INDUCCION ELECTROMAGNETICA

INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICAINDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICAINDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICAINDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino

I. OBJETIVOS

� Comprobar la ley de Faraday, sobre corriente eléctrica inducida por un flujo

magnético variable.

II. FUNDAMENTO

Al circular una corriente eléctrica a través de un

eléctrico a su alrededor. Cabría entonces hacerse la siguiente pregunta:¿es posible

que un campo magnético genere corriente eléctrica?

Es necesario conocer el concepto de “flujo magnético”, para ello considerar una

superficie plana, de área A, colocado en un campo magnético uniforme B.

trazando una perpendicular a la superficie, designemos por

por dicha normal N, con el vector B, el flujo magnético

esta superficie se define por:

INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICAINDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICAINDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICAINDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA FISICA EXPERIMENTAL I


S

Comprobar la ley de Faraday, sobre corriente eléctrica inducida por un flujo

FUNDAMENTO TEORICO

Al circular una corriente eléctrica a través de un conductor, se genera un campo


que un campo magnético genere corriente eléctrica?


plana, de área A, colocado en un campo magnético uniforme B.

trazando una perpendicular a la superficie, designemos por θ el ángulo formado

por dicha normal N, con el vector B, el flujo magnético ( )φ que pasa

esta superficie se define por:

cos

:

1

1 1

BA

unidades

weber Teslaxm

Wb T m

φ θ=

=

= −

FISICA EXPERIMENTAL III

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Comprobar la ley de Faraday, sobre corriente eléctrica inducida por un flujo

conductor, se genera un campo



plana, de área A, colocado en un campo magnético uniforme B.

el ángulo formado

que pasa a través de

2

2

weber Teslaxm

Wb T m

φ θ

INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICAINDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICAINDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICAINDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA FISICA EXPERIMENTAL III


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Faraday observo que se producía una “corriente inducida” en un circuito, cuando

se produce una variación de flujo magnético a través del mismo. También pudo

concluir que el valor de la f.e.m. inducida era mayor cuanto más rápidamente se

produjera la variación de flujo a través del circuito. Para ser más precisos, hallo

que si durante un intervalo de tiempo t∆ , el flujo magnético atraviesa un circuito,

cambia en φ∆ , en dicho circuito existirá una f.e.m. inducida cuya magnitud esta

dad por:

Et

φ∆= −

∆

Si se considera una bobina de N espiras, entonces la expresión anterior se

convertirá en:

E N

t

φ∆= −

∆ N= número de espiras.

Heinrich Lenz, enuncio la ley que le permitió establecer el sentido de las corrientes

inducidas y dice: “la corriente eléctrica inducida en un circuito aparece siempre con

sentido tal, que el campo magnético que produce, tiende a oponerse a la variación

del flujo magnético que atraviesa dicho circuito”.

• Inducción electromagnética

Es el fenómeno que origina la producción de una fuerza electromotriz (f.e.m. o

voltaje) en un medio o cuerpo expuesto a un campo magnético variable, o bien en

φ∆ = variación de flujo magnético.

t∆ = intervalo de tiempo

E = f.e.m. inducida.



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un medio móvil respecto a un campo magnético estático. Es así que, cuando dicho

cuerpo es un conductor, se produce una corriente inducida. Este fenómeno fue

descubierto por Michael Faraday quién lo expresó indicando que la magnitud del

voltaje inducido es proporcional a la variación del flujo magnético (Ley de Faraday).

El descubrimiento de Oersted según el cual las cargas

en movimiento interaccionan con los imanes y el descubrimiento posterior de que

los campos magnéticos ejercen fuerzas sobre corrientes eléctricas, no solo

mostraba la reacción entre dos fenómenos físicos hasta entonces independientes,

sino también porque podría ser un camino para producir corrientes eléctricas de

un modo más barato que con la pila de volta. Faraday fue el que obtuvo primeros

resultados positivos en la producción de corrientes eléctricas mediante campos

magnéticos.

