LEY DE FARADAY-LENZ - Instituto Balseiro

1 ILEY DE FARADAY-LENZL PEZ, Luciano FedericoInstituto Senderos Azules, Monte Grande, Buenos AiresProfesor Gu a: BARRESI, Abel AlbertoINTRODUCCI NConsultando con mi profesor de f sica sobre los posibles temas a tratar en este trabajo, coincidimosen que ser a interesante el poder demostrar la ley de Faraday de una forma sencilla, pero que almismo tiempo captara la atenci n de los alumnos. Es por eso que este informe va a tener comoobjetivo central la demostraci n de esta ley. Al mismo tiempo, tambi n se demostrar que lascorrientes el ctricas generan campos magn ticos, fen meno descubierto por Hans Oersted, y que seoponen al cambio, en este caso, del flujo magn tico, vi ndose sus efectos, comprobando de estamanera la Ley de EXPLICACI N DE LA LEY DE FARADAY Y DE LA LEY DE LENZLa Ley de Faraday est basada en los experimentos que hizo Michael Faraday en 1831 y estableceque el voltaje (FEM, Fuerza Electromotriz Inducida)

2 Inducido en una bobina es directamenteproporcional a la rapidez de cambio del flujo magn tico por unidad de tiempo en una superficiecualquiera con el circuito como borde:Donde es la FEM inducida, N es el n mero de vueltas de la bobina , y es la variaci n delflujo magn tico en un tiempo t. Cuando el flujo magn tico se da en webers y el tiempo ensegundos, la fuerza electromotriz inducida resulta en volts. Un volt es igual a un weber-vuelta porsegundo. El signo negativo se debe a que el voltaje inducido tiene un sentido tal que establece unacorriente que se opone al cambio de flujo magn tico.

3 El cambio del n mero de l neas magn ticasque pasan por un circuito induce una corriente en l, si el circuito est cerrado, pero el cambiosiempre induce una fuerza electromotriz, est o no el circuito flujo magn tico se define como el producto entre el campo magn tico y el rea que ste estas expresiones, es f cil darse cuenta de que si se produce un cambio tanto en elcampo magn tico como en el rea que atraviesa, se inducir una fuerza electromotriz. En estaexperiencia lo que se variar ser el campo magn Ley de Lenz explica que siempre que se induce una corriente, su campo magn tico se opone alcambio de flujo.

4 Esto se ve claramente en el momento de realizar la experiencia. Esta ley podr aIIhaberse predicho a partir de principio de la conservaci n de la energ a. Cuando se mueve un im nhacia una bobina , induci ndose as una corriente en el enrollamiento, la corriente inducida calientael alambre. Para proporcionar la energ a necesaria para ello, se tiene que hacer trabajo venciendouna fuerza que se opone. Si la fuerza no se opusiera al movimiento, se estar a creando energ a; porlo tanto, el campo magn tico de la corriente inducida tiene que oponerse al utilizadosLos materiales utilizados en este experimento fueron dos ca os de aluminio de aproximadamente2,5 cm.

5 De di metro, alambre de cobre, un mult metro (tester) anal gico establecido en miliamperes(mA), dos imanes iguales compuestos por varios m s peque os de tierras raras, pinzas tipococodrilo, un trozo de hilo y cinta n del experimentoLa construcci n del experimento consiste en armar una bobina en torno a un tubo de aluminio,dejando los extremos libres. En este caso el alambre se enroll tres veces a lo largo del ca o,formando as tres bobinas, todas unidas entre s , con el mismo trozo de alambre de cobre. Elobjetivo de esto es hacer m s interesante la presentaci n en el aula, tema que explicar luego conm s profundidad.

6 Luego se conectan los extremos del mult metro a los de la experiencia en s se trata de observar lo que ocurre en el tester cuando se coloca el ca o enposici n vertical, y se deja caer el im n por su interior. Aqu se ha demostrado que la fuerzaelectromotriz inducida depende de la variaci n de flujo magn tico, lo que no se ha demostrado a nes que depende tambi n de la rapidez con que var a ese flujo dentro de la bobina . Para hacer visibleesto, se ata el im n con un hilo, y se lo introduce a baja velocidad por la otro objetivo de este experimento, se observar al dejar caer los imanes al mismo tiempo, unopor el ca o enrollado de alambre, y el otro por el ca o sin dos tubos de aluminio, uno con elbobinado y el otro sin , donde se observa el extremo libre y el mismo alambre que los interior de los tubosMult metroIVDESARROLLO EN EL AULALa clase dedicada a la explicaci n de la ley de Faraday estar dividida en dos etapas.

7 La primera,muy corta, y con el principal objetivo de atraer la atenci n de los alumnos, consistir en que elprofesor colocar los dos ca os de aluminio en posici n vertical a 5 cm. aproximadamente de unamesa, pidiendo la ayuda de alg n alumno, previa demostraci n ante ellos de que los tubos nocontienen nada en su interior. A continuaci n dejar caer los dos imanes al mismo tiempo, uno encada tubo. Se observar que tarda m s en caer el im n del tubo enrollado, dependiendo el tiempodel n mero de vueltas de la bobina , y de la cantidad, ya que mientras el im n se desplaza por elcentro de ella, pr cticamente no la atraviesan m s l neas magn ticas.

8 Por eso lo ideal es hacer variasbobinas unidas entre s . Aparte de esto, el hacer m s bobinas ayuda a los alumnos a ver m sclaramente las fluctuaciones de la aguja del t ster. Ya en este momento se ha demostrado la Ley deLenz. Es un buen momento para preguntarles a los alumnos por qu creen que el im n del tubobobinado ha tardado m s en , comienza la segunda etapa de la clase, donde se conecta el mult metro a los dos extremosdel ca o enrollado. Ya no se utilizar m s el otro. Nuevamente, para hacer la clase m sparticipativa, se les interroga a los alumnos sobre qu creen que pasar con la aguja del mult metrocuando tiren el im n hacia el interior del tubo.

9 Luego de o r las posibles respuestas, el profesorllamar a un alumno al azar, invit ndolo a que realice la experiencia. Una vez realizada, se lepreguntar al alumno qu observ en el amper metro. En este momento, se aprovechar la ocasi npara admitir entre todos que se gener una diferencia de potencial entre los extremos de la bobina ,que ha generado una corriente, y que sta ha variado su sentido varias veces. Una vez respondida lapregunta, el profesor atar el im n a un hilo, y le pedir al alumno que lo sostenga en el interior dela bobina , pero sin moverlo. Al observar que la aguja del t ster no se mueve, les preguntar por qu ahora no lo hace.

10 Despu s de o r las posibles respuestas, dir o confirmar que este voltaje inducidodepende de la variaci n de flujo magn tico, no de su magnitud. Es importante recalcar esteconcepto varias veces. Sin embargo, todav a falta demostrar que la FEM inducida es inversamenteproporcional al tiempo en que se produce esta variaci n. Por eso, ahora se le invitar al alumno abajar lentamente el im n, indic ndole que observe el amper metro mientras tanto. Como el alumnonotar que la aguja se mueve menos, nuevamente se admite que mientras m s tiempo tarde esavariaci n de flujo que hubo, menos voltaje se inducir.