LABORATORIO DE ELECTROMAGNETISMO PRACTICA DE LABORATORIO No. 6
LEY DE FARADAY
PRESENTADO POR: Contreras Morantes Natalia Dávila Correa Daniel Andrés
García Amaya Sthefany Ríos Rodríguez Álvaro Javier
GRUPO: 03
PROFESOR: Juan Pacheco Fernández
UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR FACULTAD DE INGENIERIAS Y TECNOLOGICAS PROGRAMA DE INGENIERIA AMBIENTAL Y SANITARIA
VALLEDUPAR – CESAR 2017-I
INTRODUCCION
La ley de inducción electromagnética de Faraday se presenta como una de las ecuaciones fundamentales del electromagnetismo, hoy en día tenemos muchos experimentos sencillos de los cuales se puede deducir directamente esta ecuación. A las corrientes eléctricas producidas mediante campos magnéticos Faraday las llamó corrientes inducidas. Desde entonces al fenómeno consistente en generar campos eléctricos a partir de campos magnéticos variables se denomina inducción electromagnética.
La ley de inducción electromagnética o ley de Faraday es el fenómeno que origina la producción de una fuerza electromotriz o voltaje en un cuerpo expuesto a un campo magnético variable, o bien en un medio móvil respecto a un campo magnético estático.
OBJETIVO GENERAL
Comprobar que al moverse perpendicularmente un conductor en un campo magnético se obtiene como resultado una corriente inducida.
MARCO TEÓRICO
La Ley de inducción electromagnética de Faraday (o simplemente Ley de Faraday) se basa en los experimentos que Michael Faraday realizó en 1831 y establece que el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito como borde:
Donde es el campo eléctrico, es el elemento infinitesimal del contorno C, es la densidad de campo magnético y S es una superficie arbitraria, cuyo borde es C. Las direcciones del contorno C y de están dadas por la regla de la mano derecha.
La permutación de la integral de superficie y la derivada temporal se puede hacer siempre y cuando la superficie de integración no cambie con el tiempo.
Por medio del teorema de Stokes puede obtenerse una forma diferencial de esta ley:
Ésta es una de las ecuaciones de Maxwell, las cuales conforman las ecuaciones fundamentales del electromagnetismo. La ley de Faraday, junto con las otras leyes del electromagnetismo, fue incorporada en las ecuaciones de Maxwell, unificando así al electromagnetismo.
En el caso de un inductor con N vueltas de alambre, la fórmula anterior se transforma en:
Donde e es la fuerza electromotriz inducida y dΦ/dt es la tasa de variación temporal del flujo magnético Φ. La dirección de la fuerza electromotriz (el signo negativo en la fórmula) se debe a la ley de Lenz.
La Ley de Lenz nos dice que las fuerzas electromotrices o las corrientes inducidas serán de un sentido tal que se opongan a la variación del flujo magnético que las produjeron. Esta ley es una consecuencia del principio de conservación de la energía.
La polaridad de una FEM inducida es tal, que tiende a producir una corriente, cuyo campo magnético se opone siempre a las variaciones del campo existente producido por la corriente original.
El flujo de un campo magnético uniforme a través de un circuito plano viene dado por:
Donde:
B = Intensidad de campo magnético S = Superficie del conductor
α = Ángulo que forman el conductor y la dirección del campo Si el conductor está en movimiento el valor del flujo será:
En este caso la Ley de Faraday afirma que la FEM inducida en cada instante tiene por valor:
El signo (-) de la expresión anterior indica que la FEM inducida se opone a la variación del flujo que la produce. Este signo corresponde a la ley de Lenz.
Esta ley se llama así en honor del físico germano-báltico Heinrich Lenz, quien la formuló en el año 1834.
MATERIALES Y EQUIPOS
Materiales Referencia Foto
Un (1) Multímetro UNI-T UT33C
Un (1) Imán Polo norte(Rojo) y Polo sur (Azul)
Dos (2) Cable de conexión o Plátanos
No. 14
Una fuente de poder DL 1003
PROCEDIMIENTO
1. Realice el montaje indicado en la figura.
Imagen 1: Montaje del experimento de Faraday
2. Mueva lentamente el imán (acercándolo y alejándolo) en dirección perpendicular a la del campo y describa lo observado en el multímetro.
Resultado: Cuando el polo norte del imán esta hacia arriba y el polo sur hacia abajo, se produce una corriente positiva cuando este entra a la bobina y una negativa cuando sale. Cuando el polo sur del imán esta hacia arriba y el polo norte hacia abajo, se produce una corriente positiva cuando este sale de la bobina y una negativa cuando entra.
3. Coloque más rápido el conductor dentro del campo y observe el multímetro.
Resultados: Se observaron valores más altos en el multímetro ya que se aumentaba flujo.
4. Aumente la intensidad del campo magnético que acerca a la bobina y explique lo observado en el multímetro.
Resultados: La corriente inducida tenía mayor magnitud.
