Download laboratorio de electromagnetismo nº6 ley de inducción de faraday

LABORATORIO DE ELECTROMAGNETISMO Nº6
LEY DE INDUCCIÓN DE FARADAY
ACOSTA TORRES JESID YESNEIDER
CALDERON USECHE RICARDO
GALIANO GUTIERREZ LUZ ESTHER
JAIMES LEAL LUIS ANGEL
PAVA MORALES HECTOR ANTONIO
UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR
FACULTAD DE INGENIERIAS Y TECNOLOGICAS
ELECTROMAGNETISMO
GRUPO: 11
VALLEDUPAR
2015
LABORATORIO DE ELECTROMAGNETISMO Nº6
LEY DE INDUCCIÓN DE FARADAY
ACOSTA TORRES JESID YESNEIDER
CALDERON USECHE RICARDO
GALIANO GUTIERREZ LUZ ESTHER
JAIMES LEAL LUIS ANGEL
PAVA MORALES HECTOR ANTONIO
Trabajo presentado como requisito de evaluación parcial en la asignatura de
electromagnetismo, al Profesor
Lic. Juan Pacheco Fernández
UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR
FACULTAD DE INGENIERIAS Y TECNOLOGICAS
VALLEDUPAR - CESAR
2015
INTRODUCCION
La ley de inducción electromagnética de Faraday se presenta como una de las
ecuaciones fundamentales del electromagnetismo, hoy en día tenemos muchos
experimentos sencillos de los cuales se puede deducir directamente esta ecuación.
A las corrientes eléctricas producidas mediante campos magnéticos Faraday las
llamó corrientes inducidas. Desde entonces al fenómeno consistente en generar
campos eléctrico a partir de campos magnéticos variables se denomina inducción
electromagnética.
La ley de inducción electromagnética o le dé Faraday es el fenómeno que origina la
producción de una fuerza electromotriz o voltaje en un cuerpo expuesto a un campo
magnético variable, o bien en un medio móvil respecto a un campo magnético
estático.
OBJETIVO GENERAL
 Comprobar que al moverse perpendicularmente un conductor en un campo
magnético se obtiene como resultado una corriente inducida.
LEY DE INDUCCIÓN DE FARADAY
LA INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA
La inducción electromagnética es el proceso mediante el cual campos magnéticos
generan campos eléctricos. Al generarse un campo eléctrico en un material
conductor, los portadores de carga se verán sometidos a una fuerza y se inducirá
una corriente eléctrica en el conductor.
Cuando movemos un imán permanente por el interior de las espiras de una bobina
solenoide (A), formada por espiras de alambre de cobre, se genera de inmediato
una fuerza electromotriz (FEM), es decir, aparece una corriente eléctrica fluyendo
por las espiras de la bobina, producida por la “inducción magnética” del imán en
movimiento. Sí al circuito de esa bobina(A) le conectamos una segunda bobina (B)
a modo de carga eléctrica, la corriente al circular por esta otra bobina crea a su
alrededor un “campo electromagnético”, capaz de inducir, a su vez, corriente
eléctrica en una tercera bobina.
Por ejemplo, si colocamos una tercera bobina solenoide (C) junto a la bobina(B),
sin que exista entre ambas ningún tipo de conexión ni física, ni eléctrica y
conectemos al circuito de esta ultima un galvanómetro (G), observaremos que
cuando movemos el imán por el interior de (A) la aguja del galvanómetro se
moverá indicando que por las espiras de (C), fluye corriente eléctrica provocada,
en este caso, por la “inducción electromagnética” que produce la bobina (B). Es
decir, que el “campo magnético” del imán en movimiento produce “inducción
magnética” en el enrollado de la bobina (B), mientras que el “campo
electromagnético” que crea la corriente eléctrica que fluye por el enrollado de esa
segunda bobina produce “inducción electromagnética” en una tercera bobina que
se coloque a su lado.
El campo magnético del imán en movimiento dentro de la bobina solenoide (A),
provoca que, por “Inducción magnética”, se genere una corriente eléctrica o fuerza
electromotriz (FEM) en esa bobina. Sí instalamos al circuito de (A) una segunda
bobina (B) , la corriente eléctrica que comenzará a circular por sus espiras, creará
un “campo electromagnético” a su alrededor, capaz de inducir, a su vez, pero
ahora por “inducción electromagnética”, una corriente eléctrica o fuerza
electromotriz en otra bobina (C). La existencia de la corriente eléctrica que
circulará por esa tercera bobina se podrá comprobar con la ayuda
de un
galvanómetro (G) conectado al circuito de esa última bobina.
Cuando se dice que un campo magnético genera una corriente eléctrica en un
conductor, se hace referencia a que aparece una fem (llamada fem inducida) de
modo que las cargas del conductor se mueven generando una corriente (corriente
inducida). La ley que explica esta interacción entre la fuerza electromotriz inducida
y el campo magnético es la Ley de Faraday.
LEY DE FARADAY
Las experiencias de Faraday y de Henry puedes interpretarlas en términos de la
fuerza de Lorentz, si la causa de la corriente inducida puede estar en el
movimiento relativo del imán, la bobina o la varilla. Sin embargo, cuando la
corriente inducida tiene su explicación en un cambio en la intensidad de la
corriente, no puede hacerse así.
Las observaciones de Faraday le llevaron a deducir que:

Aparece corriente inducida cuando hay movimiento relativo entre el inductor
(bobina con corriente o imán) y el inducido (circuito en que aparece la
corriente).

Cuanto más rápido es el movimiento, mayor es la corriente inducida.

Cuantas más espiras tenga la bobina del inducido, mayor es la intensidad
de corriente inducida.

La corriente inducida cambia al cambiar el sentido del movimiento
Para explicar esto, afirmó que la corriente inducida en un circuito se debe a la
variación del flujo magnético que lo atraviesa (número de líneas de campo
magnético que atraviesan el circuito).
Por la definición de flujo magnético
, su variación
puede deberse a que:

Se modifica el campo magnético B, porque varía con el tiempo o porque
cambia la distancia entre el imán y el circuito,

Varía el área S del circuito, por deformaciones del mismo

Cambia el ángulo θ, al hacerlo la orientación del circuito respecto al campo.
Si el circuito está formado por una bobina de N espiras iguales y si
es el flujo
magnético a través de una espira, la fem será:
Si el flujo magnético varía una cantidad finita
en un intervalo de tiempo
la
fem media inducida será:
Cuando
, es decir, cuando no hay variación de flujo en el transcurso del
tiempo, la fem es cero y no hay corriente en el inducido.

Faraday encontró una explicación a todas las experiencias relacionando la
fuerza electromotriz inducida con las variaciones de flujo del campo
magnético.
La fuerza electromotriz inducida en un circuito es directamente proporcional
a la rapidez con que cambia el flujo magnético a través del circuito.
Donde
es el flujo magnético a través del circuito.
LEY DE LENZ
El signo negativo de la ley de Faraday establece una diferencia entre las
corrientes inducidas por un aumento del flujo magnético y las que son debidas a
una disminución de dicha magnitud. No obstante, para determinar el sentido de la
corriente inducida, Lenz propuso que la fem y la corriente inducidas tienen un
sentido que tiende a oponerse a la causa que las produce.
Cuando a la espira le aproximas un polo norte de un imán, la corriente inducida
circulará en un sentido tal que la cara enfrentada al polo norte del imán es también
Norte, con lo que ejercerá una acción magnética repulsiva sobre el imán, repulsión
que debes vencer para que se siga manteniendo el fenómeno de la inducción.
La ley de Lenz puede ser explicada por un principio más general, el principio de
conservación de la energía. La producción de una corriente eléctrica requiere un
consumo de energía y la acción de una fuerza desplazando su punto de aplicación
supone la realización de un trabajo.

Las corrientes que se inducen en un circuito se producen en un sentido tal
que con sus efectos magnéticos tienden a oponerse a la causa que las
originó.
MATERIALES

Conductor.

Imanes.

Multímetro.

Cables de conexión.

Una fuente de voltaje.

