INDUCCION ELECTROMAGNETICA

INDUCCIN ELECTROMAGNTICAINDUCCIN ELECTROMAGNTICAINDUCCIN ELECTROMAGNTICAINDUCCIN ELECTROMAGNTICA

Toribio Crdova / Job Abanto / Juan Aquino

I. OBJETIVOS

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

magntico variable.

II. FUNDAMENTO

Al circular una corriente elctrica a travs de un

elctrico a su alrededor. Cabra entonces hacerse la siguiente pregunta:es posible

que un campo magntico genere corriente elctrica?

Es necesario conocer el concepto de flujo magntico, para ello considerar una

superficie plana, de rea A, colocado en un campo magntico uniforme B.

trazando una perpendicular a la superficie, designemos por

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

esta superficie se define por:

INDUCCIN ELECTROMAGNTICAINDUCCIN ELECTROMAGNTICAINDUCCIN ELECTROMAGNTICAINDUCCIN ELECTROMAGNTICA FISICA EXPERIMENTAL I


S


FUNDAMENTO TEORICO

Al circular una corriente elctrica a travs de un conductor, se genera un campo


que un campo magntico genere corriente elctrica?


plana, de rea A, colocado en un campo magntico uniforme B.

trazando una perpendicular a la superficie, designemos por el ngulo formado

por dicha normal N, con el vector B, el flujo magntico ( ) que pasaesta superficie se define por:

cos

:

11 1

BAunidadesweber TeslaxmWb T m

=

=

=

FISICA EXPERIMENTAL III

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conductor, se genera un campo



plana, de rea A, colocado en un campo magntico uniforme B.

el ngulo formado

que pasa a travs de

2

2

weber TeslaxmWb T m

INDUCCIN ELECTROMAGNTICAINDUCCIN ELECTROMAGNTICAINDUCCIN ELECTROMAGNTICAINDUCCIN ELECTROMAGNTICA FISICA EXPERIMENTAL III


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Faraday observo que se produca una corriente inducida en un circuito, cuando

se produce una variacin de flujo magntico a travs del mismo. Tambin pudo

concluir que el valor de la f.e.m. inducida era mayor cuanto ms rpidamente se

produjera la variacin de flujo a travs del circuito. Para ser ms precisos, hallo

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

cambia en , en dicho circuito existir una f.e.m. inducida cuya magnitud esta dad por:

Et

=

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

convertir en:

E N

t

=

N= nmero de espiras.

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

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

sentido tal, que el campo magntico que produce, tiende a oponerse a la variacin

del flujo magntico que atraviesa dicho circuito.

Induccin electromagntica

Es el fenmeno que origina la produccin de una fuerza electromotriz (f.e.m. o

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

= variacin de flujo magntico. t = intervalo de tiempo

E = f.e.m. inducida.



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un medio mvil respecto a un campo magntico esttico. Es as que, cuando dicho

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

descubierto por Michael Faraday quin lo expres indicando que la magnitud del

voltaje inducido es proporcional a la variacin del flujo magntico (Ley de Faraday).

El descubrimiento de Oersted segn el cual las cargas

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

los campos magnticos ejercen fuerzas sobre corrientes elctricas, no solo

mostraba la reaccin entre dos fenmenos fsicos hasta entonces independientes,

sino tambin porque podra ser un camino para producir corrientes elctricas de

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

resultados positivos en la produccin de corrientes elctricas mediante campos

magnticos.

Leyes De Faraday Y De Lenz

Faraday descubri que cuando un conductor es atravesado por un flujo magntico

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

corriente elctrica.

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

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

caso).

Este fenmeno de induccin electromagntica 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 electromagnticas, a oponerse a la causa que la

produce.



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

rpidamente cambie el nmero de lneas de fuerza que atraviesan el circuito. (En

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

intensidad de la corriente se crea en esta ltima) Este hecho experimental est

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 magntico

Se puede definir el campo magntico como la regin del espacio donde se

manifiestan acciones sobre las agujas magnticas.

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

que actuara sobre otra carga tambin mvil, y ejercer sobre esta ltima una

fuerza magntica.