5. Deje el conductor en reposo dentro del campo magnético y observe el galvanómetro. ¡Explique!
Resultados: Al dejar el conductor en reposo dentro del campo magnético, no se produjo ninguna corriente inducida. Esto se evidencia con el hecho de que el multímetro marcó
6. Mueva el conductor paralelamente a la dirección del campo magnético y observe el galvanómetro. ¡Explique!
Imagen 2: Montaje donde se muestra el valor de multímetro arrojado al acercarle paralelamente el conductor al imán
Resultados: Al mover el imán de izquierda a derecha por los lados de la bobina, se observó en el multímetro, aproximadamente, una corriente mínima y una máxima. Esto indica que, al mover el imán de esta forma, la corriente inducida es muy mínima o despreciable, considerando la escala empleada. Es decir, que, despreciando lo errores prácticos, la corriente inducida es cero.
7. Conecte los terminales de la bobina a una fuente de corriente continua, coloque unas grapas a unos 3cm de distancia de la bobina y aumente lentamente tanto el voltaje como la corriente que por ésta pasa. ¡Describa lo observado!
Resultados: Utilizando la fuente de voltaje, se conectaron los terminales de la bobina a esta diferencia de potencial. Al utilizar la bobina sin núcleo férrico, aumentamos el voltaje hasta 20V, el campo magnético fue tan débil ya que no se pudo mover, ni mucho menos atraer, las grapas ubicadas a los 3cm.
Al realizar el mismo procedimiento, pero introduciendo el núcleo férrico, se observó que al aumentar el voltaje hasta los 8,3V, ya el campo magnético producido era capaz de mover las grapas y a los 11,6 V, capaz de atraerlas.
Imagen 3: 3 alfileres adheridos al imán debido al campo producido.
ANALISIS Y RESULTADOS
1. Explique por qué se produce corriente eléctrica al mover el conductor de un campo magnético perpendicular a él.
RESPUESTA: Al mover un conductor de un campo magnético perpendicularmente a él se produce una corriente eléctrica debido a que el movimiento hace que el campo magnético sea variable. Es decir, este movimiento ocasiona una variación del número de líneas de fuerza del campo que atraviesan una superficie, así como el ángulo que estas forman con los elementos de la superficie. Esto se traduce en una variación del flujo magnético a medida que el tiempo transcurre. Por esta razón se produce una inducción electromagnética.
2. ¿Por qué cuando la espira esta quieta o se mueve en la dirección del campo magnético, no se presenta corriente eléctrica inducida?
RESPUESTA: Debido a que el flujo es constante no se presenta corriente eléctrica inducida.
3. ¿Qué sucede al aumentar la velocidad con que se mueve el conductor en un campo magnético perpendicular a él?
RESPUESTA: Hay un aumento en el flujo y por lo tanto también la corriente aumenta.
4. ¿Qué sucede cuando se aumenta la densidad del campo magnético?
RESPUESTA: Al aumentar la intensidad del campo, también aumenta la fuerza electromotriz inducida en la bobina, y por tanto, también lo hace la corriente inducida.
5. Explique el significado físico del signo menos (-) que aparece en el multímetro.
RESPUESTA: Indica el sentido real que lleva la corriente inducida en la bobina. El sentido de la corriente inducida es tal que tiende a oponerse a la causa que lo produce; siendo esto una consecuencia del principio de conservación de la energía.
6. ¿Qué sucederá si cambiamos la polaridad de la corriente que pasa por la bobina? ¡Explica!
RESPUESTA: Una inversión en la corriente en el conductor provoca la inversión de la dirección del campo magnético que ella produce. Por lo tanto, la inversión de la corriente produce la inversión de los polos del campo.
7. Explica la importancia que tuvo la inducción electromagnética en el desarrollo físico y tecnológico de la humanidad.
RESPUESTA: La importancia física de este fenómeno fue enteramente revelada por Thomas Graham y Johann Josef Loschmidt. Faraday tuvo éxito al lograr licuar diversos gases, investigó la aleación del acero y produjo varios nuevos tipos de vidrio destinados a fines ópticos. La aplicamos en casi todos los aparatos eléctricos, desde los cargadores de los celulares que usan la inductancia para transformar la corriente alterna, hasta las correas espaciales de última generación.
CONCLUSIONES
Mientras mayor sea el cambio del flujo, mayor será el valor de la corriente eléctrica que se inducirá en el alambre conductor.
Una bobina al estar expuesta a un campo magnético variable con el tiempo producirá una corriente cuyo signo depende de cómo atraviesen la bobina las líneas de flujo del imán.
Los signos que nos proporciona el multímetro nos ayudara a conocer el sentido real que lleva la corriente inducida en la bobina.
BIBLIOGRAFÍA https://es.khanacademy.org/science/physics/magnetic-forces-and-magnetic-fields/magnetic-flux-faradays-law/a/what-is-faradays-law https://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Lenz http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/electric/farlaw.html http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/conceptos-basicos/iv.-electromagnetismo
