• Author / Uploaded
• María Claudia Núñez Peralta

Citation preview

ANÁLISIS DE UN EXPERIMENTO 6: INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

1. FUNDAMENTOS BÁSICOS La inducción electromagnética es el fenómeno que origina la producción de una fuerza electromotriz (fem) en un medio o cuerpo expuesto a un campo magnético variable, o bien en un medio móvil respecto a un campo magnético estático. Así, cuando dicho cuerpo es un conductor se produce una corriente inducida. Este fenómeno fue descubierto por Michael Faraday, quien lo expresó indicando que la magnitud de la diferencia de potencial inducida es proporcional a la variación del flujo magnético (ley de Faraday).

Figura 1: Equipo básico para verificar la ley de Faraday

Por otra parte, Heinrich Lenz comprobó que la corriente debida a la fem inducida se opone al cambio de flujo magnético de forma tal que la corriente tiende a mantener el flujo. Esto es

válido bien para el caso en que la intensidad del flujo varíe o bien el cuerpo conductor se mueva respecto de él.

2. OBJETIVOS General Confirmar la ley de inducción electromagnética de Faraday.

Específicos 1. Analizar la fem inducida en una bobina cuando un imán permanente se mueve en su interior. 2. Medir el flujo magnético entrante y saliente en una bobina cuando un imán permanente se mueve en su interior.

3.

ACTIVIDADES DE REALIZACIÓN PRELIMINAR INDIVIDUAL

En esta actividad individual, se analiza la Ley de Faraday basado en una simulación de Geogebra. Para el desarrollo de esta actividad, primero se abre la simulación en el siguiente link: https://www.geogebra.org/m/Pdv2AJhB que aplica la ley de inducción de Faraday a un aro de alambre. En la simulación, arrastra los puntos azules para establecer la dependencia temporal del radio del aro (y por lo tanto del área), la magnitud del campo magnético y el ángulo relativo entre el aro y el campo magnético en función del tiempo. La FEM inducida se traza como una función del tiempo en el gráfico inferior derecho. Arrastre el deslizador de tiempo para ver el sistema en diferentes instantes. Manipulando las variables que definen el flujo magnético, B,A y θ y la relación con el tiempo, responda las siguientes preguntas. 1. ¿En qué casos es la FEM inducida constante? Haciendo manipulación de las variables que definen flujo magnético, para hallar un caso en donde la FEM inducida es constante, se aumentó considerablemente el ángulo relativo entre el aro y el campo magnético, sin necesidad de modificar el campo magnético o el radio de la partícula y efectivamente la FEM inducida en este caso es constante.

2. ¿En qué casos la FEM inducida es instantáneamente cero? Analizando y manipulando las gráficas, se pudo observar que en el caso que la FEM inducida es instantáneamente cero, es cuando el ángulo entre el aro y el campo magnético es cero, cuando se reduce considerablemente el campo magnético y también cuando el radio existente sea cero, esta última se debe porque no tiene en cuenta el estado de las demás variables del sistema.

3. La FEM inducida es causada por un flujo magnético cambiante. ¿Hay alguna situación en la que el campo magnético cambie, y aun así el FEM es constantemente cero? Si manipulamos las gráficas, se puede llegar a la conclusión que no existe tal situación en la que el campo magnético sea modificado y que la FEM inducida resultante de este cambio sea cero constantemente; cada vez y mientras que en el campo magnético haya una variación con el caso de que el radio del aro sea cero, la FEM inducida también se mantendrá en cero de manera constante; si no existe esta condición, ya la FEM no será cero. 4.

Los gráficos de la izquierda están configurados para ser funciones lineales. ¿La FEM resultante es siempre lineal? La FEM no siempre será lineal, ya que, si realizamos modificaciones en nuestros gráficos de la parte izquierda los cuales resultan ser lineales, al revisar nuestros resultados en el gráfico FEM vs t, podemos ver la formación de hasta parábolas en ciertas manipulaciones de las variables, como lo es en el caso de variar el campo magnético y también el radio, podemos observar como este deja de ser lineal. Hacer esta actividad individualmente, pero hacer un video-reporte en grupo en el que se resuelvan las 4 preguntas y haya evidencia del uso de la simulación. Puede ser la grabación de una sesión en Google Meets en el que participen todos no más de 5 minutos en total. 1

4. ACTIVIDADES DE REALIZACIÓN PRÁCTICA En esta experiencia se mide la fuerza electromotriz inducida (fem) (utilizando el video) al dejar caer un imán a través de una bobina y se estudian las variables que influyen en la variación de esta cantidad basando el análisis en la leyes de Faraday y Lenz.

Para realizar este análisis utilizaremos el video realizado en los laboratorios de Física de la Universidad del Norte por el personal encargado de dichos laboratorios. El video nos servirá como guía y nos permitirá realizar la toma de datos y efectuar nuestro análisis de la fem inducida y estudio de la ley de Faraday-Lenz. El enlace al video en YouTube es https://www.youtube.com/watch?v=40vm5CHxehQ ¿Qué vamos a hacer en esta práctica? Para el análisis de este experimento dividiremos el desarrollo en dos etapas: ▪

PRIMERA ETAPA: ¿Qué relación se establece entre las diferentes alturas de

▪

SEGUNDA ETAPA: ¿Cuál es la relación entre el número de espiras de una

caída del imán y la fem inducida? bobina y la fem inducida?

Los instrumentos utilizados en el video son los siguientes: 1. 2. 3. 4.

El sensor de voltaje se configura a una frecuencia de 1 kHz para medir la FEM inducida por las bobinas. Imán de Neodimio Bobinas de 3200,1600, 800,400 y 200 espiras. Interfaz Capstone

4.1 Primera etapa: Análisis del la fem inducida al dejar caer el imán a diferentes alturas En esta etapa se utiliza una bobina de 1600 espiras y se deja caer el imán de Neodimio para alturas de 0, 6 y 12 cm, con respecto a el borde superior de la bobina. Se registran las gráficas de la fem inducida en función del tiempo y de las alturas de caída.

4.2 Segunda etapa: Análisis de la fem inducida con relación al número de espiras de las bobinas dejando caer el imán a una altura fija. En esta segunda etapa, se deja caer el imán de neodimio a una altura de 12 cm a través de diferentes bobinas con 3200,1600, 800,400 y 200 espiras, registrando la fem inducida para cada caso.

5.

PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE DATOS

Datos obtenidos a partir de los gráficos

6.

ANÁLISIS DEL EXPERIMENTO

De acuerdo con los datos y gráficos obtenidos a partir del análisis del video conteste las siguientes preguntas: preguntas: Pregunta 1: ¿Qué significado físico tiene el valor máximo de la primera parte de la gráfica obtenida?

Pregunta 2: ¿Qué significado físico tiene el área bajo la curva de la primera parte de la gráfica obtenida?

Pregunta 3: Repita el procedimiento para determinar el área bajo la curva del segundo pico. ¿Cuáles son las diferencias o similitudes? ¿A qué se atribuyen estas diferencias o similitudes?

Pregunta 4: ¿En qué cambian los resultados para las tres alturas distintas de caída del iman? ¿Cuál es el fenómeno físico al que se atribuyen estos cambios?

Pregunta 5: ¿En qué cambian los resultados para la caída del imán a través de las bobinas con diferente número de espiras? ¿Cuál es el fenómeno físico al que se atribuyen estos cambios?