|Laboratorio de Física básica Electricidad y Magnetismo APELLIDOS Y NOMBRES: FREDY OSCAR TURPO CHOQUE CUI:20213101 ESCUELA PROFESIONAL: INGENIERIA MECANICA FECHA:16/12/2022 HORARIO: 8:10-9:50 PM PROFESOR (A): ROBERTO JAIME SANZ ZEGARRA NOTA: PRACTICA Nº 8 LEY DE FARADAY A. COMPETENCIA Analizar, interpretar y describir la relación entre el cambio de flujo magnético y la fem inducida en espiras conductoras de corriente, usando un simulador interactivo con responsabilidad y ética. B. INFORMACIÓN TEÓRICA Uno de los fenómenos físicos que utilizamos con más frecuencia en equipos eléctricos es la inducción electromagnética. Este fenómeno consiste en obtener energía eléctrica a partir de variaciones de flujo magnético. Cuando circula una corriente eléctrica por un conductor se induce un campo magnético. Michael Faraday pensaba que se podría producir el proceso inverso, es decir, que un campo magnético produzca una corriente eléctrica y por lo tanto una diferencia de potencial. En 1831, descubre y publica la ley de inducción electromagnética. Esta ley afirma que, a partir de campos magnéticos variables respecto al tiempo, se pueden generar campos eléctricos y en consecuencia corrientes eléctricas. Cuando movemos un imán permanente por el interior de una espira de cobre, se genera de inmediato una Fem inducida en ella, es decir, aparece una corriente eléctrica fluyendo por la espira producida por la “inducción magnética” del imán en movimiento (Figura 1). Si el imán se mueve a través de un conjunto de espiras metálicas, una bobina, la intensidad de corriente aumenta. Esto significa que se produce una diferencia de potencial mayor. Figura 1: Representación gráfica de la ley de Lenz [1] [1] http://elfisicoloco.blogspot.com/2013/02/induccion-electromagnetica.html |Laboratorio de Física básica Electricidad y Magnetismo Suponga una bobina con N espiras idénticas. Si el flujo varía a la misma tasa a través de cada espira, la tasa total de cambio a través de todas las espiras es N veces más grande que para una sola espira. 𝜀 = −𝑁 𝑑Φ 𝑑𝑡 (1) (2) 𝑑(𝑁𝐵𝐴𝑐𝑜𝑠Ɵ) 𝜀=− 𝑑𝑡 Donde: 𝜀: Fuerza electromotriz inducida o corriente eléctrica inducida 𝑁: Número de espiras ɸ: Flujo magnético C. CUESTIONARIO PREVIO 1.Enuncie la ley de Inducción de Faraday para una espira y para N espiras. De una interpretación física de esta Ley La fem inducida es directamente proporcional a la rapidez con que cambia con el tiempo el flujo de campo magnético que atraviesa el área que encierra la espira. 𝜀∝ 𝑑Φ 𝑑𝑡 La fem también es proporcional al numero de vueltas de las espiras 𝜀 = −𝑁 𝑑Φ 𝑑𝑡 2.Un alambre de forma circular se encuentra en el interior de un campo magnético uniforme con el plano de la espira perpendicular a las líneas de flujo. ¿En qué circunstancias físicas se induce una corriente en la espira? Si tenemos una espira situada entre las piezas polares de un electroimán. El campo magnético varía con el tiempo. Verificaremos que el sentido de la corriente inducida está de acuerdo a la ley de Lenz y observaremos el comportamiento de la fem en función del tiempo. 3.Mencione algunas aplicaciones de la Ley de Faraday. Explicar cómo se aplica esta ley • • • Motores eléctricos: Relacionado con el generador está el motor eléctrico, en el cual lo que se hace es girar un electroimán (el rotor) en el interior del campo magnético creado por otros electroimanes (el estator). Haciendo que por el rotor circule una corriente alterna se puede conseguir una rotación continuada. Transformadores: Al estudiar los efectos de inducción de una bobina (primario) sobre otra (secundario) se obtiene que, en el caso ideal, el voltaje que resulta en el secundario es proporcional al voltaje del primario. Frenos magnéticos: Consiste en un electroimán que rodea a un disco metálico, unido rígidamente a la rueda que se desea frenar. [1] http://elfisicoloco.blogspot.com/2013/02/induccion-electromagnetica.html |Laboratorio de Física básica Electricidad y Magnetismo D. MATERIALES Y ESQUEMA 01 programa de simulación de laboratorio de electricidad (Phet). https://phet.colorado.edu/sims/html/faradays-law/latest/faradays-law_es_PE.html Figura 2: Representación gráfica del simulador a emplearse en la práctica virtual. [1] http://elfisicoloco.blogspot.com/2013/02/induccion-electromagnetica.html |Laboratorio de Física básica E. Electricidad y Magnetismo PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL ➢ Primera experiencia 1. Acceda al link proporcionado en el apartado C. 2. Colocar el imán en el centro sin moverlo con las líneas de campo magnético 3. Coloque el imán sobre la bobina (a una corta distancia) y comience a deslizarla de izquierda a derecha varias veces. 4. Coloque el imán sobre la bobina (a una larga distancia) y comience a deslizarla de izquierda a derecha varias veces. 5. Haga ingresar el imán por el extremo derecho de la bobina hasta el extremo izquierdo y viceversa. ➢ Segunda experiencia 1. 