INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

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Mila

Inducción electromagnética
ÍNDICE T-9 INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Los experimentos de Faraday Flujo magnético Ley de Lenz Ley de Faraday-Lenz Experimento de Henry Autoinducción Inducción mutua Ecuaciones de Maxwell y ondas electromagnéticas 31 Enlace a ejercicios resueltos Bibliografía

EXPERIMENTOS DE FARADAY 2º Experimento de Faraday 1º Experimento de Faraday Al conectar el interruptor se induce una corriente eléctrica en la segunda bobina. Las corrientes en las dos bobinas circulan en sentidos contrarios. Al desconectar el interruptor se induce de nuevo una corriente eléctrica en la segunda bobina. Ahora la corriente inducida tiene sentido opuesto a la del caso anterior. Se induce corriente en la segunda bobina mientras aumenta o disminuye la intensidad de corriente en la primera bobina, pero no mientras se mantiene constante la corriente. Si acercamos el imán a la bobina, aparece una corriente inducida en ella durante el movimiento del imán. El sentido de la corriente inducida en la bobina se invierte si alejamos el imán. Con la bobina y el imán fijos no se observa corriente inducida. Se obtienen los mismos resultados si se mantiene fijo el imán y movemos la bobina. Conclusión: Esto demuestra que la inducción de corriente eléctrica en un circuito es debida a campos magnéticos variables.

La inducción electromagnética consiste en la aparición de una corriente eléctrica en un circuito cuando varía el número de líneas de inducción magnética que lo atraviesan. Inductor Circuito inducido Agente que crea el campo magnético variable (un imán en movimiento, un circuito eléctrico de intensidad variable,…). Si se trata de un circuito, también recibe el nombre de circuito primario. Circuito donde aparece la corriente inducida. También se le denomina circuito secundario.

FLUJO MAGNÉTICO El flujo magnético es positivo cuando las líneas de inducción salen de la superficie y es negativo cuando entran en esta.

LEY DE LENZ ¿Qué sabemos hasta ahora? Experimentos de Faraday Flujo magnético Según la expresión del flujo se puede inducir una corriente en un circuito si varía: el módulo de B, la orientación entre B y S y el área de la superficie. La variación del número de líneas de inducción magnética que atraviesa un circuito genera una corriente eléctrica. La inducción de corriente eléctrica en un circuito es debida a la variación de flujo magnético a través del circuito. ¿Cuál es el sentido de esa corriente inducida en el circuito?

movimiento

Fuerza electromotriz o fem, ε, de un generador, es el trabajo que realiza el generador por unidad de carga eléctrica o, lo que es lo mismo, la energía que proporciona a la unidad de carga. Su unidad en el SI es el voltio (V). También se puede hablar de ddp inducida. ε = El signo negativo nos indica que la fuerza electromotriz inducida se opone a la variación del flujo magnético (Ley de Lenz)

Ejemplo 1: Ley de Faraday-Lenz ¿Cómo podría calcular el campo magnético inducido por esa corriente en el centro de la bobina? Ley de Ohm

Ejemplo 2: Dibujos: a) b) Datos iniciales: (Sácalos del enunciado)

Ejemplo 3: Datos y dibujo: 1ª Parte a) b) c) 2ª Parte ¿Por qué resolvemos el problema así, en función de ε?

Ejemplo 4:

EXPERIMENTO DE HENRY Antecedentes: Sabemos que si sobre un conductor que lleva una determinada corriente actúa un campo magnético perpendicular, aparece la fuerza de Lorentz, haciendo que el conductor se mueva (flecha amarilla). Experimento de Henry: Henry observó que si un conductor (varilla móvil) lo hacemos mover (flecha negra) perpendicularmente a un campo magnético, aparece una diferencia de potencial entre los extremos del conductor. Como al mover el conductor el número de líneas de campo magnético varía se induce una corriente que tendrá distinto sentido dependiendo del sentido en el que movamos el conductor (varilla móvil).

EXPLICACIÓN DEL EXPERIMENTO DE HENRY Descubrió de forma simultánea e independiente de Faraday, que un campo magnético variable induce una fuerza electromotriz. La importancia del experimento de Henry radica en que la fuerza electromotriz inducida puede ser explicada por la ley de Lorentz, es decir, por las fuerzas que el campo magnético ejercen sobre las cargas del conductor. 1º Explicación del experimento de Henry según la Ley de Lorentz: Si un conductor se mueve perpendicularmente a un campo magnético, aparece una diferencia de potencial entre los extremos del conductor. ¿Por qué? Al aplicar la Ley de Lorenz a los electrones estos se acumulan en la parte superior del conductor y la positiva en la parte inferior. Esto origina un campo eléctrico a lo largo del conductor. La separación de carga cesará cuando la Fuerza magnética quede compensada con la Fuerza eléctrica que se opone a tal separación. L Conclusión: Aparece una fuerza electromotriz inducida, ΔV = ε Y fuerza eléctrica Fe = q · E

2º Explicación del experimento de Henry según la Ley de Faraday-Lenz: Veremos que aplicando la ley de Faraday a una barra conductora que se está moviendo sobre un conductor en forma de U se obtiene la misma expresión matemática que Henry para la fuerza electromotriz inducida, y que, además, aparece una fuerza magnética sobre la barra móvil que se opone a su movimiento Inicialmente Al moverse la barra el flujo varía porque varía la superficie, apareciendo una fem. Por consiguiente, aparece una corriente inducida contraria al movimiento de los electrones.

Ejemplo 5: Datos y dibujos: La espira debe generar un campo contrario al aumento de las líneas de campo, porque ha ido entrando en el campo magnético. Luego si el campo existente va hacia –k, el inducido debe ir hacia +k, por lo que la intensidad debe ir hacia +j (regla de la mano derecha), todo esto en aplicación de la ley de Lenz.

Consecuencias sobre la varilla: Una vez acoplada la varilla en movimiento sobre el circuito, y generada una corriente eléctrica de cierta intensidad con sentido contrario al movimiento de los electrones, aparece una fuerza (Fm) que se opone al avance del conductor (Ley de Lorentz): ¿Cuál sería el símil para un coche que moviéndose a velocidad constante entra en una calzada muy rugosa? Conclusión: Se necesita realizar un trabajo mecánico sobre el conductor para obtener la energía eléctrica de la corriente inducida.

Ejemplo 6:

Ejemplo 7:

Ejemplo 8:

Inducción mutua

Aplicaciones de inducción mutua: el Transformador

Ejemplo 9:

Ejemplo 10: Datos:

Más ejemplos en estos enlaces:

BIBLIOGRAFÍA Para ver el tema desde las leyes: Ley Faraday-Lenz: Fuerza electromotriz inducida (animación): Física 2º Bachillerato, Ed. Edebé, 2010

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