Grapas.
PROCEDIMIENTO
1. Realice el montaje indicado en la Figura.
2. Mueva lentamente el imán (acercándolo y alejándolo) en dirección
perpendicular a la del campo y describa lo observado en el multímetro.
Resultados: Cuando el polo norte del imán esta hacia arriba y el polo sur hacia
abajo, se produce una corriente positiva cuando este entra a la bobina y una
negativa cuando sale.
Cuando el polo sur del imán esta hacia arriba y el polo norte hacia abajo, se
produce una corriente positiva cuando este sale de la bobina y una negativa
cuando entra.
3. Coloque más rápido el conductor dentro del campo y observe el
multímetro.
Resultados: se observaron valores más altos en el multímetro ya que se
aumentaba flujo.
4. Aumente la intensidad del campo magnético que acerca a la bobina y
explique lo observado en el multímetro.
Resultados: La corriente inducida tenía mayor magnitud.
5. Deje el conductor en reposo dentro del campo magnético y observe el
galvanómetro. ¡Explique!
Resultados: Al dejar el conductor en reposo dentro del campo magnético, no se
produjo ninguna corriente inducida. Esto se evidencia con el hecho de que el
multímetro marcó 0
.
6. Mueva el conductor paralelamente a la dirección del campo magnético y
observe el galvanómetro. ¡Explique!
Resultados: Al mover el imán de izquierda a derecha por los lados de la bobina,
se observó en el multímetro, aproximadamente, una corriente mínima y una
máxima. Esto indica que al mover el imán de esta forma, la corriente inducida es
muy mínima o despreciable, considerando la escala empleada. Es decir, que
despreciando lo errores prácticos, la corriente inducida es cero.
7. Conecte los terminales de la bobina a una fuente de corriente continua,
coloque unas grapas a unos 3cm de distancia de la bobina y aumente
lentamente tanto el voltaje como la corriente que por ésta pasa. ¡Describa lo
observado!
Resultados: Utilizando la fuente de voltaje, se conectaron los terminales de la
bobina a esta diferencia de potencial.
Al utilizar la bobina sin núcleo férrico, aumentamos el voltaje hasta 20V, el campo
magnético fue tan débil ya que no se pudo mover, ni mucho menos atraer, las
grapas ubicadas a los 3cm.
Al realizar el mismo procedimiento pero introduciendo el núcleo férrico, se observó
que al aumentar el voltaje hasta los 8,3V, ya el campo magnético producido era
capaz de mover las grapas y a los 11,6 V, capaz de atraerlas.
ANÁLISIS Y RESULTADOS
1. Explique por qué se produce corriente eléctrica al mover el conductor de
un campo magnético perpendicular a él.
RESPUESTA: Al mover un conductor de un campo magnético perpendicularmente
a él se produce una corriente eléctrica debido a que el movimiento hace que el
campo magnético sea variable. Es decir, este movimiento ocasiona una variación
del número de líneas de fuerza del campo que atraviesan una superficie, así como
el ángulo que estas forman con los elementos de la superficie. Esto se traduce en
una variación del flujo magnético a medida que el tiempo transcurre. Por esta
razón se produce una inducción electromagnética.
2. ¿Por qué cuando la espira esta quieta o se mueve en la dirección del
campo magnético, no se presenta corriente eléctrica inducida?
RESPUESTA: Debido a que el flujo es constante no se presenta corriente
eléctrica inducida.
3. ¿Qué sucede al aumentar la velocidad con que se mueve el conductor en
un campo magnético perpendicular a él?
RESPUESTA: Hay un aumento en el flujo y por lo tanto también la corriente
aumenta.
4. ¿Qué sucede cuando se aumenta la densidad del campo magnético?
RESPUESTA: Al aumentar la intensidad del campo, también aumenta la fuerza
electromotriz inducida en la bobina, y por tanto, también lo hace la corriente
inducida.
5. Explique el significado físico del signo menos (-) que aparece en el
multímetro.
RESPUESTA: Indica el sentido real que lleva la corriente inducida en la bobina. El
sentido de la corriente inducida es tal que tiende a oponerse a la causa que lo
produce; siendo esto una consecuencia del principio de conservación de la
energía.
6. ¿Qué sucederá si cambiamos la polaridad de la corriente que pasa por la
bobina? ¡Explica!
RESPUESTA: Una inversión en la corriente en el conductor provoca la inversión
de la dirección del campo magnético que ella produce. Por lo tanto, la inversión de
la corriente produce la inversión de los polos del campo.
7. Explica la importancia que tuvo la inducción electromagnética en el
desarrollo físico y tecnológico de la humanidad.
RESPUESTA: La importancia física de este fenómeno fue enteramente revelada
por Thomas Graham y Johann Josef Loschmidt. Faraday tuvo éxito al lograr licuar
diversos gases, investigó la aleación del acero y produjo varios nuevos tipos de
vidrio destinados a fines ópticos. La aplicamos en casi todos los aparatos
eléctricos, desde los cargadores de los celulares que usan la inductancia para
transformar la corriente alterna, hasta las correas espaciales de última generación.
CONCLUSIONES

Mientras mayor sea el cambio del flujo, mayor será el valor de la corriente
eléctrica que se inducirá en el alambre conductor.

Una bobina al estar expuesta a un campo magnético variable con el tiempo
producirá una corriente cuyo signo depende de cómo atraviesen la bobina
las líneas de flujo del imán.

Los signos que nos proporciona el multímetro nos ayudara a conocer el
sentido real que lleva la corriente inducida en la bobina.
BIBLIOGRAFÍA

Alonso, M. Finn, J.E., Física, volumen 2, Addison-Wesley Iberoamericana,
México, 1995.

Serway, Raymond A. FÍSICA, tomo 2, cuarta edición, McGraw-Hill, México,
1997.
WEBGRAFÍA

http://cmagnetico.blogspot.com/2009/06/ley-de-induccion-de-faraday.html
Consultado el 17 de Noviembre.

http://www.academia.edu/11805010/LA_INDUCCI%C3%93N_ELECTROM
AGN%C3%89TICA
Consultado el 17 de Noviembre

http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/3000/3234/ht
ml/13_ley_de_faraday.html
Consultado el 30 de Noviembre

http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursosinteractivos/conceptos-basicos/iv.-electromagnetismo
Consultado el 30 de Noviembre.