Campo de fuerzas magnticas

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

les acerca un imn. Si dicho imn se acerca a una brjula, la aguja se desva estas y

otras ms demuestran que el espacio alrededor del imn adquiere propiedades

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

imn crea un campo de fuerzas. Segn esto, en el campo gravitatorio la fuerza se

manifiesta sobre una masa, y en el campo elctrico sobre una carga elctrica. En el

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

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

parte una aguja magntica o cualquier otro imn por su lnea neutra, se

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

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

actan como un imn, con sus polos norte y sur bien diferenciados. Es decir en un



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imn no es posible separar dos polos magnticos. Se puede definir el campo

magntico como la regin del espacio donde se manifiestan acciones sobre las

agujas magnticas.

La induccin electromagntica es la produccin de corrientes elctricas por

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

Henry de este fenmeno introdujo una cierta simetra en el mundo

del electromagnetismo. Maxwell consigui reunir en una sola teora los

conocimientos bsicos sobre la electricidad y el magnetismo. Su teora

electromagntica predijo, antes de ser observadas experimentalmente, la

existencia de ondas electromagnticas. Hertz comprob su existencia e inici para

la humanidad la era de las telecomunicaciones.

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

campo magntico estimul la imaginacin de los fsicos de la poca y multiplic el

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

el magnetismo. En ese ambiente cientfico pronto surgira la idea inversa de

producir corrientes elctricas mediante campos magnticos. Algunos fsicos

famosos y otros menos conocidos estuvieron cerca de demostrar

experimentalmente que tambin la naturaleza apostaba por tan atractiva idea.

Pero fue Faraday el primero en precisar en qu condiciones poda ser observado

semejante fenmeno. A las corrientes elctricas producidas mediante campos

magnticos Faraday las llam corrientes inducidas. Desde entonces al fenmeno

consistente en generar campos elctricos a partir de campos

magnticos variables se denomina induccin electromagntica.

La induccin electromagntica constituye una pieza destacada en ese sistema de

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

de electromagnetismo. Pero, adems, se han desarrollado un sin nmero de

aplicaciones prcticas de este fenmeno fsico. 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 hidroelctrica son slo algunos ejemplos que muestran la

deuda que la sociedad actual tiene contrada con ese modesto encuadernador

convertido, ms tarde, en fsico experimental que fue Michael Faraday.

Cuando movemos un imn 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 elctrica

fluyendo por las espiras de la bobina, producida por la "induccin magntica" del

imn en movimiento. Si al circuito de esa bobina (A) le conectamos una segunda

bobina (B) a modo de carga elctrica, la corriente al circular por esta otra bobina

crea a su alrededor un "campo electromagntico", capaz de inducir, a su vez,

corriente elctrica en una tercera bobina.

Por ejemplo, si colocamos una tercera bobina solenoide (C) junto a la bobina (B),

sin que exista entre ambas ningn tipo de conexin ni fsica, ni elctrica y

conectemos al circuito de esta ltima un galvanmetro (G), observaremos que

cuando movemos el imn por el interior de (A), la aguja del galvanmetro se

mover indicando que por las espiras de (C), fluye corriente elctrica provocada,

en este caso, por la "induccin electromagntica" que produce la bobina (B). Es

decir, que el "campo magntico" del imn en movimiento produce "induccin

magntica" en el enrollado de la bobina (B), mientras que el "campo

electromagntico" que crea la corriente elctrica que fluye por el enrollado de esa

segunda bobina produce "induccin electromagntica" en una tercera bobina.

Una carga elctrica crea un campo elctrico. Una carga elctrica en movimiento

crea adems un campo magntico. Para expresar la existencia de dos campos,

diremos que la corriente elctrica crea un campo electromagntico.

El electromagnetismo estudia las relaciones entre corrientes elctricas y

fenmenos magnticos.



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

elctricas sugiere la posibilidad de que exista una relacin de los fenmenos

elctricos y magnticos.

En 1820 el fsico y qumico Hans Christian Oersted, consigui demostrar la relacin

existente entre ellos, as que realizo una prctica.

