INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA



Documentos relacionados
CP; q v B m ; R R qb

q v De acuerdo con esto la fuerza será: F qv B o bien F q v B sen 2 q v B m R R qb

CATALUÑA / SEPTIEMBRE 02. LOGSE / FÍSICA / EXAMEN COMPLETO

Firmo al pie del presente compromiso, como constancia de haber leído y aceptar la declaración anterior. Firma NÚMERO DE MATRÍCULA: PARALELO:..

Introducción a la Física moderna

INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTCA Y ENERGÍA DEL CAMPO MAGNÉTICO

Física 2º Bacharelato

PROBLEMAS DE ELECTROMAGNETISMO

a) El campo gravitatorio es siempre atractivo, por lo que puede ser nulo en un punto del segmento que une a las dos masas.

Fig. 1 Esquema para el cálculo de B

De acuerdo con esto la fuerza será: F qv B o bien F q v B sen. A esa fuerza se le denomina fuerza de Lorentz.

ELECTROSTATICA. La electrostática es la parte de la física que estudia las cargas eléctricas en equilibrio. Cargas eléctricas

Departamento de Física y Química. I. E. S. Atenea (S. S. Reyes, Madrid) Examen de Selectividad de Física. Junio Soluciones

Campo magnético. Introducción a la Física Ambiental. Tema 8. Tema 8.- Campo magnético.

Laboratorio de Técnicas Experimentales II - 2º Física Laboratorio L1 - "Osciloscopio"

r r r r r µ Momento dipolar magnético

TEMA 3. CAMPO MAGNÉTICO.

Práctica L1-1 Aplicaciones de los circuitos RC: filtros de frecuencia Inducción electromagnética

X I OLIMPIADA NACIONAL DE FÍSICA

1.6. DINÁMICA DEL PUNTO MATERIAL

Campo Estacionario. Campos Estacionarios

CURSO CERO DE FÍSICA ELECTROSTÁTICA

Guía 1: Campo Eléctrico y Diferencia de potencial

OPCIÓN A FÍSICA. 30/11/2010. E r

CAMPO MAGNÉTICO. Las primeras referencias al fenómeno del magnetismo están relacionadas con los imanes:

FUENTES DEL CAMPO MAGNETICO

Fuerza magnética sobre conductores.

Situaciones 1: Dada una carga eléctrica puntual, determine el campo eléctrico en algún punto dado. r u r. r 2. Esmelkys Bonilla

La ecuación de continuidad en forma integral, aplicando el teorema de la divergencia es

2º de Bachillerato El Campo Magnético

L Momento angular de una partícula de masa m

LECCIÓN 5: CINEMÁTICA DEL PUNTO

TEMA 3 FUERZAS Y MOVIMIENTOS CIRCULARES

SOLUCIONES FCA JUN 09 OPCIÓN A

FUERZA MAGNÉTICA SOBRE UN CONDUCTOR QUE TRANSPORTA CORRIENTE

Ley de Faraday de la inducción

Lección 2. El campo de las cargas en reposo: campo electrostático.

El método de las imágenes

CUERPOS REDONDOS. LA ESFERA TERRESTRE

CANARIAS / SEPTIEMBRE 02. LOGSE / FÍSICA / EXAMEN COMPLETO

Las situaciones de variación temporal lenta se caracterizan porque en las ecuaciones de Maxwell se puede despreciar el término:

El potencial en un punto de un campo de fuerzas eléctrico es la energía potencial que poseería la unidad de carga situada en dicho punto:

CAPÍTULO II LEY DE GAUSS

INSTITUTO DE FÍSICA MECÁNICA NEWTONIANA

Interacción Electromagnética

MAGNITUDES ESCALARES Y VECTORIALES

ESTÁTICA. El Centro de Gravedad (CG) de un cuerpo es el punto donde se considera aplicado el peso.

Movimiento en dos dimensiones

Problemas de la Unidad 1

MAGNETISMO MODULO 3. Ley de Faraday - Ley de Lenz

5) Otro d) ( ) La diferencia de potencial, en [V], entre los puntos D (0,2,-2) [cm] y E (0,2,-4) [cm], es decir, V,

Física 2º Bacharelato

A continuación se proporcionan algunas ecuaciones básicas para resolver los problemas. Trabajo realizado por una fuerza conservativa 2 1 qq.