2. Invierta la polaridad del imán. Repita los pasos 2 al 4 de la primera experiencia. Habilite las líneas de campo y repita la primera y segunda experiencia. ➢ Tercera experiencia 1. Habilite la segunda bobina. 2. Repita el paso 4 de la primera experiencia. F. ANÁLISIS DE DATOS ➢ Primera experiencia 1. ¿Al colocar el imán en el centro de la bobina sin moverlo hay o no diferencia de potencial? Explique No hay diferencia de potencial, esto debido a que no hay variación de flujo magnético con respecto al tiempo 𝑑Φ =0 𝑑𝑡 𝑟𝑒𝑒𝑚𝑝𝑙𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑓𝑜𝑟𝑚𝑢𝑙𝑎 𝜀 = −𝑁 𝑑Φ = −𝑁 ∗ 0 = 0 𝑑𝑡 Como vemos la el potencial nos el valor de 0 2. ¿Qué diferencias observa al deslizar el imán sobre la bobina a corta y larga distancia? Justifique su respuesta. Cunado deslizamos el imán a una distancia corta se observa el área que atraviesa el campo magnético es mayor y debido a esto el cambio de flujo también aumenta, al aumentar el cambio del flujo magnético también aumenta la FEM inducida. Al alejar el imán podemos observar cómo son menos líneas de campo eléctrico las que pasan por el área encerrada por la expira, al suceder esto el cambio de flujo magnético con respecto al tiempo es menor, en consecuencia, la FEM inducida es menor. [1] http://elfisicoloco.blogspot.com/2013/02/induccion-electromagnetica.html |Laboratorio de Física básica 3. Electricidad y Magnetismo ¿Por qué se nota mayor diferencia de potencial en el voltímetro y mayor iluminación en la lámpara cuando el imán lo atraviesa? Justifique su respuesta Esto debido a que el área que atraviesan el campo magnético es mayor y con este tenemos mayor cambio del flujo magnético, entonces la FEM inducida será mayor es por esto que el foco tiene mayor iluminación ➢ Segunda experiencia 1. ¿Qué similitudes y que cambios se observan después de cambiar la polaridad del imán? Justifique su respuesta La FEM inducida es la misma, observe que solo cambia la dirección de la corriente producida por este. ➢ Tercera experiencia 1. Explique por qué se da mayor iluminación y diferencia de potencial en la bobina con mayor número de espiras. Justifique su respuesta Esto podemos justificar con la formula o la definición de la ley de Faraday, esta no dice el potencial eléctrico inducido es proporcional al numero de espiras, con esto tenemos que al tener menos espiras la FEM inducida será menor y viceversa si tenemos más espiras. G. H. CONCLUSIONES • La FEM inducida el proporcional al cambio del flujo con respecto al tiempo • La FEM inducida también es proporcional al numero de espiras • La FEM inducida será mayor cuando el imán pase a través de las espirales, esto debido a que le flujo es proporcional al área en consecuencia el cambio de flujo al mover el imán también será mayor. CUESTIONARIO FINAL 1. ¿La intensidad de corriente eléctrica inducida permanece constante cuando el imán atraviesa la bobina? Explique No, como vemos en el experimento el foco se prende y apaga, esto debido a que estamos moviendo constantemente el imán entonces la intensidad de corriente está subiendo y bajando por lo tanto no es constante 2. Cuando en un instante el flujo a través del circuito es cero, ¿puede existir una FEM inducida? Explique. Si, ya que la FEM no depende del flujo magnético como tal, sino depende del cambio de este a través del tiempo, es decir que puede llegar a cero y luego aumentar, solo tiene que haber un cambio de flujo magnético para que se produzca la FEM 3. ¿Qué relación existe entre la rapidez con que se mueve el imán con la generación de la fem inducida? [1] http://elfisicoloco.blogspot.com/2013/02/induccion-electromagnetica.html |Laboratorio de Física básica Electricidad y Magnetismo Tiene una relación directamente proporcional, como vimos en el experimento al dejar el imán en estado de reposo, ósea con velocidad 0, no existe FEM alguna, pero cuando vamos moviendo la FEM va aumentado, entonces si aumentamos la velocidad la FEM será mayor 4. Explicar el fenómeno de inducción magnética en los teléfonos móviles que se cargan inalámbricamente. Se produce por la creación de un campo electromagnético entre el dispositivo y el cargador. Ambos deben de tener una bobina de inducción electromagnética. El cargador, conectado a la luz, convierte la electricidad que recibe del enchufe en corriente alterna gracias a la bobina, creando así un campo magnético. En el dispositivo hay otra bobina, de tal forma que al situarlo encima del cargador, el campo magnético que produce el cargador pasa por la bobina del dispositivo. Para que esto funcione las bobinas deben quedar alineadas y coincidir, aunque en algunos cargadores se incorporan varias bobinas para que el teléfono no siempre tenga que estar centrado. I. BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL Autor Serway *Jewett Título Edición Física para ciencias e ingeniería con Séptima edición Física Moderna [1] http://elfisicoloco.blogspot.com/2013/02/induccion-electromagnetica.html Año 2007