• Leyes De Faraday Y De Lenz

Faraday descubrió que cuando un conductor es atravesado por un flujo magnético

variable, se genera en él una fuerza electromotriz inducida que da lugar a una

corriente eléctrica.

El sistema que generaba la corriente (el imán en nuestra experiencia) se llama

inductor y el circuito donde se crea la corriente, inducido (la bobina en nuestro

caso).

Este fenómeno de inducción electromagnética se rige por dos leyes, una de tipo

cuantitativo conocida con el nombre de ley de Faraday y otra de tipo cualitativo o

ley de Lenz.

El sentido de la fuerza electromotriz inducida es tal que la corriente que crea

tiende mediante sus acciones electromagnéticas, a oponerse a la causa que la

produce.



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Faraday observo que la intensidad de la corriente inducida es mayor cuanto más

rápidamente cambie el número de líneas de fuerza que atraviesan el circuito. (En

nuestro caso cuanto mayor es la velocidad del imán o de la bobina, mayor es la

intensidad de la corriente se crea en esta última) Este hecho experimental está

reflejado en la ley que se enuncia: La fuerza electromotriz e inducida en un circuito

es directamente proporcional a la velocidad con que cambia el flujo que atraviesa

el circuito.

• Campo magnético

Se puede definir el campo magnético como la región del espacio donde se

manifiestan acciones sobre las agujas magnéticas.

Una carga en movimiento crea en el espacio que lo rodea, un campo magnético

que actuara sobre otra carga también móvil, y ejercerá sobre esta última una

fuerza magnética.

• Campo de fuerzas magnéticas

Las limaduras y alfileres de hierro, dejados sobre una mesa, se mueven cuando se

les acerca un imán. Si dicho imán se acerca a una brújula, la aguja se desvía estas y

otras más demuestran que el espacio alrededor del imán adquiere propiedades

especiales, ya que el imán es capaz de ejercer fuerzas en su entorno, es decir, el

imán crea un campo de fuerzas. Según esto, en el campo gravitatorio la fuerza se

manifiesta sobre una masa, y en el campo eléctrico sobre una carga eléctrica. En el

campo magnético no se dice sobre un polo magnético, sino sobre una aguja

magnética o limaduras que siempre poseen dos polos. Esto es debido a que si se

parte una aguja magnética o cualquier otro imán por su línea neutra, se

comprueba que cada una de las partes se comporta como un nuevo imán.

Si se siguen subdividiendo los nuevos imanes, todos los fragmentados obtenidos

actúan como un imán, con sus polos norte y sur bien diferenciados. Es decir en un



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imán no es posible separar dos polos magnéticos. Se puede definir el campo

magnético como la región del espacio donde se manifiestan acciones sobre las

agujas magnéticas.

La inducción electromagnética es la producción de corrientes eléctricas por

campos magnéticos variables con el tiempo. El descubrimiento por Faraday y

Henry de este fenómeno introdujo una cierta simetría en el mundo

del electromagnetismo. Maxwell consiguió reunir en una sola teoría los

conocimientos básicos sobre la electricidad y el magnetismo. Su teoría

electromagnética predijo, antes de ser observadas experimentalmente, la

existencia de ondas electromagnéticas. Hertz comprobó su existencia e inició para

la humanidad la era de las telecomunicaciones.

El descubrimiento, debido a Oersted, de que una corriente eléctrica produce un

campo magnético estimuló la imaginación de los físicos de la época y multiplicó el

número de experimentos en busca de relaciones nuevas entre la electricidad y

el magnetismo. En ese ambiente científico pronto surgiría la idea inversa de

producir corrientes eléctricas mediante campos magnéticos. Algunos físicos

famosos y otros menos conocidos estuvieron cerca de demostrar

experimentalmente que también la naturaleza apostaba por tan atractiva idea.

Pero fue Faraday el primero en precisar en qué condiciones podía ser observado

semejante fenómeno. A las corrientes eléctricas producidas mediante campos

magnéticos Faraday las llamó corrientes inducidas. Desde entonces al fenómeno

consistente en generar campos eléctricos a partir de campos

magnéticos variables se denomina inducción electromagnética.