CURSO CERO DE FÍSICA CAMPO MAGNÉTICO

= = 1 2 m GM T s G M T m s

Campo eléctrico. 3 m. respectivamente. Calcular el campo eléctrico en el punto A (4,3). Resp.:

U.D. 3. I NTERACCIÓN GRAVITATORIA

APUNTES DE FÍSICA II Profesor: José Fernando Pinto Parra UNIDAD 7 POTENCIAL ELECTROSTÁTICO

SOLUCIÓN DE LA PRUEBA DE ACCESO

ANALISIS VECTORIAL Y TENSORIAL SEMESTRE II/2015 PRACTICA # 3 UNIDAD 2 DIFERENCIACION VECTORIAL y OPERADORES DIFERENCIALES

PROBLEMAS DE ELECTROESTÁTICA

Tema 5º. Campos magnéticos en el vacío

LEY DE GAUSS. Este enunciado constituye en realidad una de las principales leyes del Electromagnetismo.

TEMA 4. ELECTROSTATICA EN CONDUCTORES Y DIELECTRICOS

Es el producto escalar de la fuerza aplicada al cuerpo por el vector r r Por lo tanto es una magnitud escalar.

Agrupación de dipolos inclinados

La fuerza que actúa sobre una carga en movimiento en el interior de un campo magnético viene dada por la fuerza de Lorentz: F q v B

INSTRUCCIONES GENERALES Y VALORACIÓN

INTERACCIÓN ELECTROMAGNÉTICA ELECTROMAGNETISMO. Campo magnético creado por un conductor

PROBLEMAS ELECTROMAGNETISMO

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR Departamento de Conversión y Transporte de Energía Sección de Máquinas Eléctricas Prof. E. Daron B.

IES Menéndez Tolosa Física y Química - 1º Bach Campo eléctrico I. 1 Qué afirma el principio de conservación de la carga eléctrica?

Modelo Pregunta 3A. El campo electrostático creado por una carga puntual q, situada en el

PROBLEMAS DE INDUCCIÓN MAGNÉTICA

avance de un sacacorchos que gira como lo hacemos para llevar el primer vector sobre el segundo por el

Movimientos rectilíneos o de trayectoria recta. Movimientos curvilíneos o de trayectoria curva (circular, elíptica, parabólica, etc.).

Potencial eléctrico. Trabajo y energía potencial en el campo eléctrico. Potencial de una carga puntual: Principio de superposición

PROBLEMAS DE DINÁMICA

GALICIA / JUNIO 03. LOGSE / FÍSICA / EXAMEN COMPLETO

Ejemplos Ley de Gauss, Fundamentos Físicos y Tecnológicos de la Informática, P. Gomez et al., pp

Trabajo y Energía I. r r = [Joule]

UNIDAD 4: CIRCUNFERENCIA CIRCULO:

I.T.TELECOMUNICACIONES (TODAS LAS ESPECIALIDADES) SOLUCIÓN AL EXAMEN DE FÍSICA DE SEPTIEMBRE DE 2007

a) Concepto Es toda acción de capaz de cambiar el estado de reposo o movimiento de un cuerpo, o de producir en el alguna deformación.

LABORATORIO DE FISICA Nº 1 MAQUINAS SIMPLES PALANCA-POLEA

NAVARRA/ SEPTIEMBRE 02. LOGSE / FÍSICA / EXAMEN COMPLETO. 3) Explicar cualitativamente el fenómeno de la polarización de la luz (2,5 puntos)

Cinemática del Sólido Rígido (SR)

Examen de Selectividad de Física. Junio Soluciones.

TEMA 3 MOVIMIENTO CIRCULAR Y GRAVITACIÓN UNIVERSAL

SOLUCIONES DE LOS EJERCICIOS DE APLICACIÓN II TEMA 4

ESTÁTICA. El Centro de Gravedad (CG) de un cuerpo es el punto donde se considera aplicado el peso.

TEMA3: CAMPO ELÉCTRICO

Facultad de Ciencias Curso Grado de Óptica y Optometría SOLUCIONES PROBLEMAS FÍSICA. TEMA 3: CAMPO ELÉCTRICO

Educación Secundaria FÍSICA y QUÍMICA

CAMPO MAGNÉTICO. El campo magnético B, al igual que el campo eléctrico, es un campo vectorial.

TEMA 2.- Campo gravitatorio

práctica FÍSICA Y QUÍMICA Problemas Muestra de ejercicio para la preparación de la prueba práctica

r 2 F 2 E = E C +V = 1 2 mv 2 GMm J O = mr 2 dθ dt = mr 2 ω = mrv θ v θ = J O mr E = O 2mr GMm 2 r

Transcripción:

INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA INTRODUCCIÓN Una vez que se conocieon las causas de la existencia de campos magnéticos, es deci, que las coientes elécticas oiginaban campos magnéticos, sugió la pegunta fomulada al evés: podían los campos magnéticos poduci coientes elécticas? La espuesta la dio MICHEL FARADAY en el año 1831, tas unas expeiencias ealizadas acecando y alejando un imán a un cicuito en foma de espia, el cual tenía en seie un ampeímeto paa, dado el caso, medi la coiente eléctica poducida (inducida). Afimando como conclusión a sus expeiencias, que: Se poduciá una coiente eléctica inducida en un cicuito, cuando vaíe el flujo magnético que lo ataviesa. FLUJO MAGNÉTICO (Φ) Se llama flujo magnético Φ a tavés de una supeficie, al poducto escala del vecto campo magnético po el vecto supeficie S. φ = S Φ = S cos φ Φ Máx = S Φ = 0 Φ = S cos φ El flujo magnético que ataviesa la supeficie de un cicuito, puede vaia de tes fomas distintas: 1. Poque vaíe la supeficie del cicuito. Manteniendo fijos el imán y la espia, desplazamos una pate de la espia haciendo que vaíe de foma constante su supeficie. 2. Poque vaíe el campo magnético. El imán y la espia se acecan o alejan ente sí. 3. Poque vaíe el ángulo φ que foman y S. Es el caso en que la espia gia. 1

LEY DE FARADAY Pemite calcula el valo de la fueza electomotiz ε (f.e.m) inducida en la espia, cuando hay una vaiación en el flujo que la ataviesa. Φ ε = - N que en foma difeencial es t dφ ε = - N I) f.e.m. inducida en un conducto móvil Petenece al caso 1. Si un conducto de longitud l se mueve con velocidad v, dento de un campo magnético, induce una coiente eléctica cuya f.e.m. se calcula: dφ ε = - ( S) d = = ds = - l dx = l v II) Fundamentos del geneado de coiente altena Si es una bobina (N espias), la que gia dento de un campo magnético (caso 3), la f.e.m. inducida se calcula de la siguiente manea: ε = - N dφ d = N ( S) d( S cos ϕ) d( S cos ωt) = N = N = N S ω sen ωt Expesión que toma valoes positivos, ceo y negativos, a medida que la bobina va giando; teniendo como valo máximo ε o = N S ω Este es el fundamento teóico de los geneadoes de coiente altena como se apecia en la figua. 2

La coiente poducida en el geneado pasa al cicuito en el que está una bobina que tiene en su inteio un imán unido a una aguja. Este imán detecta el campo magnético y gia, y con él la aguja que tiene unida. La oscilación de la aguja nos indica que pasa coiente po la bobina.. LEY DE LENZ La egla paa detemina el sentido de la coiente inducida fue establecida po Lenz en 1834 y se conoce como Ley de Lenz. El sentido de la coiente inducida es tal, que se opone a la causa que la poduce. Al aceca el polo note de un imán a una espia, incementamos el flujo magnético a tavés de la espia. Según la ley de Lenz, el sentido de la coiente inducida en la espia se opone a este incemento. Es deci, el sentido es tal, que el campo magnético ceado po la coiente inducida, tiende a compensa el incemento de flujo magnético. Como una espia equivale a un imán, pesentaá su caa note, enfentada al polo note del imán inducto. De este modo la coiente inducida dificulta el avance del imán, es deci, se opone a la causa que la oigina. La ley de Lenz es una consecuencia del pincipio de consevación de la enegía. Si el sentido de la coiente inducida fuese favoece la causa que la poduce, se geneaía enegía ilimitada de la nada, aceleando de foma continua el imán inducto a la espia, aumentando ilimitadamente su enegía cinética. Esto, no es posible. CONSIDERACIONES GENERALES AUTOINDUCCÍON Si la intensidad de coiente que ecoe un cicuito eléctico vaía, el campo magnético ceado po la coiente y el flujo magnético a tavés del popio cicuito expeimentaán también vaiaciones. Así, existiá una fueza electomotiz inducida po la vaiación de la intensidad de coiente del popio cicuito. Este fenómeno se denomina autoinducción. Consideemos un cicuito fomado po una bateía, una bobina y un inteupto. Al cea el cicuito, la intensidad de coiente tada un cieto tiempo en alcanza su valo estacionaio I y el flujo magnético a tavés de la bobina vaía en este tiempo desde ceo hasta su valo máximo. En consecuencia, se induce una f.e.m. (llamada fueza contaelectomotiz) que se opone al aumento instantáneo de la intensidad en el cicuito. Se dice que existe una contacoiente duante el inicio del paso de coiente po el cicuito. De igual modo, al abi el cicuito, la intensidad tada un cieto tiempo en anulase. En este caso, la f.e.m. autoinducida se opone a que la intensidad caiga a ceo de foma instantánea. Se dice que existe una extacoiente de uptua. Esta f.e.m. puede se de vaios miles de voltios y, en ocasiones, poduce una chispa en el inteupto. (Lectua) Coientes de Foucault Cuando un tozo de metal es atavesado po un flujo magnético vaiable se inducen en él pequeñas coientes elécticas que eciben el nombe de coientes de Foucault. Estas coientes se ponen de manifiesto po el calentamiento del metal (efecto Joule). En algunos casos estas coientes son pejudiciales, peo en otos son muy útiles. El funcionamiento de los honos de inducción se basa en la existencia de estas coientes. 3

