El flujo magnético a través de cualquier superficie colocada en un campo magnético se define como el número de líneas de fuerza magnéticas que cruzan normalmente la superficie. Se denota por ‘ⲫ’ y su unidad es weber (Wb). La inducción electromagnética es el fenómeno de producción de fem inducida debido a un cambio de flujo magnético (número de líneas de campo magnético) conectado a un circuito cerrado que se denomina inducción electromagnética.
experimentos de faraday
Experimento 1: Para hacer este experimento, Faraday tomó una bobina circular y la conectó con un galvanómetro y una barra magnética fuerte. Cuando el polo norte de la barra magnética se mueve hacia la bobina, el galvanómetro mostró una desviación hacia el lado derecho de la marca cero en el galvanómetro. Cuando el imán se aleja de la bobina nuevamente, mostró desviación pero en la dirección opuesta. De igual manera, el experimento se realiza con el polo sur de la barra magnética, nuevamente se observa la deflexión pero en dirección opuesta a la que muestra el polo norte de la barra magnética. Cuando el imán se mantiene estacionario cerca de la bobina, no se observa desviación en el galvanómetro.
Conclusión: a medida que el imán se acerca a la bobina, el flujo magnético aumenta, por lo tanto, se establece una corriente inducida en la bobina en una dirección. Cuando el imán se aleja de la bobina, el flujo magnético disminuye, por lo tanto, se establece una corriente inducida en la bobina en dirección opuesta. Cuando el imán se mantiene estacionario dentro de la bobina, el flujo magnético deja de cambiar, por lo tanto, la corriente inducida por la bobina se vuelve cero.
Experimento 2: En este experimento, la barra magnética se mantiene estacionaria y la bobina se mueve. Se observa el mismo resultado que en el experimento 1. Cuando el movimiento relativo entre el imán y la bobina es rápido, la deflexión en el galvanómetro es mayor y viceversa.
Experimento 3: Como puede ver en la siguiente figura. Dos bobinas primaria (p) y secundaria (s), están enrolladas sobre un soporte cilíndrico. La bobina primaria está conectada con una llave, un reóstato y una batería. El secundario está conectado con un galvanómetro. Cuando se presiona la tecla en la bobina primaria, el galvanómetro muestra desviación en una dirección. Cuando se suelta la tecla, nuevamente muestra desviación pero en la dirección opuesta. Cuando la tecla se mantiene presionada, la corriente constante fluye a través de las bobinas primarias, el galvanómetro no muestra ninguna desviación. Cuando la corriente en la bobina primaria aumenta con la ayuda del reóstato, la corriente inducida fluye en la bobina secundaria en la misma dirección que la bobina primaria.
Leyes de inducción electromagnética de Faraday
Primera ley: Establece que siempre que el flujo magnético está ligado a un cambio de circuito cerrado, se induce en él una fem que dura sólo mientras se produce el cambio de flujo. Si el circuito está cerrado, la corriente también se induce dentro del circuito, lo que se denomina «Corriente inducida».
Los campos magnéticos pueden ser cambiados por:
- Mover una barra magnética hacia o desde la bobina.
- Mover la bobina dentro del campo magnético o fuera del campo magnético.
- Rotación de la bobina en relación con el imán.
- Cambiar el área de una bobina colocada en el campo magnético.
Segunda ley: Establece que la magnitud de la fem inducida es igual a la tasa de cambio del flujo magnético vinculado con el circuito cerrado.
|∈| = dⲫ/dt
E = -N dⲫ/dt
E = -N (ⲫ 2 -ⲫ 1 )/t ⇢ («t» es tiempo)
ley de Lenz
Lenz afirma que la dirección de la corriente inducida en un circuito es tal que se opone al cambio en el flujo magnético. Lenz lleva el nombre del físico alemán “Emil Lenz”, quien la formuló en 1834. Es una ley científica que especifica la dirección de la corriente inducida pero no establece nada sobre su magnitud.
E = -N(d∅/dt) ⇢ (el signo negativo indica que la dirección de la fem inducida es tal que se opone al cambio en el flujo magnético)
Aplicaciones de la ley de Faraday
- Motores de inducción
- Transformadores
- Generadores electricos
- medidores de efecto hall
- Pinzas amperimétricas
- Cocina de inducción
- Soldadura por inducción
- Sellado por inducción
- Guitarra eléctrica y violín.
Problemas de muestra
Pregunta 1: El flujo magnético vinculado con una bobina cambia de 2 Wb a 0,2 Wb en 0,5 segundos. Calcular la fem inducida.
Responder:
Δⲫ = 0.2-2 = 1.8wb
Δt = 0,5 s
E = -(Δⲫ/Δt)
E= -1,8/0,5 voltios
E= -3,6 voltios
Por lo tanto, la fem inducida será de -3,6 voltios.
Pregunta 2: En una bobina de resistencia 200, se induce una corriente al cambiar el flujo magnético a través de ella, como se muestra en la figura. Calcule la magnitud del cambio en el flujo a través de la bobina.
Solución:
dq = – (N/R) dt
i= (1/R). (dq/dt)
Δⲫ = R.Δq
Δⲫ = 200 × (Área del gráfico circular)
Δⲫ = 200 × (1/2 × 20 × 0,5)
Δⲫ = 200 × 5
Δⲫ = 1000 Wb
Por lo tanto, la magnitud del cambio en el flujo es de 1000 Wb.
Pregunta 3: Calcular la fem inducida en el alambre. Cuando una pequeña pieza de alambre de metal se arrastró a través del espacio entre las piezas polares de un imán en 0,6 segundos. Se sabe que el flujo magnético entre las piezas polares es de 9 × 10 -4 Wb.
Solución:
dt=0,5 s
dⲫ = 9×10 -4 -0 = 9×10 -4 Wb
E = (dⲫ)/dt
E= (9×10 -4 )/0.6
E= 0,0036 V
Por lo tanto, la fem inducida 0.0036V
Pregunta 4: Un imán de barra cilíndrico se mantiene a lo largo del eje de la bobina circular. Dé la razón por la cual la corriente no se inducirá en la bobina si el imán gira alrededor de su eje.
Solución:
La corriente no inducirá, porque el flujo magnético vinculado con la bobina circular no cambia cuando se gira el imán.
Pregunta 5: ¿Por qué la fem inducida también se denomina fem de retorno?
Solución:
La fem inducida también se denomina fem inversa porque la fem inducida siempre se opone a cualquier cambio en la fem aplicada.
Pregunta 6: Indique la dirección en la que fluye la corriente inducida en el bucle de alambre cuando el imán se mueve hacia él, como se muestra en la figura.
Solución:
Cuando se ve desde el lado del imán, la corriente inducida fluye en sentido antihorario en el bucle.
Pregunta 7: ¿Por qué las bobinas de inductancia están hechas de cobre?
Solución:
El cobre tiene una resistencia pequeña, por lo que la configuración de corriente inducida será grande.
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Artículo escrito por 69406930ravi y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA