Análisis De Fenómenos Eléctricos, Electromagnéticos Y Opticos: Ley de Faraday

Ley de Faraday

Cualquier cambio del entorno magnético en que se encuentra una bobina de cable, originará un "voltaje" (una fem inducida en la bobina). No importa como se produzca el cambio, el voltaje será generado en la bobina. El cambio se puede producir por un cambio en la intensidad del campo magnético, el movimiento de un imán entrando y saliendo del interior de la bobina, moviendo la bobina hacia dentro o hacia fuera de un campo magnético, girando la bobina dentro de un campo magnético, etc.

Formula:

La Ley de Faraday está basada en los experimentos que hizo Michael Faraday en 1831 y establece que el voltaje (FEM, Fuerza Electromotriz Inducida) inducido en una bobina es directamente proporcional a la rapidez de cambio del flujo magnético por unidad de tiempo en una superficie cualquiera con el circuito como borde

Donde å es la FEM inducida, N es el número de vueltas de la bobina, y ÄÔ es la variación del flujo magnético en un tiempo Ät. Cuando el flujo magnético se da en webers y el tiempo en segundos, la fuerza electromotriz inducida resulta en volts. Un volt es igual a un weber-vuelta por segundo. El signo negativo se debe a que el voltaje inducido tiene un sentido tal que establece una corriente que se opone al cambio de flujo magnético. El cambio del número de líneas magnéticas que pasan por un circuito induce una corriente en él, si el circuito está cerrado, pero el cambio siempre induce una fuerza electromotriz, esté o no el circuito cerrado.

El flujo magnético se define como el producto entre el campo magnético y el área que éste encierra

Ejemplo:

Una bobina consta de 200 vueltas de alambre y tiene una resistencia total de 2Ω. Cada vuelta es un cuadrado de 18 cm de lado y se activa un campo magnético uniforme perpendicular al plano de la bobina. Si el campo cambia linealmente de 0 a 0,5 tesla en 0,8 seg. Cual es la magnitud de la fem inducida en la bobina mientras esta cambiando el campo?

El área de una vuelta de la bobina es:

Lado = 18 cm = 0,18 m

A = 0,18m * 0,18m = 0,0324 m2

El flujo magnético a través de la bobina en t = 0 es cero, puesto que B = 0 en dicho momento. Φ2= 0 En t = 0,8 seg. El flujo magnético a través de una vuelta de la bobina es:

Φ1= B * A Φ1= 0,5 T * 0,0324 m2 Φ1= 0,0162 T m2

Por tanto, la magnitud de la fem inducida es:

ΔΦB= ΦB1– Φ2= 0,0162 T m – 0 = 0,0162 T m22

N = 200 vueltas.
Δt = 0,8 seg

Experimentos:

Materiales:

· 2 caños de aluminio de aproximadamente 2,5cm de diámetro.

· alambre de cobre.

· un multímetro (testar) analógico establecido en mili amperes.

· 2 imanes iguales.

· compuestos por varios más pequeños de tierras raras, pinzas tipo cocodrilo, un trozo de hilo y cinta adhesiva.

Procedimiento:

La construcción del experimento consiste en armar una bobina en torno a un tubo de aluminio, dejando los extremos libres. En este caso el alambre se enrolló tres veces a lo largo del caño, formando así tres bobinas, todas unidas entre sí, con el mismo trozo de alambre de cobre. El objetivo de esto es hacer más interesante la presentación en el aula, tema que explicaré luego con más profundidad. Luego se conectan los extremos del multímetro a los de la bobina.

La experiencia en sí se trata de observar lo que ocurre en el tester cuando se coloca el caño en posición vertical, y se deja caer el imán por su interior. Aquí se ha demostrado que la fuerza electromotriz inducida depende de la variación de flujo magnético, lo que no se ha demostrado aún es que depende también de la rapidez con que varía ese flujo dentro de la bobina. Para hacer visible esto, se ata el imán con un hilo, y se lo introduce a baja velocidad por la bobina.

El otro objetivo de este experimento, se observará al dejar caer los imanes al mismo tiempo, uno por el caño enrollado de alambre, y el otro por el caño sin enrollar

Los dos tubos de aluminio, uno con el bobinado y el otro sin él