SÍNTESIS ELECTROMAGNÉTICA Las investigaciones de OERSTED, AMPÈRE y FARADAY pusieon de manifiesto la estecha elación existente ente campos elécticos y magnéticos. Oested y Ampèe demostaon que una coiente eléctica cea un campo magnético, y Faaday demostó que un campo magnético vaiable induce una coiente eléctica en un cicuito. Hacia 1860, el desaollo matemático de estas ideas condujo al físico escocés J.C. MAX- WELL a una descipción unificada de los fenómenos elécticos, magnéticos y ópticos: la teoía electomagnética. Maxwell pedijo que un campo eléctico vaiable genea un campo magnético vaiable y, a su vez, un campo magnético vaiable genea un campo eléctico vaiable, etc... Postuló que las vaiaciones de los campos elécticos y magnéticos se popagan po el espacio en foma de adiaciones electomagnéticas, a una velocidad dada po: c = µ 1 o ε o Símbolo Nombe Valo (S.I.) µ o Pemeabilidad magnética 4π 10-7 ε o Pemitividad eléctica 8,85 10-12 c Velocidad de la adiación electomagnética 3 10 8 Esta velocidad es justamente la de la luz (3 10 8 m/s). Maxwell no ceyó que esto fuea una coincidencia y, en 1865, sugiió que la luz es una onda electomagnética. Además, afimó que la luz visible ea sólo una pequeña pate de todo un especto de adiaciones electomagnéticas. Las pedicciones de Maxwell fueon confimadas en 1867 po el físico alemán H. HERTZ, quién demostó expeimentalmente que cicuitos oscilantes emiten ondas electomagnéticas. Las ondas electomagnéticas son tansvesales y consisten en la popagación, sin necesidad de sopote mateial alguno, de un campo eléctico y de un campo magnético pependiculaes ente sí y a la diección de popagación. 4

Sean dos campos vaiables con el tiempo, uno eléctico E y oto magnético que se popagan en fase una diección deteminada, tal y como se muesta en la figua. Paa que no se poduzca desviación de la tayectoia, se debe cumpli que: E F F q v q E v E = = = y haciendo las sustituciones opotunas: q k 1 E 9 E 2 2 9 10 v = = v = v = 3 10 8 2 k E 4πεo m/s ; ota foma: v = = v = µ q v 7 µ oε o k 10 k o 4π 2 Especto electomagnético Las ondas electomagnéticas cuben una amplia gama de fecuencias o de longitudes de ondas y pueden clasificase según su pincipal fuente de poducción. La clasificación no tiene límites pecisos. Región del especto Intevalo de fecuencias (Hz) Radio-micoondas 0-3,0 10 12 Infaojo 3,0 10 12-4.6 10 14 Luz visible 4,6 10 14-7,5 10 14 Ultavioleta 7,5 10 14-6,0 10 16 Rayos X 6,0 10 16-1,0 10 20 Radiación gamma 1,0 10 20 -.. 5

PROLEMAS DE INDUCCIÓN 1. Una espia cicula de adio = 5 cm y esistencia 3 Ω se encuenta en eposo en una egión del espacio con campo magnético = 2 k. El eje nomal a la espia en su cento foma un ángulo de 0 o con el eje Z. A pati del instante t = 0 la espia comienza a gia con velocidad angula constante ω = π (ad/s) en tono a un eje diametal pependicula a Z. Se pide: a) La expesión del flujo magnético a tavés de la espia en función del tiempo t, paa t µ 0. b) La expesión de la coiente inducida en la espia en función de t. 2. Una bobina fomada po 200 espias cuadadas de 5 cm de lado se encuenta en una egión en la que existe un campo magnético vaiable con el tiempo de acuedo con la expesión = 0,04 t 2, donde t está en segundos y en teslas. Sabiendo que la diección del campo magnético es constante y coincide con el eje de la bobina, detemine: a) La expesión del flujo magnético a tavés de cada espia en función del tiempo. b) El valo de la fueza electomotiz inducida en la bobina en el instante t = 5 s. 3. Una espia cuadada de lado l = 5 cm situada en el plano XY se desplaza con velocidad constante v en la diección del eje X como se muesta en la figua. En el instante t = 0 la espia encuenta una egión del espacio en donde hay un campo magnético unifome = 0,1 T, pependicula al plano XY con sentido hacia dento del papel (ve figua). a) Sabiendo que al peneta la espia en el campo se induce una coiente eléctica de 5x10-5 A duante 2 segundos, calcule la velocidad v y la esistencia de la espia. b) Repesente gáficamente la fueza electomotiz inducida en función del tiempo desde el instante t = 0 e indica el sentido de la coiente inducida en la espia. 6