Ley de Faraday

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Electromagnetismo
Breve historia del
concepto de campo
El campo eléctrico
El campo magnético
marca.gif (847 bytes)Ley de Faraday 
Movimiento de partículas
cargadas en un campo
electromagnético
Medida de la relación
carga/masa
Medida de la unidad
fundamental de carga
El espectrómetro
de masas
El ciclotrón
Materiales dieléctricos
Paramagnetismo
Ferromagnetrismo
Concepto de flujo

La inducción electromagnética

La experiencia en el aula

java.gif (886 bytes)Simulación de la experiencia

 

Concepto de flujo

flujo.gif (1467 bytes) Se denomina flujo al producto escalar del vector campo por el vector superficie

Si el campo no es constante o la superficie no es plana, el flujo vale

 

La inducción electromagnética

La inducción electromagnética fue descubierta casi simultáneamente y de forma independiente por Michael Faraday y Joseph Henry en 1930. La inducción electromagnética es el principio sobre el que se basa el funcionamiento del generador eléctrico, el transformador y muchos otros dispositivos.

Supongamos que se coloca un conductor eléctrico en forma de circuito en una región en la que hay un campo magnético. Si el flujo F a través del circuito varía con el tiempo, se puede observar una corriente en el circuito (mientras el flujo está variando). Midiendo la fem inducida se encuentra que depende de la rapidez de variación del flujo del campo magnético con el tiempo.

El significado del signo menos, es decir, el sentido de la corriente inducida se muestra en la figura.

fem1.gif (2279 bytes)

La experiencia en el aula

Con una bobina, un amperímetro y un imán se realizan las siguientes experiencias:

bobina.gif (2519 bytes) 1. Se sitúa el imán en reposo dentro del solenoide.

2. Se introduce despacio/deprisa el imán en el solenoide.

3. Se saca despacio/deprisa el imán del solenoide.

 

Simulación de la experiencia

simula.gif (2419 bytes) Un imán podemos considerarlo como un sistema de dos cargas magnéticas iguales y opuestas separadas una distancia L.

El campo magnético en las proximidades de un polo magnético tiene una expresión similar a la del campo eléctrico de una carga puntual.

donde K=m 0q/4p. m 0 es la permitividad magnética en el vacío, y q es la carga magnética de un polo del imán. El campo es radial y su módulo disminuye con la inversa del cuadrado de la distancia a la carga magnética

El flujo del campo magnético de dicho campo a través de una espira situada a una distancia x del polo magnético q es

El flujo total es la suma de los flujos debidos a los campos creados por las dos polos magnéticos

simula1.gif (2570 bytes) Ahora calculamos el flujo total a través de todas las espiras del solenoide. Se supone que el solenoide tiene muchas espiras apretadas de modo que el número de espiras entre las posiciones x y x+dx vale

donde N es el número total de espiras, y H es la longitud del solenoide

Para calcular la fem derivamos el flujo respecto del tiempo y lo cambiamos de signo

donde la derivada de la posición z del imán respecto del tiempo t es la velocidad v del imán

 

Actividades

Se introducen los siguientes parámetros del experimento simulado. El radio R del solenoide, el número de espiras N, la longitud del imán L, y la velocidad uniforme del imán v.

La longitud H del solenoide queda fijada en el programa en 17.6 cm

La constante K vale para nuestro imán aproximadamente 1.1 10-6 wb.

Se pulsa el botón titulado Empieza. El imán se acerca al solenoide hasta la posición en la que se alcanza el flujo máximo, es decir, cuando el imán está situado en el centro del solenoide. En ese momento retrocede con la misma velocidad constante alejándose del solenoide.

En la parte izquierda del applet observamos el movimiento del imán. El movimiento de la aguja en el amperímetro que está debajo del solenoide. Una flecha azul sobre una espira nos muestra el sentido de la corriente inducida. La flecha roja al lado del solenoide el flujo que aumenta o disminuye. Observaremos que cuando el flujo aumenta la corriente inducida tiene un sentido tal que se opone a dicho incremento del flujo, y cuando el flujo disminuye el sentido de la corriente inducida es el opuesto al anterior.

En la parte derecha del applet se representa en la misma gráfica el flujo (en color rojo) y la fem en color azul.

Cuando se pulsa el botón Pausa se para la animación, que prosigue pulsando el mimo botón titulado ahora Continua.

Se puede examinar el proceso paso a paso pulsando el botón titulado Paso, se prosigue el movimiento normal pulsando el botón titulado Continua.

FemApplet aparecerá en un explorador compatible JDK 1.1