de modo que no tendrán problemas en regalarte una.

     Procedimiento del Experimento 

Una lectora de CD o DVD contiene dos motores eléctricos, uno que hace girar el disco, y otro que abre la bandeja de la misma. Nosotros necesitamos el segundo, así que debes desarmar la unidad y quitarlo. Ta darás cuenta fácilmente cual es cual.

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Para que nuestro generador de electricidad casero gire, vamos a fabricar un sencillo mecanismo. Pega sobre el CD o DVD, un trozo de goma Eva (conocido también como foamy o foam). Con esto nos aseguramos que no habrá “patinaje” o deslizamiento entre el disco y el eje del motor.

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Necesitamos un eje alrededor del cual girará nuestro disco compacto. Así que toma una tapa plástica de una botella, y has un pequeño orificio en el centro de la misma, para que pueda pasar el tornillo. Terminado esto, pega la tapa en el centro del CD/DVD.

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La manija la haremos pegando un trozo de bolígrafo en el borde del disco. El eje de este sistema, se consigue al colocar el tornillo por el orificio que realizamos en la tapa, colocando las tuercas y arandelas como se detalla en el video.

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Para seguir con nuestro experimento de física, pegamos el motor sobre la madera. Una vez que ha secado, montamos manualmente el sistema que fabricamos con el disco, como se muestra en el video, y marcamos el centro. Allí haremos un pequeño orificio con el taladro, para luego enroscar el tornillo.

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Para terminar nuestro generador casero de corriente continua, colocamos un diodo led en los terminales del motor de la lectora, hacemos girar, y veremos cómo el mismo se enciende gracias a la corriente eléctrica que estamos generado. Recuerda, que un diodo led sólo tiene una polaridad, es decir, si lo conectas al revés no encenderá. Así que si tu generador eléctrico parece no funcionar, es probable que tengas que conectarlo a la inversa de cómo lo hiciste (o también puedes hacer girar el disco en el otro sentido)

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¿Cómo funciona el Experimento?

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El motor eléctrico que le quitamos a la lectora, contiene en su interior unos imanes fijos que generan un campo magnético, y un núcleo que gira en donde se encuentran bobinas de alambre de cobre. Le ley de Faraday nos dice que cuando un conductor corta las líneas de campo magnético, se genera en él una corriente eléctrica. Y es justamente lo que sucede en estos experimentos de física.

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Los imanes generan un campo magnético fijo, mientras que el núcleo, el cual hacemos girar, permite que las espiras de alambre de cobre corten dichas líneas de campo. El resultado es obvio; se genera una corriente eléctrica la cual podemos utilizar, por ejemplo, para encender un diodo led.

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La corriente generada debería ser del tipo alterna, pero gracias a un sistema mecánico denominado de colector y escobillas, termina siendo continua.

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Este tipo de generador eléctrico es también conocido como dínamo, y data de los años 1832, en donde un fabricante de herramientas en Francia fabricó el primero que se conoce.

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 Generador de electricidad casero        

Hace poco vimos cómo hacer un generador eléctrico casero de Corriente Continua. Hoy enseñaré como fabricar un Generador más sencillo aún. La corriente que genera es por pulsos, y se podría decir que, por su funcionamiento, es una corriente alterna.

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Materiales: * Tubo de Cartón * Alambre de Cobre * 2 Diodos Led * Imán o Imanes

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El diámetro del alambre de cobre no es de importancia.

   Procedimiento:  Como dije antes, este generador eléctrico es muy fácil de construir. Para hacerlo, debes enrollar alambre de cobre, en el centro del tubo de cartón. Con unas 150 vueltas aproximadamente, estará bien. Si tienes un imán potente, como los de neodimio por ejemplo, puedes utilizar menos cantidad de vueltas. Te darás cuenta si no son suficientes, porque los diodos no emitirán una luz de intensidad. 

En los extremos de la bobina, debes colocar los diodos led. Puedes colocar sólo uno si así lo deseas. En ese caso, sólo se encenderá cuando el imán se desplace en una dirección, y no en la otra. Si utilizas dos, debes conectarlos en

“anti paralelo”, es decir, el terminal más corto de un diodo, se conecta al más largo del otro (no confundas con conexión en serie). 

Para hacer funcionar tu generador casero, sólo tienes que mover el tubo hacia un lado y otro, o también puedes voltearlo una y otra vez.

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¿Cómo funciona? Al igual que muchos de los experimentos caseros sobre generación eléctrica que ya publicamos, podemos explicarlo gracias a los aportes de Michael Faraday, y su famosa Ley de Faraday.

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Hablando en un lenguaje técnico, podríamos decir que la fuerza electro motriz generada, está relacionada con la rapidez de variación del flujo magnético que atraviesa una superficie determinada. Esto nos dice que no necesariamente necesitamos un circuito, sino que “en el aire”, también podemos generar una diferencia de potencial.

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Pero usando un lenguaje cotidiano, también podemos explicarlo. Cuando un campo magnético varía a través de un conductor, se genera en los extremos de éste, un “voltaje” capaz de producir una corriente eléctrica. Del mismo modo, podemos “dejar quieto el imán” y mover el conductor a través de su campo magnético. Resumiendo, el conductor debe cortar las líneas de campo magnético, para así generar electricidad.

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El diodos led sólo permite el paso de la corriente en una dirección, es por eso que prenderá uno cuando el imán se mueva en una dirección, y el otro en caso contrario. Ello ocurre porque la dirección de la corriente eléctrica generada, depende de cómo el conductor intersecte las líneas de campo magnético.

  4. ANEXOS 

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