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

circula una corriente elctrica crea un campo magntico.

Oersted comprob tambin que cuanto ms grande era la intensidad de corriente,

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

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

aguja.

Flujo magntico

Las corrientes elctricas producen efectos magnticos. Una corriente

elctrica ( )j rr r

produce un campo magntico ( )B rur r

Una pregunta que surge en

forma natural es si es posible que algn fenmeno magntico produzca tambin

un fenmeno elctrico. Faraday (1831) descubri que los efectos buscados

aparecen como consecuencia de la variacin temporal de los campos magnticos.

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

magntico.

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

propiedades interesantes,

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

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

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

El hecho anterior puede hacerse explcito.



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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 ampermetro a la escala de 0,5 m

3. Introduzca el imn en la bobina con cierta velocidad, y retrelo con la misma

rapidez. Anote las observaciones.

Lo que se puede observar es que el multmetro 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 imn.

Anote sus observaciones.

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

hay variacin 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 multmetro es decir que en el

tiempo que se ha ejecutado es

inducida.

7. Cambie la bobina por el del siguiente nmero 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 relacin

directamente proporcional a mayor

velocidad mayor corriente inducida que

genera.

6. Mantenga el imn fijo sobre la mesa

en posicin vertical, tome la bobina con la

mano y muvala hasta que el imn se

introduzca en la bobina. Luego retrelo.

Anote sus observaciones.


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

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


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


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Se puede observar que hay una relacin

directamente proporcional a mayor

velocidad mayor corriente inducida que

Mantenga el imn fijo sobre la mesa

en posicin vertical, tome la bobina con la

mano y muvala hasta que el imn se

introduzca en la bobina. Luego retrelo.


te procedimiento no se ha generado corriente

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


similar reaccin en lo anteriormente



IV. MATERIALES

1 multmetro



MATERIALES

Bobinas de 100, 200 y

1000 espiras

1 multmetro

Imanes rectos


10

Bobinas de 100, 200 y

1000 espiras

Imanes rectos



V. CUESTIONARIO

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

de la corriente inducida es proporcional al nmero de espiras?

Si porque debido a que mayor sea el nmero de espiras mayor ser la

corriente inducida por tanto el campo magntico es

mayores cantidades de filamentos.

2. Cuando el imn se encuentra dentro de la bob

reposo. Existe corriente inducida?

No. Porque el campo magntico esta esttico 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 nmero de espiras que la primera. Q

Cables de

conexiones



CUESTIONARIO

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



corriente inducida por tanto el campo magntico es capaz de atravesar

mayores cantidades de filamentos.

uando el imn 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. Qu observaras?

Cables de

conexiones


11

odra 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

u observaras?



Se generara mayor electricidad debido a que el campo magntico atraviesa

un nmero mayor de espiras generando mayor corriente in

4. Cmo explicara dicha observacin?

El campo magntico se observa una relacin directa mayor cantidad de

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

cantidad de espiras que atraviesan dicho campo y generan mayor corrient

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

En los casos en que se aplique una velocidad al imn generando as que su

campo magntico atraviese una y otra vez las espiras y no este esttico.

6. Construya un grfico de las variaciones del flujo en

lecturas en el mA.




un nmero mayor de espiras generando mayor corriente inducida.

mo explicara dicha observacin?



cantidad de espiras que atraviesan dicho campo y generan mayor corrient

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



un grfico de las variaciones del flujo en


12


ducida.



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

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



un grfico de las variaciones del flujo en funcin de las



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7. Qu relacin emprica existe entre la variacin de flujo y la intensidad

de corriente inducida?

La relacin es directamente proporcional.

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

resistencia total RT de las resistencias conectadas en paralelo.

Hay una relacin directamente proporcional a mayor velocidad a mayor

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

fuerza electromotriz.

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

magntico variable o si vara la superficie que atraviesa el campo o tambin

si vara el ngulo entre el campo y el vector superficie.

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

velocidad con que vara el flujo magntico con el tiempo, por lo tanto:

Dnde:

E = fuerza electromotriz inducida

N = nmero de espiras

= flujo

t = tiempo

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