LABORATORIO DE ELECTROMAGNETISMO Nº6 LEY DE INDUCCIÓN DE FARADAY

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1 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

2 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

3 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.

4 OBJETIVO GENERAL Comprobar que al moverse perpendicularmente un conductor en un campo magnético se obtiene como resultado una corriente inducida.

5 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

6 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.

7 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

8 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 puede deberse a que:, su variación 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 magnético a través de una espira, la fem será: es el flujo 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.

9 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.

10 Conductor. Imanes. Multímetro. Cables de conexión. Una fuente de voltaje. Grapas. MATERIALES

11 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.

12 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 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

13 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.

14 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.

15 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.

16 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.

17 BIBLIOGRAFÍA Alonso, M. Finn, J.E., Física, volumen 2, Addison-Wesley Iberoamericana, México, Serway, Raymond A. FÍSICA, tomo 2, cuarta edición, McGraw-Hill, México, WEBGRAFÍA Consultado el 17 de Noviembre. AGN%C3%89TICA Consultado el 17 de Noviembre ml/13_ley_de_faraday.html Consultado el 30 de Noviembre Consultado el 30 de Noviembre.