La inducción electromagnética constituye una pieza destacada en ese sistema de

relaciones mutuas entre electricidad y magnetismo que se conoce con el nombre

de electromagnetismo. Pero, además, se han desarrollado un sin número de

aplicaciones prácticas de este fenómeno físico. El transformador que se emplea



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para conectar una calculadora a la red, la dinamo de una bicicleta o el alternador

de una gran central hidroeléctrica son sólo algunos ejemplos que muestran la

deuda que la sociedad actual tiene contraída con ese modesto encuadernador

convertido, más tarde, en físico experimental que fue Michael Faraday.

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. Si 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 última 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.

Una carga eléctrica crea un campo eléctrico. Una carga eléctrica en movimiento

crea además un campo magnético. Para expresar la existencia de dos campos,

diremos que la corriente eléctrica crea un campo electromagnético.

El electromagnetismo estudia las relaciones entre corrientes eléctricas y

fenómenos magnéticos.



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La similitud que existe entre el comportamiento de los imanes y las cargas

eléctricas sugiere la posibilidad de que exista una relación de los fenómenos

eléctricos y magnéticos.

En 1820 el físico y químico Hans Christian Oersted, consiguió demostrar la relación

existente entre ellos, así que realizo una práctica.

De esta experiencia llego a una conclusión evidente: un conductor por el que

circula una corriente eléctrica crea un campo magnético.

Oersted comprobó también que cuanto más grande era la intensidad de corriente,

mayor era la velocidad de desviación de la aguja imantada, y el conductor, para

un valor de intensidad constante, mayor era la desviación experimentada por la

aguja.

• Flujo magnético

Las corrientes eléctricas producen efectos magnéticos. Una corriente

eléctrica ( )j rr r

produce un campo magnético ( )B rur r

Una pregunta que surge en

forma natural es si es posible que algún fenómeno magnético produzca también

un fenómeno eléctrico. Faraday (1831) descubrió que los efectos buscados

aparecen como consecuencia de la variación temporal de los campos magnéticos.

Antes de discutir los resultados de Faraday, definamos el concepto de flujo

magnético.

Es el flujo magnético que atraviesa una superficie S. El flujo magnético tiene varias

propiedades interesantes,

� El flujo a través de una superficie cerrada cualquiera es siempre cero.

� Debido a lo anterior, el flujo a través de una superficie S abierta no depende

de su forma, sino sólo de la curva que lo limita.

� El hecho anterior puede hacerse explícito.



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III. PROCEDIMIENTO

1. Instale el equipo como se muestra en la fig.2; utilizar la bobina de 200 espiras.

2. Conectar el amperímetro a la escala de 0,5 m

3. Introduzca el imán en la bobina con cierta velocidad, y retírelo con la “misma

rapidez”. Anote las observaciones.

Lo que se puede observar es que el multímetro empieza a captar electricidad

generada por la bobina y empieza a marcar la cantidad de corriente generada.

4. Repita el procedimiento anterior pero introduciendo el otro extremo del imán.

Anote sus observaciones.

Se puede observar que se genera la misma cantidad que el otro extremo no

hay variación con respecto a la generada anteriormente.

5. Aumente la velocidad y repita los procedimientos 3 y 4. Anote sus

observaciones.



Se puede observar que no hay cambios en el multímetro es decir que en el

tiempo que se ha ejecutado es

inducida.

7. Cambie la bobina por el del siguiente número de espiras y realice los

procedimientos 3 y 4.Anote sus observaciones y las lecturas del m A para cada

bobina.

Se puede observar que lo que genera es

trabajado.



Se puede observar que hay una relación

directamente proporcional a mayor

velocidad mayor corriente inducida que

genera.

6. Mantenga el imán fijo sobre la mesa

en posición vertical, tome la bobina con la

mano y muévala hasta que el imán se

introduzca en la bobina. Luego retírelo.

