UNIVERSIDAD NACIONAL JOSÉ FAUSTINO SÁNCHEZ CARRIÓN FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL LABORATORIO VIRTUAL DE LA LEY DE FARADAY FÍSICA II INTEGRANTES: CASTILLO CERNA MARELY ROXANA COLLAZOS VENTOCILLA GROBER FLORES ELIZALDE ANTHONY ANDREY GARCÍA GUARDAMINO JOSUÉ ALBERTO GUTIERREZ NAMUCHE MILCO DANIEL HUAMÁN MARTEL HAROL MATEO MORENO CACHAY NELSON DAVID DOCENTE: Dr. TELLO RODRÍGUEZ ENRIQUE FERNANDO HUACHO – PERÚ 2023 Ley de Faraday INTRODUCCIÓN: En el presente informe se estudiará el fenómeno de la inducción electromagnética basada en los conocimientos desarrollado por Faraday, en base a eso comprobaremos experimentalmente la ley de Faraday. OBJETIVO: El objetivo del informe es que en función a la simulación en Phet, analizar la interacción entre las variables implicadas en la inducción magnética y verificar experimentalmente el comportamiento del imán con la bobina. Para esto se buscó la bibliografía necesaria para el buen entendimiento del tema y sea desarrollado de la mejor manera, posterior a ello se realizó el trabajo de simulación en Phet de manera que se ven distintas situaciones y se pueda obtener la información requerida para la comprobación experimental de la ley de Faraday. MARCO TEÓRICO: Flujo magnético De esta forma el flujo magnético a través de una superficie arbitraria puede escribirse como el producto escalar entre el campo magnético → y el vector →. La 𝐵 𝑆 figura muestra la situación planteada. Así el flujo magnético queda determinado por: 𝜙 = →∙ → …(1) 𝐵 𝑆 ∅ = 𝐵𝑆 cos 𝜃 La unidad del flujo magnético será Weber (Wb) Si el campo no es uniforme, o la superficie no es plana, no podremos aplicar la expresión (1) para calcular el flujo. Por otro lado, muchas veces será necesario calcular el flujo magnético que atraviesa un conductor, por ejemplo, una espira. Si el campo magnético, o el área, varía en el tiempo, se puede observar que tendremos un flujo variable en el tiempo. Ley de Lenz En la experiencia de Faraday la causa que produce la corriente inducida cuando se acerca el imán es el aumento de la intensidad del campo magnético. En este caso la corriente inducida es tal que tiende a crear un campo magnético contrario, que hace que disminuya el campo inductor. Cuando alejamos el imán se produce una disminución en la intensidad del campo. La corriente que se induce tiene un sentido tal que origina un campo que refuerza al campo inductor. En la experiencia de Henry la causa que produce la corriente inducida es el desplazamiento del conductor (hacia la derecha en la figura). En este caso la corriente inducida es tal que el campo magnético ejerce sobre las cargas que circulan por el conductor móvil una fuerza que tiene a dificultar su desplazamiento (hacia la izquierda en la figura Ley de Faraday - Henry Ley de Faraday-Henry La fuerza electromotriz inducida es igual, y de signo contrario, a la rapidez con que varía el flujo magnético. 𝜖=− Δ∅ Δ𝑡 Para una variación de flujo no uniforme la fuerza electromotriz viene dada por menos la derivada 𝜖=− 𝑑∅ 𝑑𝑇 PROCEDIMIENTO: Hacemos clip en el link del laboratorio virtual de la ley de Faraday: https://phet.colorado.edu/sims/html/faradays-law/latest/faradays-law_es_PE.html Figura 1. Simulador PhET Haciendo uso del simulador PhET Colorado de Física ingresamos al simulador, primero se muestra la pantalla de trabajo. Figura 2. Pantalla de trabajo del simulador En las herramientas que ofrece el simulador podemos realizar pruebas agregando bobinas haciendo clic en las opciones. Figura 3. Elementos que se pueden adicionar. La opción siguiente permite cambiar el polo del imán. Figura 4. Opción para cambiar el polo del imán. Para poder visualizar el voltaje y las líneas de campo. Figura 4.5. Herramientas del simulador. Pantalla de trabajo del simulador que al mover el imán se produce una corriente inducida. Figura 4.6. Pantalla de trabajo del simulador. ANALISIS Y RESULTADOS: Al culminar con los datos experimentales del experimento, Ley de Faraday, se observó varios datos interesantes. Al realizar la simulación se apreció dos casos de inducciones de voltaje dentro de la bobina. Para el primer caso, se removió el polo (N) del imán de adentro de la bobina y se observó que el voltaje fue negativo. Esto resultó ser lógico ya que, al alejar el imán, se disminuyó el flujo magnético a través de la bobina por lo que, dentro de esta, se indujo una corriente que produjo un campo magnético que trata de restaurar el flujo original. Para el segundo caso, se insertó el polo norte del imán a la bobina; se observó que el voltaje fue positivo. Esto resultó ser lógico ya que, al insertar el imán, se aumentó el flujo magnético a través de la bobina por lo que, dentro de esta, se indujo una corriente que produjo un campo magnético que trata de restaurar el flujo original. CONCLUSIONES En este experimento sobre la ley de Faraday se aprendió sobre un concepto muy importante en el campo electromagnético a través de dos casos distintos sobre la inducción de voltaje dentro de una bobina. Un caso se removió el polo norte del imán de adentro de la bobina y en el segundo se insertó el polo norte del imán a la bobina. Esto resultó en que al alejar el imán el flujo magnético a través de la bobina disminuye y al insertar el imán el flujo aumentaba todo para que el campo magnético trate de restaurar su flujo original. Estos resultados obtenidos concordaron con la teoría que indica que el voltaje inducido es directamente proporcional a la razón de cambio del flujo magnético con respecto al tiempo.