Anote sus observaciones.


tiempo que se ha ejecutado este procedimiento no se ha generado corriente

Cambie la bobina por el del siguiente número de espiras y realice los


Se puede observar que lo que genera es similar reacción en lo anteriormente


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Se puede observar que hay una relación

directamente proporcional a mayor

velocidad mayor corriente inducida que

Mantenga el imán fijo sobre la mesa

en posición vertical, tome la bobina con la

mano y muévala hasta que el imán se

introduzca en la bobina. Luego retírelo.


te procedimiento no se ha generado corriente

Cambie la bobina por el del siguiente número de espiras y realice los


similar reacción en lo anteriormente



IV. MATERIALES

1 multímetro



MATERIALES

Bobinas de 100, 200 y

1000 espiras

1 multímetro

Imanes rectos


10

Bobinas de 100, 200 y

1000 espiras

Imanes rectos



V. CUESTIONARIO

1. ¿Podría afirmarse que de acuerdo a los procedimientos 3 y 7, el valor

de la corriente inducida es proporcional al número de espiras?

Si porque debido a que mayor sea el número de espiras mayor será la

corriente inducida por tanto el campo magnético es

mayores cantidades de filamentos.

2. Cuando el imán se encuentra dentro de la bob

reposo. ¿Existe corriente inducida?

No. Porque el campo magnético esta estático y no pasa o gira alrededor de

las espiras de cobre.

3. Si los experimentos los hubiesen realizado con una bobina 50 veces

mayor en número de espiras que la primera. ¿Q

Cables de

conexiones



CUESTIONARIO

odría afirmarse que de acuerdo a los procedimientos 3 y 7, el valor



corriente inducida por tanto el campo magnético es capaz de atravesar

mayores cantidades de filamentos.

uando el imán se encuentra dentro de la bobina, estando ambas en

xiste corriente inducida?


las espiras de cobre.

los experimentos los hubiesen realizado con una bobina 50 veces

ro de espiras que la primera. ¿Qué observaras?

Cables de

conexiones


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odría afirmarse que de acuerdo a los procedimientos 3 y 7, el valor



capaz de atravesar

ina, estando ambas en


los experimentos los hubiesen realizado con una bobina 50 veces

ué observaras?



Se generaría mayor electricidad debido a que el campo magnético atraviesa

un número mayor de espiras generando mayor corriente in

4. ¿Cómo explicaría dicha observación?

El campo magnético se observa una relación directa mayor cantidad de

espiras mayor será la corriente inducida, debido a que al haber mayor

cantidad de espiras que atraviesan dicho campo y generan mayor corrient

5. ¿En qué casos entonces seria cierta siempre la ley de faraday?

En los casos en que se aplique una velocidad al imán generando así que su

campo magnético atraviese una y otra vez las espiras y no este estático.

6. Construya un gráfico de las variaciones del flujo en

lecturas en el mA.




un número mayor de espiras generando mayor corriente inducida.

ómo explicaría dicha observación?



cantidad de espiras que atraviesan dicho campo y generan mayor corrient

n qué casos entonces seria cierta siempre la ley de faraday?



un gráfico de las variaciones del flujo en


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ducida.



cantidad de espiras que atraviesan dicho campo y generan mayor corriente.

n qué casos entonces seria cierta siempre la ley de faraday?



un gráfico de las variaciones del flujo en función de las



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7. ¿Qué relación empírica existe entre la variación de flujo y la intensidad

de corriente inducida?

La relación es directamente proporcional.

8. Explique los procedimientos para determinar, por medición, la

resistencia total RT de las resistencias conectadas en paralelo.

Hay una relación directamente proporcional a mayor velocidad a mayor

velocidad que cambie el flujo del magnetismo mayor será la corriente o la

fuerza electromotriz.

Para empezar decir que la corriente inducida aparece si existe un campo

magnético variable o si varía la superficie que atraviesa el campo o también

si varía el ángulo entre el campo y el vector superficie.

La ley de Faraday nos dice que la fuerza electromotriz inducida es la

velocidad con que varía el flujo magnético con el tiempo, por lo tanto:

Dónde:

E = fuerza electromotriz inducida

N = número de espiras

Ѳ = flujo

t = tiempo

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